KR101370658B1

KR101370658B1 - 개선된 세균 침착 저해력을 갖는 치과용 레진

Info

Publication number: KR101370658B1
Application number: KR1020130028491A
Authority: KR
Inventors: 김광만; 이주혜; 이상배
Original assignee: 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2013-03-18
Filing date: 2013-03-18
Publication date: 2014-03-10

Abstract

본 발명은 2-메타이크릴로일옥시에틸 포스포릴콜린(2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine, MPC)가 표면에 공유결합으로 연결된(covalently linked to) 메타크릴산 에스테스 중합성분(polymerizable component)의 폴리머를 포함하는 치과용 레진을 제공한다. 본 발명의 치과용 레진은 MPC 고분자에 의해 친수성의 표면을 갖게 되어 단백질 및 세균의 침착을 예방한다. 본 발명의 치과용 레진은 세균 침착 억제능을 가지므로 궁극적으로 치아우식 예방효과를 갖는다.

Description

개선된 세균 침착 저해력을 갖는 치과용 레진{Dental Resin with Improved Inhibition against Adhesion of Bacteria}

본 발명은 개선된 세균 침착 저해력을 갖는 치과용 레진에 관한 것이다.

치과용 고분자 재료의 예로서 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA)는 의치상(denture base)으로 사용되고 있는 것을 비롯하여, 인상재, 접착제, 치과 수복용 재료 등으로 사용되고 있는데, 이 중 가장 많이 사용되고 있는 것이 치과 수복용 재료이다. 지금까지 널리 사용되어온 치과 수복용 재료는 수은 아말감(amalgam)이며, 이는 시술이 쉽고 내마모성과 기계적 강도 등의 기계적 물성은 우수하나, 자연 치아와의 색상 차이가 뚜렷하고, 치아 조직과의 접합성이 좋지 않을 뿐 아니라, 사용된 수은의 점차적인 유출로 인하여 장기적인 관점에서 인체에 유해하다고 보고되고 있다. 따라서, 최근 이러한 수은 아말감의 단점을 보완하고 대체할 수 있는 소재의 개발에 관한 많은 연구가 진행되어 왔다. 고분자 소재로서 처음 사용된 수지는 아크릴계 수지(acrylic resin)로서 수은 아말감 이후에 개발된 실리케이트보다 강도 등의 기계적 물성, 색안정성, 내수안정성 등이 우수하나 내마모성이 작고 경화시 수축율이 큰 단점이 있다. 이러한 단점들을 극복하기 위하여 무기 충전제를 보강재로 사용한 고충진 복합레진이 수복용 치과 재료로 개발되었다. 치과용 광중합성 수복 조성물은 통상적으로 무기 충전제와 프리폴리머, 희석제, 광개시계(광개시제 및 환원제) 및 기타 첨가제 등으로 구성되며, 음식물을 씹을 때 발생되는 높은 교합압을 견디어 낼 수 있는 기계적 강도, 치아와 유사한 열팽창율, 중합 경화 시 치아와의 박리를 방지하기 위한 낮은 중합수축률 등, 물리적 특성과 더불어 자연감을 살릴 수 있는 수복을 위하여 자연 치아와 동일한 색상 및 광택, 혀와 접촉시 자연 치아와 동일한 느낌을 줄 수 있어야 하는 등의 요건을 갖추어야 한다.

치과용 광중합성 수복 조성물의 프리폴리머로서 가장 보편적으로 사용되고 있는 것은 디메타크릴레이트(dimethacrylate)계인 2,2-비스-(4-(2-히드록시-3-메타크릴로일옥시프로폭시)페닐)프로판(Bis-GMA)이다. 이것은 주로 휘발성 및 중합 수축도가 작고, 이를 사용한 중합물의 우수한 강도 등의 장점을 가지고 있어서 매트릭스 수지로 사용되고 있다. 이는 미국특허 제 4,102,856호, 동 제4,131,729호 및 동 제3,730,947호 등에서 그 예를 찾아 볼 수 있다. 그러나, 무기 충전제가 프리폴리머에 효율적으로 배합되기 위해서는 프리폴리머의 점도가 낮은 것이 유리하지만 이것은 점도가 높아 복합 수지 제조시 트리에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트 (TEGDMA)와 같은 희석제를 혼합해야 하고, 분자구조 중 히드록시기(-OH)에 기인하는 수분 흡수 성질 때문에 경화물의 물리적 성질이나 심미성이 오래 지속되지 못하는 단점이 있다. 치과용 복합재료에는 우식된 치아의 와동을 충전하여 수복하는 목적의 치과용 복합 충진재료 뿐만 아니라, 치관용 재료, 합착용 재료, 치열 교정용 재료, 인공치 등이 모두 포함되는 것이다. 미국특허 제3,066,112호에서는 초창기 치과용 복합레진에 대한 여러 조성들에 대하여 기술하였으나, 구치 수복시 여러 가지 단점들이 나타나 실제 임상적으로는 널리 사용되지 못하였다. 치과용 수복재료로는 1900년 이전부터 은 합금과 수은으로 제조된 아말감이 사용되어 왔으나 수은이 인체 및 환경에 미치는 위험성 때문에 점차적으로 유기 고분자를 사용한 재료로 대체되고 있다.

