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Mineral Trioxide Aggregate (MTA)는 1993년에 Tora-binejad 등에 의해 치근 천공 치료 재료로서 처음 소개되었고(1), 1998년에는 미국 FDA로부터 치과 임상 적용이 승인된 바 있다. 이후 MTA의 우수한 물리적 성질과 생체적합성에 대한 다수의 연구 결과 보고와 함께 다양한 MTA 기반 제품이 각국에서 출시되고 있다. MTA의 초기 연구에서는 아말감 보다 유의하게 효과적으로, 그리고 강화형 산화아연 유지놀 시멘트(Super-EBA)와 유사한 정도로, MTA가 치근단 미세누출을 억제하였음이 보고되었다(2). 즉, 치근단 치주조직의 재생에 필수적인 우수한 치근단 밀폐효과를 보여주었다. 이후에도 다양한 조건에서 MTA의 밀폐 우수성을 확인한 연구 결과들이 최근까지 보고되었다(3-7). MTA는 치근단 폐쇄뿐 아니라, 치수 복조술에도 유용한 재료임이 증명되었으며, 현재 임상에서 치수 복조재로서도 빈번히 사용되고 있다. Ford 등은 MTA가 적용된 원숭이 치수에서 염증 발현 없이 상아질교(dentin bridge)가 형성됨을 보여주었고(8), 사람치아에서도 치수복조재로서 사용된 MTA는 calcium hydroxide(Ca(OH)₂)계 치수복조재보다 적은 염증과 두꺼운 상아질교 형성을 유도하는 것으로 보고된 바 있다(9). MTA의 상아질교 형성 유도 기전은 아직 완전히 밝혀져 있지는 않으나, 적은 세포독성과 염증반응이 상아질교 형성에 기여하는 것으로 여겨지고 있다.

MTA의 세포독성과 염증반응은 이전의 많은 연구자들에 의해 관찰되어 왔다. 대부분의 경우, 경화된 MTA를 세포배양배지로 용출하여, 용출액의 세포독성을 측정하였으나(10-12), 트랜스웰(transwell)을 사용하여 보다 직접적으로 세포에 대한 영향을 관찰하거나(13), MTA powder를 배지에 넣고 세포독성을 평가하기도 하였다(14). 일부 연구자들의 보고를 제외하고는, 선행연구들의 결과에서 MTA가 대체적으로 낮은 세포독성을 보인다고 하였으며, 다른 근관충전재와의 비교에서도 MTA의 세포독성이 상대적으로 낮다고 보고하였으며, 이를 근거로 MTA의 우수한 생체적합성을 강조하였다. 그러나, Ko 등의 연구에서 충분히 경화되지 않은 MTA에서 세포독성이 관찰되었으며, 경화시간이 증가할수록 세포독성은 감소하는 것으로 보고되었다(15, 16). 임상에서 MTA의 경화는 구강내에서 이루어지므로, MTA는 경화되기 전까지 세포독성이 주변조직에 영향을 줄 가능성을 배제할 수 없다. 비록, MTA가 현재 성공적으로 임상에 사용되고 있으나, 경화 전에 발생하는 세포독성이 MTA의 생체적합성에 어떠한 영향을 주는지 아직 충분히 연구된 바 없다. 또한 MTA 세포독성의 원인에 대해서도 아직 완전히 밝혀지지 않았으나, 경화 초기에 pH의 급격한 상승이 세포활성 저해의 원인이 될 수 있다. 물과 혼합된 MTA는 경화 시, calcium hydroxide가 부산물로 생성되고, 칼슘 calcium hydroxide는 칼슘 이온과 수산화 이온(hydroxyl ion)으로 이온화되면서, 주변의 pH를 상승시킨다. pH 9 이상의 알칼리 환경은 28일 이상 지속되는 것으로 보고되었다(17). 세균의 막 단백질은 pH 9 이상에서 불활성화 될 수 있고(18), 수산화 이온은 세포막의 지질과산화 및 DNA 손상을 유도할 수 있다(19). 따라서, MTA의 높은 pH가 항균활성에 중요한 역할을 하는 것으로 인식되고 있다. 그러나, 위에서 기술한 수산화 이온에 의한 항균활성 기전은 세균 특이적이라 할 수 없으며, 동물세포에도 동일한 기전으로 영향을 줄 수 있으며, 결과적으로 세포독성을 초래할 수 있다. 따라서 MTA에 의한 pH 상승과 세포독성과의 관계 및 조직에 대한 영향이 연구되어야 할 필요성이 있다.

Dicalcium phosphate dehydrate (DCPD)는 tricalcium phosphate와 함께 calcium phosphate계 bone cement의 주요 구성 성분이다. 이전의 연구에서 Vitti 등이 MTA에 DCPD를 첨가한 결과, DCPD는 MTA의 칼슘 이온 방출과 pH 상승을 억제하였다(20). 동 반응에서의 pH 상승 억제는 DCPD가 MTA 경화 중 발생한 Ca(OH)₂와 반응하여 수산화 이온의 배출을 억제하였을 것으로 추측된다(21). MTA 경화 시, pH의 상승이 세포독성을 야기할 가능성이 있으므로, DCPD의 첨가로 인한 pH 상승 억제는 MTA 세포독성을 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 이에 본 연구에서는 MTA의 생체적합성 향상을 목적으로, MTA의 세포독성과 염증반응에 대한 DCPD의 영향을 조사하였다.

