소개

최근 수십 년 동안 항생제 내성 미생물 균주의 놀라운 급증은 전 세계적으로 공중 보건에 심각한 위협을 가해 왔습니다[ 1 , 2 ]. 일부 내생포자 및 바이러스에 대한 항균제 내성 및 비효과성과 같은 기존 항균제의 한계로 인해 감염에 효과적으로 대처하기 위한 새로운 접근법의 탐색이 필요했습니다. 이와 관련하여 나노기술은 항균 응용을 위한 혁신적인 솔루션을 제공하는 유망한 방법으로 부상했습니다[ 3 ]. 나노 구조 재료는 약물 저항성 미생물로 인한 문제를 극복하고 항균 특성이 강화된 효과적인 나노복합체 개발의 길을 닦는 데 놀라운 잠재력을 보여주었습니다[ 4 ]. 생체 적합성 및 골전도성 물질인 HAP(Hydroxyapatite)는 다양한 생체 의학 장치 및 표적 약물 전달에서 상당한 관심을 불러일으켰습니다. 탁월한 화학적 안정성, 무독성 특성 및 탁월한 생체 적합성으로 인해 의료 응용 분야에 이상적인 후보가 됩니다 [ 5 ]. HAP는 뼈 형성의 주요 미네랄이며 콜라겐 삼중 나선 구조로 둘러싸여 있으며, 순수 nHAP와 HAP의 나노 결정은 폴리머와 통합될 때 약물 전달 환경에서 활용됩니다. 물리적, 화학적 특성이 생물학적 용도와 어떻게 연관되는지에 대한 탐구는 매우 흥미로운 연구 주제로 떠올랐습니다[ 6 , 7 ].

또한, 새우 껍질, 기타 바다 갑각류 등 천연 공급원에서 얻은 키틴에서 추출한 키토산은 생분해성, 생체 적합성 및 무독성으로 알려진 생체 고분자입니다. 이러한 특성으로 인해 키토산은 항균제를 통합하기 위한 매력적인 매트릭스가 됩니다[ 8 , 9 ]. 비타민 K는 2-메틸-1,4-나프토퀴논의 기본 구조와 3 위치에 위치한 이소프레노이드 사슬을 특징으로 하는 지용성 물질 집합의 구성원입니다. 비타민 K1(필로퀴논), 비타민 K2(메나퀴논), 비타민 K3(메나디온)로 알려진 이러한 다양한 형태의 비타민 K는 곁사슬의 구조에 따라 분류됩니다[ 10 ].

비타민 K2는 혈액 응고 및 뼈 건강에 대한 전통적인 역할 외에도 유망한 항균제로 등장했습니다. 이는 미생물 세포막을 파괴하고 필수 세포 과정을 방해하는 것으로 여겨지기 때문에 다양한 박테리아 및 곰팡이 병원체에 대한 억제 효과를 나타냅니다 [ 11 ]. 더욱이, 비타민 K2의 면역 조절 특성은 항미생물 펩타이드 생산을 자극하여 감염과 싸우는 신체의 능력을 향상시킬 수 있습니다. 비타민 K2를 기존 항균제와 결합하면 시너지 효과가 발생하여 항생제 내성을 퇴치할 수 있는 잠재적인 솔루션을 제공할 수 있습니다[ 12 , 13 ]. 연구에 따르면 대사 공학을 통해 제조된 비타민 K2는 광범위한 병원체에 대해 항균 활성을 가질 가능성이 높으며[ 13 ] 다른 항균제와의 시너지 조합을 위한 흥미로운 후보가 됩니다. 이 연구는 제품 스펙트럼을 확장하여 비타민 K2 생산을 위한 대사 공학 방법에 대한 정보를 제공합니다[ 13 ].