최초의 치과용 복합레진은 1942년 독일 쿨저(Kulzer)사가 PMMA의 분말과 메틸메타크릴레이트(MMA) 단량체를 혼합하여 개발된 이래 실제 임상에 쓰여 왔으며, 그 이후 오랫동안 아크릴 수지가 사용되었다. 그러나 유기 고분자는 심미성, 시술의 간편성, 생체 위해성이 작은 점 등의 장점이 있는 반면, 그 자체의 물성만으로는 저작압 등에 견딜 수 있는 정도의 충분한 경도, 강도, 내마모성을 갖지 못하기 때문에 무기 충전제를 배합한 복합레진이 개발되었다. 상업용 복합레진은 1962년 Brown에 의해 화학 개시형이 개발되었고, 1970년대 자외선을 이용한 광중합법, 이어서 1980년 영국 ICI사에서 가시광선을 이용한 광중합법이 개발되면서 고분자 복합재의 사용량은 기존의 아말감의 사용을 잠식해가면서 폭발적인 증가 추세에 있다. 이러한 치과용 수복재는 전치부 충전(anterior filling), 구치부 충전(posterior filling), 치경부 마모충전(cervical erosion filling), 파절된 도재의 수복(porcelain repair), 교정용 접착제(bracket bonding), 지대치 축조(core building), 전치부 치간 이개 치료(diastema treatment), 변색 빛 착색치아 치료 및 도재의 부착(porcelain laminate bonding) 등에 사용되며, 최근에는 각종 심미 치료를 원하는 환자의 증가로 치아우식증(충치) 수복 외에 각종 접착 및 합착용도의 다양한 치과 치료에 응용되고 있다. 그러나, 전술한 다양한 용도때문에 고분자 복합레진이 치과 수복용 재료로서 확고한 위치를 차지하고 있지만, 여전히 경화물의 강도, 경도, 중합수축율, 수분흡수율, 용해도, 재료의 독성 및 심미성 등의 개선이 요구되고 있다.

종래 연구에 따르면, 구강 내 미생물이 치면에 부착되면 세포외 기질을 만들어 낼 뿐만 아니라 동종 또는 이종 세포 간 결합을 구성함으로써 구조적으로 안정된 치면 세균막을 형성한다고 알려져 있다. 이렇게 형성된 구강 내 치면세균막은 물리적으로 두꺼운 측으로 구성된 세포외 기질을 포함하고 있기 때문에 외부 물질에 의한 침투가 어렵고 세포 간 상호작용을 통한 유전적 변이를 유발하여 항생제를 비롯한 항균 물질에 대한 저항성이 증가한다고 보고되어 있다.

치과용 컴포짓레진 수복물은 치아수복을 위해 널리 이용되고 있는데 이와같은 레진 수복물은 이차우식, 과도한 마모, 부적절한 마진적합성 및 기계절인 파절 등이 발생할 수 있다. 종래 연구에 따르면, 레진 수복물에 인접한 이차우식증은 가장 빈번한 레진 수복물의 실패 원인이며, 이는 컴포진레진 표면의 소수성에서 기인한 것이다. 이에 많은 연구자들은 컴포짓 레진에 항균제 또는 은 등을 적용하여 항균력을 평가하였으나, 항균제 또는 항생제에 의한 세균의 사멸은 항생제내성을 유도하여 내성균주를 발생시킬 수 있다.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.

본 발명자들은 세균 침착 억제효과를 갖는 치과용 레진을 개발하고자 노력하였다. 그 결과, 본 발명자들은 MPC가 표면에 공유결합으로 연결된 메타크릴산 에스테르 중합성분의 폴리머를 포함하는 치과용 레진이 세균 침착을 억제하고, 결과적으로 치면세균막 생성을 방지하여 이차우식을 예방할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 치과용 레진을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 본 발명의 치과용 레진으로 표면이 코팅된 자연치(tooth), 의치(denture) 또는 치아수복용 복합 레진을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명 및 청구범위에 의해 보다 명확하게 된다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 2-메타이크릴로일옥시에틸 포스포릴콜린(2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine, MPC)이 표면에 공유결합으로 연결된(covalently linked to) 메타크릴산 에스테스 중합성분(polymerizable component)의 폴리머를 포함하는 치과용 레진을 제공한다.

