의학 기술의 발달로 기대수명이 증가함에 따라 고령화 시대로 접어들고 있는 요즘 노환에 의한 치아소실 및 치아질환의 발생빈도는 나날이 증가하고 있으며, 그 중 임플란트 시술 환자들의 발생 또한 증가추세에 있다. 임플란트가 이용되는 가장 큰 원인은 충치와 잇몸병으로 인한 치아상실로, 영구치로 한 번 교환된 이후에 치아를 상실하게 되면 더 이상 새로운 치아가 돋아나지 않기 때문이며, 현재 치의학적 치료에서 보철치료를 통해 상실된 치아나 그 주위 조직을 수복하여 저작기능 등을 회복시켜 줄 수 있으나, 이런 보편적인 치료방법은 인접해 있는 치아나 주위 연조직 및 골 조직 손상을 야기해 그 치료효과가 제한적이다. 또한, 임플란트 시술 환자의 10~20%는 재수술을 경험하게 되고, 많은 환자들이 시술 후 나타나는 임플란트 주위염, 신경손상, 잇몸뼈 소실 등의 부작용을 경험하게 된다. 이를 위한 대안으로 치아 줄기세포 기반 자가치아세포치료제 방법이 도입되게 되었고 실제 치아 치수에서 얻게되는 줄기세포는 아래 그림에서와 같이 다양하게 추출할 수 있으며, 실제 전임상 및 임상에 적용할 수 있는 소스를 제공한다.
치아에서 얻어지는 줄기세포 또한 중간엽 줄기세포와 같이 다양한 세포로 분화 될 수 있고 새로운 세포와 조직으로 수복 및 재생을 할 수 있으며, 대표적인 치아줄기세포들로는 치아 치수 줄기세포(dental pulp stem cell: DPSC), 탈락 유치 줄기세포 (stem cells from human exfoliated deciduous teeth: SHEDs), 치주인대 줄기세포(periodontal ligament stem cells : PDLSCs), 치배줄기 세포(dental follicle stem cells: DFSCs), 치근단유두 줄기세포(stem cells from apical papilla: SCAP)를 포함하고 있다. 이는 임상에서 치아 치수 질환, 치아 치주 질환, 악안면 결핍 치료 등 다양한 질환에 적용되고 있고 이를 활용한 최근 치아줄기세포 치료의 다양한 임상적용 연구가 대두되고 있기에 이를 소개하고자 한다.

1. 골유착 (osseointegration) 향상을 위한 성체줄기세포가 부착된 티타늄 임플란트의 표면계질 변화 효능²

1952년 임플란트 치료에 있어 티타늄 소재의 임플란트가 소개되어진 후로, 다양한 소재가 많이 개발됨에 따라 생체역학적 강화, 생체친화성 및 골유착 강화를 위한 많은 방법들이 적용되어지고 있다. 그 중 StemBios 회사의 세포치료용 임플란트의 임상적 적용은 상당히 의미있는 전임상 및 임상 결과를 나타내었다. StemBios cell tharapy가 접목된 치아 임플란트의 초기 골유착 및 뼈조직 치유를 평가하기 위해서, 이 그룹은 먼저 12마리의 미니돼지의 아래턱의 소구치 주위에 임플란트를 이식했다. 실험을 위해서 줄기세포의 생존능, 부착능 강화를 위해 표면계질 변화된 임플란트 (SLAffinity=Titanium implants with nanoporous surface)에 골수에서 유래한 성체줄기세포 (StemBios=SB)를 부착시킨 뒤 이식하였다. 임상에서는 10명의 환자가 상악골 뒤쪽에 1개의 SLAffinity로 변형된 임플란트 치료를 받았고 낮은 뼈조직 밀도를 보인 1명의 환자는 2개의 SB 세포가 함유된 SLAffinity 임플란트를 치료받았다. 그 결과, SB가 함유된 SLAffinity 임플란트 이식 환자에서 시술 후 초기 3개월 동안 매달 치료효과를 모니터링 한 결과에서 초기 골유착의 증가와 이식에 대한 스트레스의 격감 및 뼈조직의 치유에 대한 효능이 강화되었다. 이 전임상 및 임상결과를 통해서 본 연구자들은 SB cell tharapy가 접목된 SLAffinity 임플란트는 기존의 임플란트 부작용을 줄임과 동시에 치료효능을 높이는 유용한 임플란트가 될 것이라고 언급하였다.