나노복합체를 형성하기 위한 HA, 키토산 및 비타민 K2의 조합은 고급 항균 물질 개발을 위한 강력한 전략을 제시합니다. 이들 성분의 시너지 효과는 증가하는 항생제 내성 문제를 해결하고 감염 관리를 향상시킬 수 있는 강력하고 효과적인 항균제를 생성할 것으로 예상됩니다. 이 연구의 근거는 저항성 발달 위험을 최소화하면서 감염에 효율적으로 대처할 수 있는 새롭고 강력한 항균제의 필요성에 있습니다. 나노 수산화인회석, 키토산 및 비타민 K2의 고유한 특성을 활용하여 항균 활성이 향상된 나노복합체를 합성하여 혁신적인 치료 접근 방식의 길을 닦는 것을 목표로 합니다. 이 연구는 임상적으로 중요한 다양한 미생물에 대해 나노-수산화인회석, 키토산 및 비타민 K2로 구성된 나노복합체의 항균 능력을 탐구하는 것을 목표로 했습니다.

재료 및 방법

연구 프로토콜은 비타민 K2, 나노수산화인회석(nHAP) 및 키토산을 개별적으로 또는 조합하여 함유한 나노복합체의 새로운 항균제로서의 잠재력을 평가하기 위해 개발되었습니다. 연구를 시작하기 전에 과학 검토 위원회인 Saveetha Dental College(SRB/SDC/PhD/PROSTHO-2105/21/TH-094)로부터 윤리적 승인을 받았습니다.

연구 유형 및 설정

3개월에 걸친 단면 연구는 2023년 9월부터 2023년 11월까지 Saveetha Dental College and Hospital의 미생물학과에서 수행되었습니다.

시험 용액의 준비

세 가지 기본 솔루션을 구입했으며 분석 등급이었습니다. 각 시험 용액을 준비하는 과정은 아래에 요약되어 있으며, 각 화합물의 합성을 위해 취해진 독특한 단계를 자세히 설명합니다.

키토산 용액

키토산 용액은 키토산(Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Germany)을 2% 아세트산(v/v)에 실온(25°C)에서 1시간 동안 자기 교반(430rpm) 교반하면서 바이오폴리머가 용해될 때까지 분산시켜 제조되었습니다. 완전히 용해되었습니다. 이로써 용액 내 최종 농도 10 mg/mL의 키토산을 달성합니다.

비타민 K2 솔루션

150 mg의 비타민 K2를 15 mL의 증류수에 분산시키고 완전히 혼합하여 물에 비타민 K2가 완전히 용해되도록 하여 용액 내 비타민 K2의 최종 농도가 10 mg/mL가 되도록 했습니다.

나노수산화인회석 용액

염화칼슘(CaCl2)과 인산수소이나트륨(Na2HPO4)(Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Germany)을 사용하여 2.5μm 수산화인회석(HAp)을 침전시켰습니다. 이를 증류수에 분산시켰다. 철저한 혼합을 실시하였고, 정밀한 입도 조절을 위해 여과를 고려하였습니다. nHAP 용액은 권장 조건 하에 적합한 용기에 보관되었습니다.

테이블​1 번 테이블1사용된 화학 시약과 해당 제조업체에 대한 간략한 정보를 제공합니다.

이러한 테스트 용액으로부터 항균 테스트를 위해 네 가지 화합물 그룹이 준비되었습니다: 비타민 K2 + 나노-수산화인회석(VK2 + nHAP); 비타민 K2 + 키토산 + 나노-수산화인회석(VK2 + 키토 + nHAP); 비타민 K2 단독(VK2); 비타민 K2 + 키토산(VK2 + 키토산).

시험 화합물의 제조

비타민 K2 용액은 비타민 K2 분말(Merck, Darmstadt, Germany)을 용해하여 제조하였다. 이를 디메틸 설폭사이드(DMSO)(Merck, Darmstadt, Germany)에 용해시킨 후 배지에 희석하였다.

비타민 K2 + 키토산 용액

제조된 비타민 K2 용액 5mL를 키토산 용액 5mL에 첨가하였다. 용액을 잘 혼합하여 비타민 K2와 키토산의 균질한 혼합물을 얻었습니다.

nHAP + 키토산 솔루션

5mL의 키토산 용액을 nHAP와 결합하고, 혼합물을 광범위하게 교반하여 키토산 매트릭스 내에서 나노-수산화인회석의 일관된 분포를 달성했습니다.

