턱수술 시 생분해성 마그네슘 골판 및 나사 고정 (MgJawSurgery)

골판 및 나사 고정은 골절 고정, 악교정 수술 및 두개안면 재건을 포함하여 턱 수술의 내부 고정을 위해 잘 알려진 시스템입니다. 개발 과정에서 티타늄과 그 합금은 탁월한 기계적 특성과 생체 적합성으로 인해 내부 고정을 위한 주요 재료가 되었습니다. 그러나 티타늄에는 뼈에 비해 과도한 강성과 같은 특정 단점이 있어 응력 차폐 및 그에 따른 뼈 흡수가 발생할 수 있습니다. 또한, 티타늄 플레이트 및 나사 고정은 뼈 치유 중 일시적인 기계적 지지를 위한 것이며 뼈 치유 후 2차 수술을 통해 제거해야 하므로 의료 부담이 증가할 수 있습니다. 현장에 방치할 경우 티타늄은 빔 경화 효과로 인해 X선 이미징을 방해할 수 있습니다.

티타늄 고정의 한계를 해결하기 위해 연구자들은 내부 고정을 위한 대체 재료 개발을 모색해 왔습니다. 생체흡수성 시스템은 뼈판과 나사 고정을 위해 생분해성 재료를 사용하므로 하드웨어 제거를 위한 2차 수술이 필요하지 않습니다. 이러한 생분해성 시스템은 응력 차폐 또는 X선 산란과 관련된 장기적인 문제를 방지합니다. 상업적으로 이용 가능한 생분해성 골합성 재료에는 폴리(락트산)(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리(락틱-코-글리콜산) 공중합체(PLGA)와 같은 고분자량 고분자가 포함됩니다. 그러나 이러한 생분해성 폴리머는 기계적 강도가 부족하여 크기가 커져야 하고 부피가 커져서 적용을 방해할 수 있습니다. 더욱이, 최적이 아닌 생체 적합성은 이물질 반응을 유발하고 정상적인 뼈 치유를 방해할 수 있습니다. 마지막으로, 폴리머의 생분해 속도를 제어하는 ​​것은 어려운 일이며, 이는 정상적인 뼈 치유를 능가하고 부정유합이나 불유합과 같은 수술 후 합병증을 유발할 수 있습니다.

최근 몇 년 동안 마그네슘은 수많은 연구에서 입증된 바와 같이 내부 고정을 위한 유망한 생분해성 금속으로 부상했습니다. 마그네슘은 단단한 티타늄이나 스테인리스 스틸 소재보다 인체 뼈에 더 밀접하게 정렬된 기계적 특성을 나타내어 응력 차폐 및 X선 산란의 단점을 효과적으로 완화합니다. 생체 내에서 마그네슘 판과 나사는 점차적으로 용해되어 마그네슘 이온과 수소 가스를 방출합니다. 인체에 필수적인 마그네슘 이온은 해를 끼치지 않고 대사될 수 있습니다. 조직에 수소 가스가 축적되면 일시적인 부종이나 불편함이 발생할 수 있으며, 이는 일반적으로 시간이 지남에 따라 가스가 소멸되면서 해결됩니다. 더 중요한 것은 마그네슘이 뼈 재생을 촉진하는 데 있어 놀라운 생체 활성을 보여줌으로써 기본적인 생체 역학 연구에 대한 관심이 급증했다는 것입니다. 탁월한 생리 활성은 까다로운 임상 상황에서도 입증되었습니다. 결과적으로, 마그네슘의 독특하고 우수한 특성으로 인해 마그네슘은 인간의 내부 고정을 위한 유망한 차세대 생체 의학 임플란트로 자리 잡았습니다.

뼈 수술에 마그네슘 기반 재료를 적용한 것은 1906년으로 거슬러 올라갑니다. 최근 발전으로 인해 Synntellix AG(독일) 및 U&I Corporation(한국)과 같은 회사에서 생분해성 내부 고정 장치가 개발되었습니다[7]. MAGNEZIX®(Mg-Y-Re-Zr 합금 나사) 및 RESOMET™(Mg-Ca-Zn 합금 나사)을 포함한 이러한 고정 시스템은 외반 모지, 대퇴골두 골괴사, 원위 요골 골절. 그러나 합금 원소가 환자에게 미치는 잠재적인 건강 위험을 고려하여 중국 연구팀은 내부 고정 목적을 위한 고순도 마그네슘 개발에 전념해 왔습니다.