본 발명자들은 세균 침착 억제효과를 갖는 치과용 레진을 개발하고자 노력하였다. 그 결과, 본 발명자들은 MPC가 표면에 공유결합으로 연결된 메타크릴산 에스테르 중합성분의 폴리머를 포함하는 치과용 레진이 세균 침착을 억제하고, 결과적으로 치면세균막 생성을 방지하여 이차우식을 예방할 수 있음을 규명하였다.

본 발명에 따르면, 본 발명의 치과용 레진은 MPC가 표면에 공유결합된 메타크릴산 에스테르 중합성분의 폴리머로 표면이 개질되며, 상기 치과용 레진은 MPC에 의해 친수성을 가지며, 그로 인해 세균 침착 저해 효과를 갖는다.

본 발명의 치과용 레진은 개선된 세균 침착 저해력을 갖는다.

본 발명의 치과용 레진을 세균과 함께 120시간 배양하고 표면을 1N 수산화나트륨 용액으로 세척한 다음, 레진 표면의 세균농도를 측정하면 MPC가 표면에 공유결합된 메타크릴산 에스테르 중합성분의 폴리머로 표면이 개질된 본 발명의 치과용 레진은 대조군(MPC가 결합된 폴리머로 표면이 개질되지 않은 레진)과 비교하여 세균 침착을 80-100% 저해한다. 본 발명의 다른 구현예에 따르면, 본 발명의 치과용 레진은 세균 침착을 90-100% 저해한다. 본 발명의 특정 구현예에 따르면, 본 발명의 치과용 레진은 세균 침착을 95-100% 저해한다.

본 발명의 치과용 레진은 당업계에 알려진 다양한 치아 세균의 침착을 저해하며, 상기 치아 세균은 스트렙토코커스 뮤탄스균(Streptococcus mutans)을 포함한다.

MPC 폴리머 코팅에 의해 변화된 본 발명의 레진의 친수성 표면에는 단백질이나 세균의 침착이 어렵게 되고, 이는 궁극적으로, 세균이 표면에 접착되지 못하게 하므로 세포외기질을 분비하지 못하게 하여 바이오필름을 형성하지 못하게 함으로써, 바이오필름에 의해 발생될 수 있는 치아우식에 대해 예방 효과를 갖는다.

치아우식은 대부분의 선진국과 개발도상국에서 청소년층과 젊은 성인의 90%가 앓고 있는 감염질환으로 치아 바이오필름(치태; dental plaque)과 에나멜 표면의 접촉면을 따라 발생하는 복합질환이다. 치아 바이오필름이 우식 발생의 요인이기는 하지만, 다른 한편으로는 타액으로부터 칼슘, 인 및 불소를 치태 내로 포획함으로서 탈회된(demineralized) 에나멜에서 무기질 재침착(remineralization)이 일어날 수 있게 해 주는 보호적인 성질도 나타낸다.

치아맹출(tooth eruption) 직후, 또는 깨끗이 칫솔질한 후에 노출된 치아 표면은 곧바로 획득 에나멜 피막(acquired enamel pellicle)으로 뒤덮이게 된다. 에나멜 피막은 타액에서 유래한 스탯헤린(statherin), PRP(proline-rich protein) 및 점액성 단백질이 HAP(hydroxyapatite)에 단단하게 결합하고 있는 무균의 보호성 단백질 기저층을 이루며, 세균 부착의 기질로 작용하여 바이오필름 형성이 개시되게 한다.

치아 바이오필름은 산 생성(acidogenic) 및 내산(aciduric) 성질을 지닌 우식유발 세균을 포함하고 있다. 대표적인 우식원성(cariogenic) 세균에는 스테렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans), 스테렙토코커스 소브리누스(S. sobrinus), 락토바실러스(Lactobacillus) 종 및 악티노미세스(Actinomyces) 종이 포함된다.

치태형성 후반에는 세포외 중합체 합성이 일어나, 바이오필름의 상당 부분이 세포외 기질로 이루어진다. 바이오필름 상태에서는 미생물들이 서로 근접해 있으므로 세균들 사이의 보호인자 유전자 전달, 전체 공동체를 지지하기 위한 세포외 기질의 합성, 다른 미생물의 대사에 이용될 수 있는 부산물의 합성, 그리고 항균제에 대한 억제제 분비 등과 같은 일을 통해 공생관계가 쉽게 이루어진다. 바이오필름은 선택적 투과성을 지닌 막으로 작용하므로, 항균제, 세포외 효소 및 유독 성분들의 진입을 제한하며 항균제에 대한 내성 증가를 나타낸다.