VK2 + 키토 + nHAP 솔루션

비타민 K2 + 키토산 용액(5 mL)을 nHAP와 결합하고, 용액을 잘 혼합하여 VK2 + 키토 + nHAP 용액을 생성했습니다.

미생물 균주 및 접종원 준비

본 연구에 사용된 미생물은 첸나이에 있는 Saveetha Dental College의 Nanobiomedicine Laboratory 문화 컬렉션에서 조달되었습니다. 선택된 균주에는 황색포도상구균 ( S. aureus ), 스트렙토코커스 뮤탄스 ( S. mutans ), Enterococcus faecalis ( E. faecalis ) 및 칸디다 알비칸스 ( C. albicans )가 포함되었습니다. 이러한 미생물의 성장과 평가를 촉진하기 위해 S. mutans , S. aureus 및 E. faecalis 에 대해서는 Mueller Hinton agar(HiMedia Labs, India) 100mL를 꼼꼼하게 준비한 반면, Rose Bengal agar(HiMedia Labs, India)는 C. albicans를 위해 특별히 제조되었습니다 . 준비 후, 한천을 멸균한 후 페트리 플레이트에 부어 굳혔습니다. 그런 다음 박테리아 및 곰팡이 배양 플레이트를 최적의 성장 온도에서 배양하여 박테리아 배양을 24시간 동안 관찰하고 곰팡이 배양을 48시간 동안 관찰하여 항균 활성 평가를 위한 적절한 환경을 제공했습니다.

한천웰 확산 시험

한천웰확산법을 이용하여 시험물질의 항균효과를 평가하였다. 그의 접근 방식에서는 50 μL 부피의 각 화합물 테스트 용액을 한천 플레이트에 균일하게 분배하여 일관된 미생물 잔디를 확립했습니다. 접종에는 전체 플레이트 표면에 걸쳐 3개의 고른 줄무늬가 포함되었으며, 페트리 플레이트는 각 적용 사이에 약 60° 회전한 다음 한천 표면 주변을 면봉으로 닦았습니다. 그 후, 각각 직경 7mm, 깊이 4mm인 4개의 웰을 전략적으로 플레이트에 동일한 거리에 배치했습니다. 각 시험 화합물 용액의 70 μL 부피를 마이크로피펫을 사용하여 4개의 웰에 분배했습니다. 그런 다음 플레이트를 Sabouraud Dextrose Agar(SDA)에서 S. mutans , S. aureus , E. faecalis 및 Rose Bengal 한천에서 C. albicans 에 대해 37°C에서 24시간 동안 호기적으로 배양했습니다 . 배양 기간 후, 페트리 플레이트를 밀리미터 단위로 측정한 억제 구역의 존재 여부를 검사했습니다. 신뢰성을 보장하기 위해 전체 프로토콜을 세 번 반복하여 실험 오류를 최소화했습니다.

억제 영역 측정

인큐베이션 후, 함침된 디스크를 둘러싸는 억제 영역의 크기는 페트리 플레이트 후면에 자를 배치하여 평가되었습니다. 제한된 성장 영역의 치수를 측정하고 가장 가까운 전체 밀리미터 단위로 반올림했습니다. 영역은 테스트된 미생물 균주에 대한 테스트 화합물의 항균 활성을 나타냅니다. 

통계 분석

평균과 표준편차를 평가하기 위해 기술통계를 수행했습니다. 평균 억제 구역 및 표준 편차(SD)를 비교용 표준 참조와 함께 항균 활성의 지표로 측정했습니다. 그룹 간 평균을 비교하기 위해 일원 분산 분석(one-way ANOVA)을 사용하였고, 농도 간격을 비교하기 위해 사후 검정(post hoc test)을 사용하였다. 데이터 분석에는 IBM SPSS Statistics for Windows, 26.0(2019년 출시; IBM Corp., Armonk, New York, United States)을 사용했습니다. P-값 < 0.05는 통계적으로 유의한 것으로 간주되었습니다.