고순도 마그네슘을 활용한 수많은 인간 임상 연구가 중국에서 성공적으로 수행되었습니다. 2015년에 Yu et al. 대퇴골 경부 골절이 있는 젊은 성인의 혈관화된 뼈 이식편을 고정하기 위해 고순도 마그네슘 나사를 사용했습니다. 16개월의 추적관찰 기간 동안 환자들은 기능적 지표인 해리스 고관절 점수에서 만족스러운 결과를 얻었으며, 무혈성 괴사, 불유합 등의 합병증 발생률도 낮아졌다. 2016년에 Zhao et al. 대퇴골두 골괴사증에서 혈관화된 뼈 이식편을 고정하기 위한 임상 시험에서 고순도 마그네슘 나사를 구현했습니다. 12개월의 추적 관찰 기간 동안 마그네슘 나사로 치료받은 환자들은 기능 점수와 뼈 이식 변위 감소에서 더 높은 만족스러운 결과를 보여주었습니다. 마그네슘의 혈청 수준은 정상적인 생리학적 범위 내에 유지되었으며, 마그네슘 분해 생성물로 인한 잠재적인 부작용은 없었습니다. 2019년에 Chen et al. 증례 보고에서는 외상으로 인한 대퇴골두 괴사에 대한 혈관화된 뼈 이식편을 고정하기 위해 고순도 마그네슘 나사를 사용했습니다. 기능 회복 측면에서 만족스러운 결과를 얻었으며, 마그네슘 나사는 눈에 띄는 부작용 없이 2년 이상에 걸쳐 점차적으로 성능이 저하되었습니다.

잠재력에도 불구하고 마그네슘 기반 고정 장치는 체중 부하 부위에 사용할 때 기계적 강도가 상대적으로 약하기 때문에 정형외과 분야에서 어려움을 겪고 있으며 지금까지 그러한 경우에 대한 임상 시험이 수행되지 않았습니다. 이론적으로 고관절 부위의 고정은 2000N, 즉 체중의 3배를 초과하는 힘을 견뎌야 하며, 이는 기능적 동원 중에 증가할 수 있습니다. 연구자들은 생체 내에서 마그네슘의 분해를 늦추고 이를 통해 적절한 정형외과적 치유를 위한 기계적 지원을 확장하기 위한 코팅 전략을 탐구해 왔습니다. 그들은 또한 마그네슘 고정 장치의 기계적 강도를 향상시키기 위해 야금 기술을 연구하고 있습니다. 반대로, 턱 수술은 사지 또는 척추 고정에 비해 상대적으로 낮은 힘 부하 요구 사항으로 인해 마그네슘 기반 고정의 이점을 누릴 수 있습니다. 하악의 정상적인 힘은 약 400N이며 내부 정복 후 1주차에는 115N, 6주차에는 250N으로 감소합니다. 결과적으로, 마그네슘 고정은 턱 수술에 성공적으로 적용될 가능성이 있습니다.

그럼에도 불구하고, 이 영역에 대한 제한된 임상 연구로 인해 턱 수술에서 마그네슘 기반 재료의 이점을 완전히 이해하고 이를 구현하기 위한 새로운 수술 프로토콜을 확립하려면 상당한 노력이 필요합니다. 본 연구에서는 턱 수술 시 뼈 고정을 위한 마그네슘의 적용을 조사하고 수술 결과를 종합적으로 평가하고자 합니다. 이 연구는 턱 수술에서 내부 고정 장치로 마그네슘을 사용하는 방법에 대한 더 깊은 이해에 기여할 것이며 생분해성 고정 장치를 활용하는 새로운 수술 프로토콜의 길을 열 것으로 기대됩니다. 궁극적으로 이는 환자의 결과를 개선하고 의료 부담을 줄일 수 있습니다.