[논문 리뷰] The interplay between tissue healing and bone remodeling around immediately loaded tooth replacement implants

Soroush Irandoust, Sinan Müftü|arXiv (Cornell University)|2019. 07. 18.

Dental Implant Techniques and Outcomes참고 문헌 49인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 즉시 부착된 치과 임플란트 주변의 조직 치유 및 뼈 리모델링를 시뮬레이션하기 위해 기계적 조절 poroelastic 모델을 사용하며, 제어된 미세운동이 뼈 형성 최적화에 기여함을 밝혀냈다: 낮은 미세운동은 초기 뼈 분화를 촉진하지만 이후 흡수를 유도하고, 높은 미세운동은 연조직 형성을 증가시키지만 남아 있는 뼈의 밀도를 높인다. 이는 功能적 통합을 위한 최적의 미세운동 범위가 존재함을 시사한다.

ABSTRACT

Long-term bone healing/adaptation after a dental implant treatment starts with diffusion of mesenchymal stem cells to the fracture callus and their subsequent differentiation. The healing phase is followed by the bone-remodeling phase. In this work, a mechano-regulatory cellular differentiation model was used to simulate tissue healing around an immediately loaded dental implant. All tissue types were modeled as poroelastic in the healing phase. Material properties of the healing region were updated after each loading cycle for 30 cycles (days). The tissue distribution in the healed state was then used as the initial condition for the remodeling phase during which regions healed into bone adapt their internal density with respect to a homeostatic remodeling stimulus. The short- and long-term effects of micro-motion on bone healing and remodeling were studied. Development of soft tissue was observed both in the coronal region due to high fluid velocity, and on the vertical sides of the healing-callus due to high shear stress. In cases with small implant micromotion, tissue between the implant threads differentiated into bone during the healing phase, but resorbed during remodeling. In cases with large implant micromotion, higher percentage of the healing region differentiated into soft tissue resulting in less volume available for bone remodeling. But, the remaining bone region developed higher density bone tissue. It was concluded that an optimal range of controlled micromotion could be designed for a given implant in order to achieve the desired functional properties.

연구 동기 및 목표

• 즉시 치과 임플란트 부착 후 조직 치유와 뼈 리모델링 간의 상호작용을 이해하기 위해.
• 임플란트의 다양한 수준의 미세운동이 조직 분화 및 뼈 적응에 미치는 영향을 규명하기 위해.
• 기능적 뼈 형성과 장기적인 임플란트 안정성을 증진시키는 데 최적의 미세운동 범위를 결정하기 위해.

제안 방법

• 치유 단계를 시뮬레이션하기 위해 poroelastic 모델을 적용하였으며, 30회의 하중 주기마다 조직 특성을 갱신하였다.
• 세포 분화는 유속 및 비틀림 응력과 같은 기계적 자극에 기반한 기계적 조절 모델에 의해 지배되었다.
• 치유 후 조직 분포는 뼈 리모델링 단계의 초기 조건으로 사용되었다.
• 리모델링 단계 동안 균형 잡힌 리모델링 자극에 기반해 뼈 밀도 적응을 시뮬레이션하였다.
• 미세운동 수준을 체계적으로 변화시켜 조직 유형 분포 및 뼈 밀도에 미치는 영향을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 즉시 부착된 임플란트 주변에서 미세운동은 치유 단계 동안 조직 분화에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 미세운동은 치유 영역 내 연조직과 뼈의 분포에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 장기적인 리모델링 단계에서 미세운동은 뼈 밀도 적응에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 기능적 뼈 형성을 극대화하기 위해 최적의 미세운동 범위를 특정할 수 있는가?
• RQ5 어떤 기계적 요인(예: 유속, 비틀림 응력)이 치유 영역 내 연조직 형성에 기여하는가?

주요 결과

• 관상부 영역에서의 높은 유속은 혈역학적 힘으로 인해 연조직 형성 촉진에 기여하였다.
• 치유 결절의 수직면에서의 높은 비틀림 응력은 연조직 형성에 기여하였다.
• 작은 미세운동 조건에서는 치유 단계 동안 임플란트 나사산 사이의 조직이 뼈로 분화되었지만, 리모델링 단계에서 흡수되었다.
• 큰 미세운동 조건에서는 치유 영역의 더 높은 비율이 연조직으로 전환되어 뼈 리모델링에 이용 가능한 부피가 감소하였다.
• 남아 있는 뼈 영역은 증가된 기계적 자극으로 인해 더 높은 밀도를 발달시켰다.
• 기능적 뼈 형성과 임플란트 통합을 향상시키기 위해 조직 분화와 뼈 밀도를 균형 잡는 최적의 미세운동 범위가 존재한다.