결과

다양한 농도에서 연구 그룹 간의 전체 평균 억제 영역이 표에 나와 있습니다.​표2.2. 연구 그룹과 용량 간에 평균 농도의 유의미한 차이가 관찰되었습니다. 특히, K2 + Chito + nHAP 군에서는 25 µL의 용량이 표준군에 비해 유의하게 높은 평균 농도를 나타냈습니다(P = 0.027). 마찬가지로, 25μL 용량의 비타민 K2 + 키토산 그룹은 표준 그룹에 비해 상당히 높은 평균 농도를 나타냈습니다(P = 0.040).

그룹간 비교에서 다양한 연구 그룹과 용량에 따른 평균값에서 유의미한 차이가 확인되었습니다. 구체적으로, K2 + Chito + nHAP(100μL)군과 비타민 k2 + nHAP(표준)군 간의 비교에서는 전자가 유의하게 낮은 평균값을 나타내는 등(p=0.019) 상당한 차이가 관찰되었습니다. 마찬가지로 K2 + Chito + nHAP(100μL) 그룹과 비타민 K2 + nHAP(25μL) 그룹의 비교에서도 눈에 띄는 차이가 나타나 전자의 평균값이 더 낮았습니다(p=0.006). 또한, 비타민 K2 + nHAP(표준) 그룹은 K2 + Chito + nHAP(100μL) 그룹보다 유의하게 낮은 평균을 나타냈습니다(p = 0.006). 이러한 발견은 관심 변수에 대한 다양한 제제의 영향을 해석할 때 투여량 효과를 고려하는 것이 중요함을 강조합니다.

그림에서​그림1A,1A즉, 비타민 K2 + nHAP의 항균 활성은 S. aureus , S. mutans , E. faecalis 및 C. albicans 에 대한 억제 구역의 농도 의존적 ​​증가와 함께 분명합니다 . 100 µL 농도에서 이 화합물은 S. aureus 의 경우 25 mm, S. mutans 의 경우 13 mm , E. faecalis 의 경우 13 mm , C. albicans 의 경우 22 mm의 억제 구역을 달성하는 등 상당한 효과를 나타냈습니다 . 수치​그림1B1BK2 + Chito + nHAP에 대한 유사한 경향을 보여줍니다. C. albicans는 가장 높은 감도를 나타내며 100 µL 농도에서 28 mm 억제 영역에 도달합니다. S. aureus 와 S. mutans 도 다양한 농도에서 주목할만한 민감도를 보인 반면, E. faecalis는 100 µL 농도에서 18 mm 억제 구역으로 중간 정도의 민감도를 보였습니다.

수치​그림1C1C비타민 K2 단독의 항균 활성을 보여주며, 모든 농도에서 일관되지만 보통 수준의 억제 영역(9mm)을 나타냅니다. 억제 효과는 S. aureus , S. mutans 및 E. faecalis 에 대해 비교적 약한 반면, C. albicans 에 대한 민감도는 11mm 억제 영역에서 100μL 농도에서 약간 증가한 것으로 관찰되었습니다 . 그림에서​그림1D,1D즉, 비타민 K2와 키토산의 조합은 상당한 항균 활성을 나타냈습니다. 억제 영역은 농도가 증가함에 따라 증가했으며 C. albicans는 가장 높은 감도를 나타냈습니다(100 µL에서 24 mm). S. aureus 와 S. mutans 도 다양한 농도에서 상당한 민감도를 보인 반면, E. faecalis는 100 µL 농도에서 16 mm 억제 영역으로 중간 정도의 민감도를 나타냈습니다.

논의

이 연구는 임상적으로 중요한 다양한 미생물에 대해 나노-수산화인회석, 키토산 및 비타민 K2로 구성된 나노복합체의 항균 능력을 탐구하는 것을 목표로 했습니다.