2. Evoked bleeding에 의한 성숙한 치아 근관으로의 중간엽 줄기세포 전달³

재생 치내요법 과정 (근관치료)은 치수 괴사를 가진 미성숙 치아를 위한 줄기세포 기반 치료입니다. 치주 재생은 다른 인자들 사이에서 영구치 의존 치료와 중간엽 줄기세포 전달 유효성으로 진행하게 된다. 줄기세포의 유입 정도는 치근 부위 중 근관치료의 재생 향상여부를 판단하는 중요한 척도가 되기 때문입니다. 이번 연구의 목적은 치아뿌리끝 주위 조직으로부터의 유도된 출혈이 근관부위로의 중간엽줄기세포의 유입을 유도하는지에 대한 여부를 평가하는 것입니다. 이 연구를 위해 참가자 20명은 치근단 병변이 있는 성숙한 치아의 근관 치료를 받는 환자를 대상으로 진행하였고 evoked bleeding technique에 의해 시술을 받고 국소 마취을 통해 혈액 샘플을 얻어 임상시험을 진행하였으며, 근관 공간으로 유입된 세포들을 대상으로 중간엽 줄기세포의 마커 (CD73, CD90, CD105, CD146)의 발현을 확인한 결과 이 마커들의 발현이 과발현 되어 있었으며, 이 세포들은 의 발현을 확인하였다. 그 결과, 분화되지 않은 중간엽 줄기세포가 치근관에서 유입되고 있음을 입증하였고 mineralizing differentiation potential 큰 것으로 분석되었다. 이는 치수 상아질 구조의 재생과 세포 homing을 향상시키는 화학주성인자와 적절한 스캐폴드의 사용과 병합하여 미래 임상 치아 치료과정의 좋은 기반 치료법이 될 것이다.

3. 자가 치주인대줄기세포를 이용한 치주 잇몸틀 결손 치료의 안전성 검증⁴

모든 치과 질환 중 1위를 차지하는 유병률이 높은 질환인 치주질환은 치아를 지지하는 구조물인 치주가 점점 무너지면서 발생하는 질환으로, 많은 사람들이 겪는 감염 질환이고, 성인의 치아소실 원인 중 하나이다. 전임상과 소규모 임상시험을 통해 줄기세포가 치주인대조직으로 분화하여 소실된 치주조직을 재생하는 명확한 치료방법임이 입증 되었습니다. 이 연구는 1상 임상 시험으로 치주인대 골결손 치료를 위한 guided tissue regeneration에서 재료를 접목하는 보조제로 자가 치주인대줄기세포 (PDLSC=autologous periodontal ligament stem cells ) 사용의 안전성과 임상 가능성을 평가하였다. 전체 30명의 환자군 치아 중 치주인대골결손을 가진 48개의 치아를 임상시험에 적합한 치아만 선별하여 대조군, 실험군 두 그룹으로 나누어 2주, 12주, 24주, 48주로 손상된 정도를 확인하여 자가 치주 인대 줄기세포의 안전성과 유효성을 평가하였다. 두 그룹간의 지대한 차이는 평가되지 않았지만 골 결손 깊이는 두 그룹에서 모두에서 줄어드는 것을 확인하였고 부작용이나 안전성면에서 문제가 나타나지 않았다. 이 임상결과를 통해 효능면에서는 더 다양한 조건의 연구가 필요하지만 자가 PDLSC의 안정성과 용량은 부작용을 초래하지 않았다.