본 발명의 치과용 레진에서 사용되는 중합성분은 MPC와 광중합 될 수 있는 구조의 말단에 이중결합을 갖는 물질로서 메타크릴산 에스테스 중합성분이다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명에서 사용되는 메타크릴산 에스테르 중합성분은 2,2-비스-(4-(2-히드록시-3-메타크릴로일옥시프로폭시)페닐)프로판[Bis-GMA], 알킬 메타크릴레이트, 2-히드록시에틸 메타크릴레이트, 히드록시프로필 메타크릴레이트, 테트라히드로퍼푸릴 메타크릴레이트, 글리시딜 메타크릴레이트, 우레탄 디메타크릴레이트 또는 폴리에틸렌글리콜 디메타크릴레이트이다.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 본 발명에서 사용되는 메타크릴산 에스테르 중합성분은 2,2-비스-(4-(2-히드록시-3-메타크릴로일옥시프로폭시)페닐)프로판[Bis-GMA]이다.

Bis-GMA는 다음의 화학식 1로 표시된다.

화학식 1

본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 치과용 레진에서 2-비스-(4-(2-히드록시-3-메타크릴로일옥시프로폭시)페닐) 프로판[Bis-GMA]과 2-메타이크릴로일옥시에틸 포스포릴콜린(MPC)은 각각 80-99.9 중량% 및 0.1-20 중량%로 결합된다. 본 발명의 다른 구현예에 따르면, 본 발명의 치과용 레진에서 Bis-GMA 및 MPC는 각각 90-99.9 중량% 및 0.1-10 중량%로 결합된다. 본 발명의 특정 구현예에 따르면, 본 발명의 치과용 레진에서 Bis-GMA 및 MPC는 각각 95-99 중량% 및 1-5 중량%로 결합된다.

본 발명의 치과용 레진에서 사용되는 2-메타이크릴로일옥시에틸 포스포릴콜린(2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine, MPC)분자는 세포막을 구성하는 지질의 화학적 구조를 모방하여 합성되어 양 말단에 친수성과 소수성 성질을 모두 가지고 있다.

본 발명의 치과용 레진은 Bis-GMA 및 MPC 이외에 당업계에서 치과용 레진에 사용되는 성분, 예컨대 무기충전제, 희석제, 안료, 광개시제, 광안정제, 산화안정제, 발색제 등을 추가적으로 포함할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 치과용 레진은 0.01-1.29 Ra(μm)의 표면거칠기(surface roughness)를 갖는다. 본 발명의 다른 구현예에 따르면, 본 발명의 치과용 레진은 0.1-1.0 Ra(μm)의 표면거칠기를 갖는다. 본 발명의 특정 구현예에 따르면, 본 발명의 치과용 레진은 0.1-0.5 Ra(μm)의 표면거칠기를 갖는다.

본 명세서에서 사용된 용어 “표면거칠기(Ra)”는 중심선평균조도(arithmetical average roughness, centerline average roughness)를 의미하는 것으로 거칠기곡선에서 기준길이 전체에 걸쳐 평균선으로부터 벗어나는 모든 봉우리와 골짜기의 편차 평균값을 표면거칠기로 사용한다. Ra값은 기준길이 내의 거칠기의 평균값이므로, 우연히 나타나는 한 두개의 이례적인 산이나 골은 평균값에 영향을 주지 않는다. 또한, Ra값은 기준길이(또는 컷오프)가 주어지지 않으면 의미가 없으며, 같은 기준 길이가 주어져야만 산출되며, Ra값은 거칠기 모양에 대한 정보를 주지 않는다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 치과용 레진은 0.01-1.6 Rq(μm)의 표면거칠기를 갖는다. 본 발명의 다른 구현예에 따르면, 본 발명의 치과용 레진은 0.1-1.2 Rq(μm)의 표면거칠기를 갖는다. 본 발명의 특정 구현예에 따르면, 본 발명의 치과용 레진은 0.1-0.6 Rq(μm)의 표면거칠기를 갖는다.

본 명세서에서 사용된 용어 “표면거칠기(Rq)”는 상술한 표면거칠기(Ra)와 유사한 의미를 갖는 파라미터로 Ra는 산술평균으로 일반적 평균방법을 이용하여 도출하였으나 Rq는 제곱평균 제곱근(root-mean-square, rms)의 방법을 이용하여 도출한다. Ra 및 Rq 값은 거의 비슷한 값을 나타나며 대부분의 가공방법에서 Rq가 Ra에 비해 10% 정도 커진다고 알려져 있으나 절대적인 비율은 아니므로 일률적으로 적용해서는 안된다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 치과용 레진은 15-60°의 접촉각(contact angle)을 갖는다. 본 발명의 다른 구현예에 따르면, 본 발명의 치과용 레진은 20-55°의 접촉각을 갖는다. 본 발명의 특정 구현예에 따르면, 본 발명의 치과용 레진은 20-50°의 접촉각을 갖는다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 본 발명의 치과용 레진으로 표면이 코팅된 자연치(tooth), 의치(denture) 또는 치아수복용 복합 레진을 제공한다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 발치한 자연치 표면을 본 발명의 치과용 레진으로 코팅한다.