생리활성 화합물을 의료용 임플란트 코팅에 통합하면 항균제 내성에 맞서 싸울 수 있는 상당한 잠재력을 제공합니다. 임플란트와 관련된 일반적인 합병증인 임플란트 주위염의 위험은 항균제를 임플란트 코팅과 결합하여 최소화할 수 있습니다. 왜냐하면 항균제는 생물막 형성을 방지하는 보호 장벽 역할을 할 수 있기 때문입니다. 생리 활성 물질과 함께 항균 화합물을 통합하는 이러한 접근 방식은 향상된 항균 특성과 추가된 치료 이점을 갖춘 다용도 재료를 개발할 수 있는 혁신적인 경로를 제공합니다.

조사에서는 비타민 K2 + nHAP, K2 + 키토산 + nHAP, 비타민 K2 및 비타민 K2 + 키토산의 항균 활성을 평가했습니다. 결과는 S. aureus , S. mutans , E. faecalis 및 C. albicans 에 대해 테스트된 화합물 사이에서 차별적인 항균 효능을 입증했습니다 . 왜냐하면 이러한 미생물 균주는 임플란트 주위염 및 후속 임플란트 실패의 원인이기 때문입니다[ 14 ]. 나노복합체에 대한 미생물 균주의 차등적 반응은 세포벽 구조의 변화와 항균제에 대한 감수성에 기인할 수 있습니다.

테스트된 화합물 중에서 비타민 K2 + nHAP는 억제 영역에서 농도 의존적 ​​증가를 나타냈는데, 이는 비타민 K2 + nHAP의 농도가 높을수록 미생물에 대한 억제 효과가 더 뚜렷하다는 것을 나타냅니다. 다양한 미생물 균주에 대한 억제 구역에서 관찰된 변화는 제제에 대한 민감성의 차이에 기인할 수 있습니다. S. aureus 와 C. albicans는 모든 농도에서 더 넓은 억제 영역을 통해 알 수 있듯이 화합물에 더 민감한 것으로 보입니다. 대조적으로, S. mutans 및 E. faecalis는 민감도가 약간 감소하여 특정 농도에서 억제 구역이 더 작아졌습니다. 관찰된 비타민 K2 + nHAP 나노복합체의 항균 활성은 비타민 K2와 nHAP 사이의 시너지 상호작용에 기인할 수 있습니다. 비타민 K2는 미생물 세포막을 파괴하고 중요한 세포 과정을 방해할 수 있는 고유한 항균 특성으로 잘 알려져 있습니다. 동시에, 생체적합성 물질인 nHAP는 시너지 효과를 발휘하여 복합재의 전반적인 효능을 향상시킵니다. 이는 항균제의 지속적인 방출을 촉진하는 도움이 되는 환경을 조성하여 생물학적 이용 가능성을 향상시키고 활성을 연장시킵니다. 따라서 비타민 K2와 nHAP의 결합된 작용으로 인해 항균 효과가 강화되어 개별적인 강점이 서로 보완되어 다양한 미생물 균주에 대한 성능이 향상됩니다[ 15 ].

메나퀴논으로도 알려진 비타민 K2는 방향족 지용성 분자입니다. 다른 생리 활성 화합물과 결합하면 약물 화합물 사이의 소수성 상호 작용으로 인해 지속 가능한 방출이 발생할 수 있습니다[ 16 ]. 이러한 상호작용으로 인해 화합물이 응집됩니다. 이로 인해 임플란트 표면에서 확산 과정이 가속화되어 비타민 K2를 생성하는 방출 속도가 향상되었습니다. 메나퀴논은 혐기성 세균과 그람 양성 세균에만 존재하기 때문에 부작용을 최소화하면서 효과적인 항균제 제제의 유력한 후보로 간주됩니다. 메나퀴논 생합성과 미생물 성장에서의 중요한 역할에 대한 최근의 이해는 생합성 효소의 기질 또는 보조인자와 유사한 많은 억제제를 포함한 잠재적인 항균제를 확인했습니다. 비타민 K2의 고유한 특성을 활용하는 것은 약물 내성 미생물을 효과적으로 퇴치하기 위한 혁신적인 항균 전략을 개발할 수 있는 유망한 방법을 제공합니다. 개별적인 장점을 결합함으로써 이들 화합물은 항균제 내성 문제를 해결하고 항균 요법의 효능을 향상시키는 시너지적 접근 방식을 제공할 수 있습니다[ 10 , 17 , 18 ]. 

