구리와 은나노입자의 시너지적 항균효과 및 작용기전

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 9202(2023) 이 기사 인용

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세균 감염은 전 세계적으로 사망의 주요 원인 중 하나입니다. 상처 감염과 같은 국소 세균 감염의 경우 은(Ag)은 역사적으로 가장 널리 사용되는 항균제 중 하나였습니다. 그러나 과학 출판물에서는 은이 인간 세포에 미치는 부작용, 생태 독성 및 박테리아 감염을 완전히 제거하기에는 항균 효과가 불충분하다는 사실이 입증되었습니다. 나노입자(NP, 1~100 nm) 형태의 Ag를 사용하면 항균 Ag 이온의 방출을 제어할 수 있지만 여전히 감염을 제거하고 세포 독성을 피하기에는 충분하지 않습니다. 이 연구에서 우리는 Ag NP의 항균 특성을 향상시키기 위해 다르게 기능화된 산화 구리(CuO) NP의 효능을 테스트했습니다. CuO NP(CuO, CuO-NH2 및 CuO-COOH NP)와 Ag NP(코팅되지 않은 것과 코팅된 것)의 혼합물의 항균 효과를 연구했습니다. CuO와 Ag NP 조합은 그람 음성 대장균, 녹농균, 그람 양성 포도상 구균, Enterococcus faecalis 및 항생제 내성 균주를 포함한 광범위한 박테리아에 대해 Cu 또는 Ag(NP) 단독보다 더 효율적이었습니다. 연쇄상 구균 dysgalactiae. 우리는 양전하를 띤 CuO NP가 Ag NP의 항균 효과를 최대 6배까지 향상시키는 것을 보여주었습니다. 특히, CuO 및 Ag NPs의 시너지 효과에 비해 각 금속 이온의 시너지 효과가 낮아 항균 효과를 높이려면 NP 표면이 필요함을 시사합니다. 우리는 또한 시너지 메커니즘을 연구하여 Cu+ 이온의 생성, Ag NP에서 Ag+의 더 빠른 용해, Cu2+ 존재 하에서 배양 배지의 단백질에 의한 Ag+의 낮은 결합이 시너지의 주요 메커니즘임을 보여주었습니다. 요약하면, CuO와 Ag NP 조합은 항균 효과를 최대 6배까지 증가시킬 수 있었습니다. 따라서 CuO와 Ag NP 조합을 사용하면 Ag와 시너지로 인해 우수한 항균 효과를 유지할 수 있으며 Cu는 인간 세포의 필수 미량 원소이기 때문에 유익한 효과가 향상됩니다. 따라서 Ag의 항균 효과를 높이고 안전성을 향상시키며 국소 세균 감염을 예방 및 치료하기 위해 상처 관리 제품과 같은 항균 재료에 Ag와 CuO NP의 조합을 사용하는 것이 좋습니다.

새로운 항균제의 개발은 세계보건기구(WHO)와 과학계가 지정한 최우선 과제 중 하나입니다1. 최근 메타 분석에 따르면 2019년에 항생제 내성과 관련된 사망자가 495만 명에 달했으며 항생제 내성 박테리아 감염을 해결하기 위한 긴급 조치의 필요성이 강조되었습니다2. 상처 감염은 사지 절단과 같은 심각한 결과를 초래할 수 있고, 관리하지 않을 경우 사망에 이를 수 있는 만성 감염의 한 유형입니다. 15~27%의 사례에서 세균성 상처 감염은 사지 절단이 필요한 괴저로 이어지며3, 이는 현재의 상처 감염 관리 전략이 비효율적이며 개선된 접근법이 필요함을 보여줍니다.

전통적인 항생제 분야에서 조합 시너지 개념은 현재 박테리아 감염을 치료하고 내성을 방지하는 가장 유망한 접근법 중 하나로 간주됩니다4. 다양한 약물을 병용하면 약물의 복용량을 줄일 수 있어 단독요법에 비해 부작용이 적습니다5.

그러나 항생제는 전신 투여되며 이들의 조합은 예측할 수 없는 약동학 프로필을 초래합니다. 국소적으로 적용되는 NP 조합은 전신 항생제의 이러한 단점을 우회합니다. 따라서 우리는 시너지 NP의 적용이 매우 유망하다고 생각합니다. 우리는 박테리아에 대한 다양한 작용 방식으로 인해 Cu와 Ag NP가 함께 적용될 때 항균 효능이 더 높은 반면, Cu는 지금까지 알려진 최고의 금속 기반 항균제인 Ag NP의 항균 효능을 향상시키는 것으로 가정합니다. 또한 Cu는 미량원소이며 상처 치유, 섬유아세포의 이동 촉진, 콜라겐 합성 촉진, 혈관 신생에 필수적, 상처 치유6 및 뼈 재생 지원7에 유익합니다. 따라서 Cu와 Ag NP 조합은 우수한 항균 효과를 가지며 상처 치유를 향상시켜 감염된 상처에 매우 유익한 치료법이 될 수 있습니다.