본 발명에서 “의치(틀니)”는 자연치아와 그와 연관된 조직이 결손되었을 때, 인공적으로 대치하는 보철물을 의미하며 일반적으로 구강모양으로 형성된 베이스와 상기 베이스 상에 고정된 복수 개의 앞니, 송곳니 및 어금니들로 구성된 인공치아를 포함한다. 의치는 형태에 따라 상악부, 하악부로 구별되고, 치아의 상실여부에 따라 앞니, 송곳니, 어금니가 하나도 없을 때 잇몸을 이용하여 지탱하는 전체의치와, 앞니, 송곳니, 어금니 중 상실된 치아만을 보충해주는 부분의치로 구분된다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 치과용 레진을 자연치, 의치 또는 치아수복용 복합레진 표면에 코팅하여 세균 침착을 억제한다.

본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:

(ⅰ) 본 발명은 2-메타이크릴로일옥시에틸 포스포릴콜린(2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine, MPC)가 표면에 공유결합으로 연결된(covalently linked to) 메타크릴산 에스테스 중합성분(polymerizable component)의 폴리머를 포함하는 치과용 레진을 제공한다.

(ⅱ) 본 발명의 치과용 레진은 MPC 고분자에 의해 친수성의 표면을 갖게 되어 단백질 및 세균의 침착을 예방한다.

(ⅲ) 본 발명의 치과용 레진은 세균 침착 억제능을 가지므로 치아우식 예방효과를 갖는다.

도 1은 일반적인 치아수복용 컴포짓 레진과 치아의 접촉각을 나타낸 그림이다.
도 2는 MPC 고분자의 분자적 특성을 나타내는 모식도이다.
도 3은 MPC 모노머의 화학 구조식 및 컴포짓 레진과의 반응기를 나타낸 그림이다.
도 4는 MPC 모노머와 접착용레진을 결합한 후, 치아수복용 컴포짓 레진과 중합한 모식도와 단백질 및 균 저해 에 대한 모식도이다.
도 5는 컴포짓 레진에 코팅하는 MPC 폴리머의 제조방법 및 조건을 나타낸 모식도이다.
도 6은 실험을 위한 시편 제작 방법을 나타낸 모식도이다.
도 7은 시편 제작 후 처리와 각 시편 제조방법을 나타낸 모식도이다.
도 8은 표면 거칠기 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 표면 접촉각 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10은 MPC 고분자 코팅에 의한 컴포짓 레진 표면의 세균 침착정도를 형광염색법으로 측정한 결과이다.
(a) S. 뮤탄스균 12시간 배양, (b) (a)를 3분간 초음파 세척, (c) S. 뮤탄스균 36시간 배양 후 3분간 초음파 세척, (d) S. 뮤탄스균 5일간 배양 후 스틱으로 상처를 냄.
도 11은 MPC 고분자가 코팅된 컴포짓 레진 표면의 세균 침착정도를 정량적으로 측정한 결과이다.
도 12는 MPC 고분자가 코팅에 의한 세포독성 유발 여부를 측정한 결과이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.

실시예

재료 및 방법

MPC 고분자 코팅

종래에 사용되고 있는 치아 수복용 컴포짓레진에 의해 수복된 치아의 표면은 치아에 비해 높은 소수성을 보이게 되고(도 1), 이는 더 많은 구강 내 세균의 침착을 유도하고, 그에 따라 레진 수복물에 더 많은 치면 세균막의 발생되면 2차 우식이 발생하게 된다.

MPC 고분자는 혈액, 혈장 그리고 세포나 세균의 침착을 방지하는 특성을 갖고 있는데, 이는 MPC 고분자 말단의 친수성 특성 때문으로 알려져 있다. MPC 고분자는 세포막을 구성하는 지질의 화학적 구조를 모방하여 합성되었기 때문에 양 말단에 친수성과 소수성 성질을 모두 갖는 특성이 있으며, 인체 내에서 생체친화성을 갖는다고 알려져 있다(도 2). 또한 MPC에는 중합이 가능한 CC 더블본드가 있어서 라디칼 중합에 의해 의료기기나 치과재료 표면에 잘 부착될 수 있는 특징을 갖는다(도 3).