우리 연구에서는 [그림​[그림2],2], K2 + 키토산 + nHAP는 테스트된 미생물 균주에 대해 상당한 항균 활성을 나타냅니다. 비타민 K2 + nHAP 나노복합체와 유사하게, K2 + Chito + nHAP 나노복합체도 억제 구역이 용량 의존적으로 증가하는 것으로 나타났으며, 이는 더 높은 농도에서 향상된 억제 효과를 나타냅니다. 50 µL에서 억제 구역은 S. aureus , S. mutans , E. faecalis 및 C. albicans 에 대해 각각 24 mm, 12 mm, 12 mm 및 21 mm로 확장되었습니다. S. aureus 및 S. mutans는 더 높은 농도에서 더 큰 억제 영역이 관찰되었기 때문에 나노복합체에 대해 중간 정도의 민감도를 나타냈습니다. E. faecalis는 중간 정도의 민감도를 보였으며, 나노복합체 농도가 증가함에 따라 억제 영역이 증가했습니다. C. albicans는 나노복합체에 대해 상당한 민감성을 보였으며, 테스트된 모든 농도에서 억제 영역이 눈에 띄게 더 커졌습니다. 표준 대조군과 비교하여 더 넓은 억제 구역은 이 나노복합체가 미생물 성장을 보다 효과적으로 퇴치할 수 있는 잠재력을 가지고 있음을 나타냅니다. C. albicans 및 S. aureus 에 대해 가장 높은 민감도가 나타났으며 이는 이들 병원체에 대한 효과적인 항균제로서의 잠재력을 나타냅니다. 그러나 S. aureus 및 S. mutans 에 대한 중간 정도의 억제 효과는 그람 양성 박테리아에 대한 효능을 향상시키기 위해 제제의 추가 최적화가 필요함을 나타냅니다. 유사하게, K2 + Chito + nHAP 나노복합체는 테스트된 모든 미생물에 대해 강력한 항균 활성을 나타냈습니다. 다양한 농도에서 관찰된 상당한 억제 영역은 광범위한 효능을 나타냅니다.

C. albicans는 항진균 치료에 이 나노복합체가 잠재적으로 응용될 수 있음을 나타내는 놀라운 민감도를 나타냈습니다. 이는 키토산-nHAP 복합층이 곰팡이 생물막 발달에 대한 억제 효과를 입증한 이전 연구 결과와 일치합니다. 이러한 억제는 지질다당류( LPS )와 관련된 연구를 포함하여 이러한 상호작용을 참조하는 연구에서 관찰된 바와 같이 임플란트 재료의 양전하 표면과 미생물 균주 구조의 음이온 성분 사이의 상호작용에 기인합니다 .

키토산-nHAP 복합체에 비타민 K를 첨가하면 재료의 유익한 특성이 더욱 향상되는 것으로 밝혀졌습니다. 비타민 K는 뼈 건강을 촉진하고 적절한 뼈 광물화를 촉진합니다 [ 20 , 21 ]. 복합재료에 비타민 K를 첨가하면 수산화인회석의 골전도 특성을 보완하여 재료의 전반적인 뼈 재생 가능성에 기여할 수 있습니다. 비타민 K의 항균 활성은 키토산-nHAP 복합체의 기존 항균 특성과 결합될 때 시너지 효과를 생성하여 미생물 성장과 생물막 형성을 보다 효과적으로 억제할 수 있습니다. 비타민 K의 포함은 또한 면역 반응을 조절하는 역할을 할 수 있으며[ 22 ], 이는 조직 통합을 더욱 지원하고 임플란트 관련 합병증의 위험을 줄일 수 있습니다.