4. 탈락유치 줄기세포를 이용한 치수 괴사에서 미성숙 영구치 재생⁵

정상적인 생리학적 폐쇄 이전에 발생한 심각한 감염 또는 국소적인 손상에 의해 발생한 미성숙 영구치의 비가역적 손상은 임상적으로 도전적 가치를 가진다. 기존의 일반적인 치료법은 meneral trioxide aggregate (MTA)와 같은 생체적합성 합성물질을 이용하여 치료를 시도하였으나, 이러한 물질은 현재 치수 재생 및 근관 치료에 한계를 완벽히 보완하지 못한다. 또한, 일상에서 발생할 수 있는 사건들에 의해 치아의 손실을 초래할 수 있는데 이러한 치아 손실을 치료하기 위해서는 치아 재이식이 가장 효과적인 치료방법이며 치료효능은 치주 인대의 생존능에 따라 결정 되어진다. 이 임상 시험은 7-12세 환자로 손상에 의한 치수괴사 치아, 손상에 의해 벌어진 영구치 앞니를 대상으로 탈락유치 줄기세포를 이용하였으며 현재 2017년 10월까지 연구 종료를 앞두고 임상시험이 진행 중이다.

결 론

줄기세포연구는 그것의 적용진행 과정을 고려할 때 exponential phase로 계속 확장되어 가고 있으며, 줄기세포치료는 다양한 질환 부위에 있어 여전히 재생의학과 조직공학 분야 등 다양한 분야로의 진출 가능성에 대한 잠재적인 부분이 많이 남아있다. 하지만 아직까지 치아에 관련된 줄기세포 기반 치료제의 적용은 미흡한 실정임과 동시에 반대로 도전해볼 많은 가능성을 내포하고 있다. 치아에서의 다양한 응용 가능한 줄기세포 소스 제공에도 불구하고 자가 치아줄기세포 치료적용 및 치아줄기세포를 다른 질환에 적용한 연구는 그리 활발히 이루어지고 있지는 않는 것 같다. 하지만 치아줄기세포는 높은 증식능력, 유연성, 그리고 도달 가능성의 이유로 최근에 주목을 받고 있으며, 조직 공학적 측면과 생체재료와의 결합 적용에 의해 적용 가능한 치료전략은 증가추세에 있다. 아직 임상결과가 많이 보고되지는 않고 있지만 현재 미국을 중심으로 많은 임상 연구들이 진행 예정 혹은 진행 중에 있으며, 앞으로 10년 이내에 많은 임상적 연구결과들이 보고될 것으로 보인다. 또한, 치아줄기세포는 타 분야와의 융합 부분에 있어 활용 가능성이 크며, 무엇보다 자가 치아줄기세포를 이용한 맞춤형 줄기세포기반 치료제 개발 가능성이 큰 분야라 할 수 있다.

참고문헌

1. Chalisserry EP, Nam SY, Park SH, Anil S, Therapeutic potential of dental stem cells, Journal of Tissue Engineering (2017) 23;8

2. Ou KL, Weng CC, Wu CC, Lin YH, Chiang HJ, et al., Research of StemBios Cell Therapy on Dental Implants Containing Nanostructured Surfaces: Biomechanical Behaviors, Microstructural Characteristics, and Clinical Trial, Implant Dentistry (2016) 25(1):63-73

3. Chrepa V, Henry MA, Daniel BJ, Diogenes A, et al., Delivery of Apical Mesenchymal Stem Cells into Root Canals of Mature Teeth, Journal of Dental Research (2015) 94(12):1653-9

4. Chen FM, Gao LN, Tian BM, et al., Treatment of periodontal intrabony defects using autologous periodontal ligament stem cells: a randomized clinical trial, Stem Cell Reseach & Therapy (2016) 19;7:33

5. ClinicalTrials.gov – NCT01814436 (Revitalization of Immature Permanent Teeth With Necrotic Pulps Using SHED Cells)