MPC 고분자를 치과용 접착레진과 혼합하고 이를 컴포짓 레진 표면에 코팅함으로써, 컴포짓 레진 표면을 도 4와 같이 친수성으로 만들고자 하였다. MPC 폴리머 코팅에 의해 변화된 컴포짓 레진의 친수성 표면에는 단백질이나 세균의 침착이 어렵게 되고, 이는 궁극적으로, 세균이 표면에 접착되지 못하므로 세포외기질을 분비하지 못함으로써, 바이오필름도 형성하지 못하게 되며, 또한 중합에 의해 MPC 고분자가 컴포짓 레진 표면에 코팅되었으므로 오랫동안 기능을 유지할 것이라고 판단된다.

본 발명자들은 MPC 폴리머(Sigma-Aldrich)를 컴포짓 레진(Filtek^TM Z350 XT Universal Restorative, 미국) 표면에 코팅하기 위해서 접착용 레진을 코팅기질로 사용하였다(도 5). 접착용 레진은 컴포짓과 모노머 성분이 거의 동일하지만 필러를 함유하지 않아 얇은 박막으로 표면을 코팅하기에 적합하였기 때문에 선택하였다. 접착용 레진에 MPC를 결합시키기 위해, 1g 메탄올과 각각 %별 MPC(0.5% = 5 mg / 1.0% = 10 mg / 5.0% = 50 mg)를 10 ml 유리병에 넣고 2시간 동안 교반하였다. 각 유리병에 1,000 mg 접착용 레진을 넣어 상온, 암흑 조건에서 진공상태로 24시간동안 메탄올을 제거하였다. 컴포짓 레진 시편위에 위에서 합성한 MPC 레진을 50 ㎕ 올리고 PE 필름을 편평하게 올려 20초 동안 광중합함으로써 MPC를 결합시켰다(도 5).

본 발명의 MPC 코팅 컴포진 레진을 제조하는 과정에서 컴포짓 레진의 표면을 편평하기 하기 위해, 플레이트 몰드에 컴포짓 레진을 넣고 하부 및 상부에 폴리에틸렌 필름을 덮고 이를 고정시키기 위해 유리 슬라이드를 덮는다(도 6, 7).

MPC 고분자 코팅에 의한 컴포짓 레진의 표면 거칠기 및 접촉각 측정

표면 거칠기는 광학 시 비접촉 표면측정기인 Gontour GT 장비(Bruker AXS Inc, 미국)를 이용하여 측정하였으며, 물 정접촉각(Static water contact angle, SCA)은 접촉각 분석 시스템(Phoenix-300, 한국)을 이용하여 측정하였다. 편평한 플레이트 표면에 주사한 각 물방울의 볼륨은 8 μL였다. 물방울 모양은 처음 10초에 기록하였다.

S. 뮤탄스 균(ATCC25175)은 BHI 배지(brain-heart infusion broth, 미국)에서 배양한 다음, D-PBS를 이용하여 부유시켰다. 바이오 필름 실험을 위해, 1 x 10⁶CFU/㎖ 의 농도로 배양된 100 μL를 MPC 고분자가 코팅된 컴포짓 레진표면에 올리고, 12시간, 36시간 및 120시간 동안 37℃에서 배양하였다.

MPC 고분자 코팅에 의한 컴포짓 레진 표면의 세균 침착정도 및 세포독성 측정

각각의 배양이 끝나는 날, 각 5개의 시편은 D-PBS에서 초음파 세척하고 표면을 형광염색 후 공초점레이저 주사현미경으로 관찰하였다. 초음파 세척은 표면에 부착되지 않은 세균을 제거할 목적과, 음파칫솔과 같은 기계적인 자극에 의해 제거되는 세균의 침착을 시험에서 배제하기 위해 시행되었다. 또한, 다른 5개의 시편의 표면은 각 배양이 끝난 후 1 N 수산화나트륨용액으로 표면에 부착된 세균 또는 세균막을 제거하고, 제거된 용액의 농도의 흡광도를 측정하여 상대적인 세균농도를 계산하였다. 각 농도의 MPC가 코팅된 컴포짓 레진 시편의 세포독성 시험을 MTT와 아가오버레이로 분석하였다. 세균부착농도와 표면접촉각, 거칠기 값은 비모수 일요인 분산분석과 사후검정으로 Tukey 비교를 95% 유의수준에서 실시하였다.

실험결과

MPC 고분자 코팅에 의한 컴포짓 레진의 표면 거칠기 변화

MPC 고분자 코팅에 의해 컴포짓 레진의 표면 거칠기가 어떻게 변화되는지 알아보았다. 표 1과 같이 MPC 고분자 농도가 높아지면 평균 표면거치기인 Ra값이 낮아지는 것을 알 수 있었다. 이는 친수성 고분자인 MPC가 포함되는 경우 접착제의 점도를 낮추는 것으로 생각되었다. 따라서 궁극적으로 코팅된 컴포짓 표면은 매끄러운 상태로 변화됨을 알 수 있었다.