대조적으로, 순수 비타민 K2는 테스트된 미생물에 대해 제한된 항균 활성을 나타냈습니다. 모든 농도에서 관찰되는 일관되게 작은 억제 영역은 약한 억제 효과를 나타냅니다. 이 화합물은 더 높은 농도에서 C. albicans 에 대해 약간 증가된 민감도를 나타냈지만 박테리아 균주에 대해서는 상당한 활성이 부족했습니다. 이번 연구 결과는 비타민 K2가 독립형 항균 효능이 충분하지 않을 수 있음을 시사합니다. 그러나 nHAP 또는 키토산과 시너지적으로 결합하면 항균제로서의 잠재력이 향상될 수 있습니다.

본 연구에서 K2 + 키토 + nHAP 및 비타민 K2 + 키토산 은 100 µL 농도에서 각각 18 mm 및 16 mm의 영역 크기로 E. faecalis 에 대해 중간에서 상당한 민감도를 나타냈습니다 . 연구 결과는 Wang et al.과 일치했습니다. 여기서 키토산은 E. faecalis 에 대해 더 나은 항균 효과를 갖는 것으로 관찰되었습니다  . 이는 박테리아가 비배양 조건에서 증식하기 때문입니다. 이는 영양 공급원 없이도 인상적인 1년 기간 동안 생존력을 유지하는 능력으로 입증됩니다[ 23 ]. 미생물의 생존 능력은 중요한 환경 적응으로서 중추적인 역할을 하는 생물막의 발달에 기인합니다. 이러한 생물막은 보호 및 지지 메커니즘으로 작용하여 미생물이 불리한 조건과 항생제 치료를 견딜 수 있도록 돕습니다[ 24 ]. 생물막은 E. faecalis가 불리한 환경을 견딜 수 있도록 보호막을 제공하여 더 높은 내부 환경 안정성과 장기적인 생존 가능성을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다[ 24 ].

E. faecalis 와 생물막 매개 생존을 퇴치하는 맥락에서 우리의 조사는 다양한 테스트 화합물의 항균 활성을 평가했습니다. 그 중에서 K2 + 키토 + nHAP 나노복합체와 비타민 K2 + 키토산 조합이 E. faecalis 에 대해 보통 내지 상당한 민감성을 나타내는 가장 유망한 후보로 나타났습니다 . 100 µL의 농도에서 이 화합물은 각각 18mm와 16mm의 인상적인 영역 크기를 보여 E. faecalis 성장을 억제했습니다. 반대로, 순수 비타민 K2는 E. faecalis 에 대해 더 약한 항균 활성을 나타냈으며 , 동일한 용량에서 억제 구역이 9mm로 더 작았습니다. 비타민 K2 + nHAP 나노복합체는 100μL에서 13mm의 억제 영역으로 중간 정도의 민감도를 나타냈습니다. 이러한 발견은 E. faecalis 및 생물막 관련 생존을 퇴치하기 위한 효과적인 제제로서 K2 + 키토 + nHAP 나노복합체와 비타민 K2 + 키토산 조합의 잠재력을 강조합니다 .