MTA는 항균성 및 밀폐성과 같은 근관충전용 재료로서의 장점으로 인해 임상적용이 확대될 것으로 기대되고 있다. 최근에는 임상적용을 더욱 용이하게 하기 위해 경화시간이 단축된 MTA 혹은 실러 형태의 MTA 제품들이 출시되고 있다. 실러 형태의 MTA는 기존의 MTA 파우더와는 달리 근관에 직접 적용이 가능하여, 적용 시간이 단축되고 편리성이 증대되었을 뿐 아니라, 사용자 간에 발생하는 물과의 혼합 비율의 차이가 없어졌다. 이와 같이 MTA 성분 변화를 통해 기존 MTA의 단점을 보완하여 임상 적용성을 확대할 수 있을 것으로 기대된다.

MTA의 생물학적 성질 중 경화와 함께 발생하는 높은 pH는 항균작용을 하는 것으로 알려져 있으며, 포유동물세포의 활성도 억제할 가능성이 높다. MTA 용출물이 높은 pH를 보이며, 세포성장을 저해하는 하는 것을 in vitro 실험을 통하여 쉽게 관찰된다(16). 본 연구에서도 OrthoMTA는 초기 pH가 12.5를 보였으며, 희석하지 않은 용출물은 강한 세포독성을 보였다(Fig. 1 and Fig. 2). 이 두 실험은 높은 pH가 세포독성의 원인이 될 수 있음을 시사한다. DCPD-OrthoMTA 또한 MTA의 pH와 세포독성의 상관성을 간접적으로 보여준다. 즉, DCPD-OrthoMTA 용출물의 pH는 OrthoMTA 보다 낮으며, 세포독성 또한 일부 희석구간에서 적게 나타났다. 상기 두 연구의 결과로 pH와 세포독성의 상관성이 입증되었다고 할 수는 없으나, DCPD가 세포독성의 측면에서 OrthoMTA의 세포활성 저해 작용을 일부 감소시킨 것은 명백하다.

세포독성이 강한 생체재료는 생체내에서 세포의 사멸은 물론 조직의 괴사까지도 유발할 수 있다. 약한 세포독성일 경우에도, 적용되는 부위에 따라 조직이나 기관의 기능에 중대한 영향을 초래할 수 있다. 희석하지 않은 OrthoMTA의 용출액에 노출되는 세포는 대부분 세포 활성을 잃으므로 세포독성이 강한 것으로 분류될 수 있다. 그럼에도 불구하고 치과에서 꾸준히 사용되고 있으며, 임상적으로 세포독성으로 인한 문제점은 보고된 바 없다. 그러나 이는 세포독성이 생체에 미치는 영향이 전혀 없음을 시사하는 것은 아니며, 또한 세포독성을 줄임으로써 얻을 수 있는 이점이 없음을 제시하는 것도 아니다. 본 연구에서는 세포독성이 경감된 MTA에 대한 피하 조직 염증 반응을 관찰함으로써, MTA의 세포독성과 염증반응 간의 관계를 보고자 하였다. 그 결과 세포독성이 줄어든 DCPD-OrthoMTA의 염증지수는 OrthoMTA보다 적지 않았으며, 이는 세포독성과 염증반응 간의 연관성이 본 연구조건에서는 없음을 보여준 것이라 할 수 있다. 그 이유로서 DCPD-OrthoMTA의 세포독성이 염증반응을 일으킬 정도가 아니기 때문이거나, DCPD-OrthoMTA와 OrthoMTA 간 세포독성의 차이가 염증반응의 차이를 야기할 정도로 크지 않기 때문일 수 있다. 혹은 피하조직에 대한 염증반응이 세포독성 유래의 조직독성을 판단하기에 적절한 평가방법이 아닐 수 있다. 따라서, 향후 치수조직 반응 등 다양한 조직의 염증반응을 관찰할 필요성이 있으며, 세포독성이 더욱 낮추어진 MTA로 조직 반응을 평가하여 세포독성과 염증반응과의 상관성을 조사할 필요가 있다. 본 연구에서는 OrthoMTA와 함께 ProRoot MTA의 피내이식 반응도 관찰 비교하였다. ProRoot MTA는 가장 많이 연구가 이루어진 MTA 중 하나로서, ProRoot MTA 결과와의 비교를 통하여, 새로운 MTA의 임상에서의 생체적합성을 예측할 수 있다. 본 연구에서는 ProRoot MTA를 포함하여 각 MTA 간의 염증반응이 크게 차이를 보이지 않았으므로, 임상에서도 유사한 생체적합성이 예측된다.

DCPD는 OrthoMTA 경화시 발생하는 pH의 상승을 억제하였으며, 세포독성을 측정한 결과 DCPD는 OrthoMTA의 세포독성을 경감시키는 효과를 보였다. 따라서 MTA의 높은 pH가 세포독성에 일부 기여하는 것으로 판단된다. 그러나 동물실험에서 DCPD는 피하염증반응에 영향을 미치지 않은 것으로 나타났다. 즉, 본 연구의 조건에서는 MTA의 세포독성과 염증반응 간의 상관 관계가 보이지 않았다. 이는 DCPD에 의한 세포독성의 감소가 in vivo에서 염증반응을 억제할 정도로 강하지 않거나, MTA의 세포독성이 생체 내 염증반응에 크게 기여하지 않을 수 있음을 시사하는 결과라 할 수 있다.