-	CR	AMP00	AMP05	AMP10	AMP50
Ra (㎛) 평균	2.7±0.9^a	1.0±0.5 ^b	1.1±0.1^b	0.4±0.1 ^c	0.1±0.1 ^d
Rq (㎛) 평균	3.1±1.0 ^A	1.1±0.5 ^B	1.4±0.2 ^B	0.5±0.1 ^C	0.2±0.1 ^D

MPC 고분자 코팅에 의한 컴포짓 레진의 접촉각 변화

MPC 고분자 코팅에 의해 컴포짓레진의 접촉각이 어떻게 변화되는지 알아보았다. 표 2에 기재된 바와 같이, MPC 고분자 농도가 높아지면 접촉각 값이 낮아지는 것을 알 수 있었다. 이는 친수성 고분자인 MPC가 포함되는 경우 MPC의 친수성기가 증가함에 따라 컴포짓 표면은 소수성에서 친수성으로 급격히 변화될 수 있음을 알 수 있다. 서론에서 언급한 바와 같이, 컴포짓레진 표면은 매우 소수성에 성질을 가지고 있어 세균의 침착이 잘 되지만, MPC코팅에 의해 친수성으로 변화된 본 발명의 컴포짓 레진에서는 세균 침착이 줄어들 것이라고 예상할 수 있다.

-	CR	AMP00	AMP05	AMP10	AMP50
접촉각	70.6±1.3 ^A	63.9±1.3 ^B	52.4±1.2 ^C	41.8±2.7 ^D	24.9±3.0 ^E

MPC 고분자 코팅에 의한 컴포짓 레진 표면의 세균 침착정도

다음은 형광염색된 각 시편 표면을 나타내고 있다(도 10a-b). 먼저 12시간 동안 배양된 경우 컴포짓레진 표면에서는 많은 수의 S.뮤탄스균이 부착되어 있음을 알 수 있다. 도 10b는 컴포짓레진 표면을 3분 동안 D-PBS에서 초음파 세척한 후 염색한 사진이다. 사진에서 보는 것처럼 초음파세척 후에도 많은 양의 세균이 표면에 남아 있는 것을 관찰 할 수 있다. 이는 초음파칫솔질과 같은 기계적인 자극에 의해 완벽히 세균을 제거할 수 없는 것을 의미하기도 하다. 하지만, MPC고분자로 코팅된 시편에서는 다른 양상이 관찰된다. MPC고분자의 농도가 증가하면 세균의 부착정도도 함께 감소하는 것으로 보아 MPC는 S.뮤탄스의 침착을 확실히 방해하는 물질이라고 생각할 수 있으며, 접착제와 함께 코팅되더라도 그 고유의 친수성의 성질을 잃어버리지 않았다고 생각할 수 있다. 특히 5%의 경우 거의 세균의 부착이 없는 것으로 확인되어 본 발명의 실험 결과에 따른 최적 코팅농도는 5% MPC 고분자로 결정하였다.

도 10c-d는 좀 더 오랜 시간 동안 배양한 사진으로 최대 36시간 배양된 경우 초음파 세척 후에도 12시간에 비해 더 많은 세균이 관찰되었다. 특히, 0.5% 코팅된 경우에는 초기 12시간에 다소의 세균침착저해 효과가 있었지만, 36시간 배양된 경우 그 효과가 거의 없음을 알 수 있다. 이에 반해 5.0% 코팅된 군에서는 아직도 세균의 침착은 관찰되지 않는다. 오른쪽 그림은 5일간 배양된 사진으로 컴포짓레진 표면에는 세균막으로 보이는 두꺼운 층이 형성되었다. 본 발명자들은 세균덩어리인지 확인하기 위하여 플라스틱 스퍄츌라를 이용하여 표면에 상처를 만들어 확인하였다. 도면에서 보는 바와 같이, 컴포짓레진, 0.5% MPC가 코팅된 군에서는 두꺼운 세균막으로 보이는 층이 관찰되지만, 1% 이상의 MPC가 포함된 경우 표면 세균막이 관찰되지 않았다. 비교적 오랜 배양 기간인 5일까지도 MPC 고분자 층은 세균의 침착을 방지하는 역할을 수행하고 있다는 것을 알 수 있다.