결과는 비타민 K2를 nHAP 또는 키토산과 결합하여 항균 활성을 향상시키는 시너지 효과를 종합적으로 강조합니다. 나노복합체 제제는 더 넓은 범위의 효능과 증가된 효능 측면에서 순수 비타민 K2에 비해 이점을 제공하는 것으로 보입니다. nHAP와 키토산의 존재는 나노복합체에서 관찰된 더 넓은 억제 영역에 의해 입증되는 바와 같이 향상된 항균 특성에 크게 기여하는 것으로 보입니다. 이들 박테리아의 세포벽의 구조적 차이는 키토산에 대한 뚜렷한 감수성에 기여합니다. LPS와 음으로 하전된 표면의 존재를 특징으로 하는 그람 음성 박테리아는 정전기 상호 작용으로 인해 키토산에 더 취약한 것으로 생각됩니다. 양이온성인 키토산은 환경 pH가 6.5 미만일 때 음전하를 띤 인지질과 결합할 수 있습니다. 그러나 키토산의 항균 작용은 테이코산 생합성의 결실로 인한 S. aureus 의 저항성 증가로 입증되는 것처럼 정전기적 상호작용에만 의존하는 것이 아니며 , 이는 보다 복잡한 작용 방식을 시사합니다. 더 두꺼운 펩티도글리칸과 음전하를 띤 테이코산을 가진 그람 양성 박테리아도 키토산에 대한 감수성을 나타냅니다. 그람 양성 박테리아의 두꺼운 세포벽에도 불구하고 특정 키토산 올리고머는 세포벽을 관통하여 DNA/RNA 또는 단백질 합성과 같은 과정에 영향을 미칠 수 있습니다. 키토산의 분자 크기는 항균 활성에 중요한 역할을 하며, 저분자량 키토산과 올리고키토산은 세포벽과 세포막을 통과하여 세포질로 들어간 후 DNA/RNA 또는 단백질 합성에 잠재적으로 영향을 미칠 수 있습니다. 키토산의 항균 활성은 박테리아 생존에 필요한 환경 이온과 영양분을 킬레이트화하는 능력에 더욱 기인합니다 [ 25 - 27 ].

이 연구는 비타민 K2와 nHAP 및 키토산을 결합하여 항균 활성을 강화하는 시너지 효과를 탐구한 최초의 연구입니다. 이러한 나노복합체는 감염을 효과적으로 퇴치하고 의료 관련 감염 발생률을 줄이기 위해 상처 드레싱, 생체 의학 코팅 및 임플란트 재료에 응용할 수 있습니다 [ 28 ]. 그러나 관찰된 항균 효과를 담당하는 기본 메커니즘을 밝히고 임상 사용을 위한 나노복합체의 생체 적합성과 안전성을 평가하기 위해서는 추가 조사가 필요합니다.

제한사항

우리의 연구는 비타민 K2, nHAP 및 키토산을 함유한 나노복합체의 유망한 항균 잠재력을 보여 주지만 몇 가지 제한 사항이 인정되어야 합니다. 조사는 주로 시험관 내 평가에 의존하며 생체 내 조건의 복잡성이 결여되어 있으며 선택된 미생물 균주는 직면한 임상적 다양성을 완전히 나타내지 못할 수 있습니다. 디스크 확산 테스트의 정성적 특성은 귀중한 통찰력을 제공하지만 항균 효능에 대한 정량적 데이터를 제공하기에는 부족합니다. 또한, 이 연구에는 생체 내 실험이 부족하여 나노복합체의 실제 적용 가능성과 잠재적인 부작용에 대한 포괄적인 이해를 방해합니다. 세포 독성 평가, 구성 요소 비율의 최적화 및 시간 경과에 따른 나노복합체 안정성 탐색도 이 연구에서 다루지 않은 필수 측면입니다. 실질적인 임상적 타당성과 안전성을 검증하고 잠재적인 생의학적 응용을 위해 이러한 나노복합체의 효능을 최적화하려면 추가 연구와 임상 시험이 필수적입니다.

결론

비타민 K2 + 키토 + nHAP 및 비타민 K2 + 키토산 조합은 임상적으로 관련된 미생물 균주에 대해 향상된 민감성을 보여주었습니다. 이러한 나노복합체는 항생제 내성 미생물을 퇴치하고 생의학 응용 분야에서 감염 관리를 향상시키는 효과적인 항균제로서 상당한 잠재력을 가지고 있습니다. 이 나노복합체를 임플란트 표면에 코팅재로 코팅하면 폐경기, 부갑상선 기능 저하증, 비타민 D 수치가 낮은 여성 등 뼈의 질이 낮은 환자의 골유착을 향상시킬 수 있다.