컴포짓 레진 표면의 세균 침착정도에 대한 정량적 분석

컴포짓 레진 표면의 세균 침착정도를 정량적으로 측정하기 위해 각 배양기간 동안 세균과 함께 배양된 시편의 표면을 1 N 농도의 수산화나트륨 용액으로 씻고 그 농도를 측정하였다. 배양시간이 증가하는 경우 0.5%의 MPC 고분자가 코팅된 시편의 경우 세균농도가 증가하지만 1% 이상의 MPC 고분자로 코팅된 경우 세균농도가 증가하지 않았다(도 11). 이는 Live/Dead 염색의 결과와 동일한 경향을 보이는 것으로 1% 이상 농도로 코팅된 MPC는 컴포짓 레진 표면에 세균침착을 확실히 저해하는 효과가 있다는 것을 의미한다.

MPC 고분자 코팅에 따른 세포독성 여부 측정

마지막으로 MPC 고분자 코팅에 의해 세포독성을 보이는지를 확인하였다. 이전의 논문에 따르면 MPC고분자는 세포지질과 동일한 구조로 합성되어 세포독성을 보이지 않는다고 하였다. 아래 MTT 결과를 보면 코팅되지 않은 컴포짓레진의 세포생존율은 47.9%이고 본 발명에서의 최대 코팅농도인 5%군에서는 48.6%의 세포생존율을 나타냈다. 일반적으로 치과용 컴포짓 레진은 미중합 모노머 또는 분해산물에 의해 세포독성을 보이는데 본 발명에서는 대조군인 컴포짓 레진과 유사한 세포생존율을 보임으로써 MPC 코팅에 의해 세포독성이 증가하지 않는다는 것을 확인하였다(도 12). 아가 오버레이 시험 결과, 최고 농도인 5% MPC 폴리머 코팅에 의해서도 세포독성이 나타나지 않았다.

-	블랭크	음성대조군	양성	샘플
-	블랭크	음성대조군	1%	CR	AMP00	AMP05	AMP10	AMP50
평균 ± 표준편차	0.92 ±0.07	0.81± 0.03	0.048 ±0.01	0.44±0.1^A	0.46±0.06^A	0.50±0.04^A	0.45±0.09^A	0.45±0.1^A
생존능력(%)	100.0	87.5	5.2	47.9	50.2	54.8	48.4	48.6

이상의 결과로 MPC고분자는 컴포짓 또는 접착용 레진에 효과적으로 합성될 수 있으며, 최대 5%의 유효농도에서 세균의 침착을 방지할 수 있음을 확인하였다. 이 결과는 향후 MPC고분자가 치과용 컴포짓레진에 적용되었을 때 치면세균막 생성을 방지하여 이차우식을 예방하는 효과적인 도구로 사용될 수 있을 것이다.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims

2-메타이크릴로일옥시에틸 포스포릴콜린(2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine, MPC)가 표면에 공유결합으로 연결된(covalently linked to) 메타크릴산 에스테스 중합성분(polymerizable component)의 폴리머를 포함하는 치과용 레진.
제 1 항에 있어서, 상기 치과용 레진은 0.01-1.29 Ra(μm)의 표면거칠기(surface roughness)를 갖는 것을 특징으로 하는 치과용 레진.
제 1 항에 있어서, 상기 치과용 레진은 0.01-1.6 Rq(μm)의 표면거칠기를 갖는 것을 특징으로 하는 치과용 레진.
제 1 항에 있어서, 상기 치과용 레진은 15-60°의 접촉각(contact angle)을 갖는 것을 특징으로 하는 치과용 레진.
제 1 항에 있어서, 상기 치과용 레진은 세균 침착 저해 효과를 갖는 것을 특징으로 하는 치과용 레진.
제 5 항에 있어서, 상기 치과용 레진은 세균 침착을 95-100% 저해하는 것을 특징으로 하는 치과용 레진.
제 1 항에 있어서, 상기 메타크릴산 에스테스 중합성분은 2,2-비스-(4-(2-히드록시-3-메타크릴로일옥시프로폭시)페닐)프로판[Bis-GMA], 알킬 메타크릴레이트, 2-히드록시에틸 메타크릴레이트, 히드록시프로필 메타크릴레이트, 테트라히드로퍼푸릴 메타크릴레이트, 글리시딜 메타크릴레이트, 우레탄 디메타크릴레이트 또는 폴리에틸렌글리콜 디메타크릴레이트인 것을 특징으로 하는 치과용 레진.
제 7 항에 있어서, 상기 메타크릴산 에스테스 중합성분은 2,2-비스-(4-(2-히드록시-3-메타크릴로일옥시프로폭시)페닐)프로판[Bis-GMA]인 것을 특징으로 하는 치과용 레진.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 치과용 레진은 자연치(tooth), 의치(denture) 또는 치아수복용 치아에 사용됨을 특징으로 하는 치과용 레진.