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세균 감염을 감지·치료하는 '변색 반창고' 개발, 약물내성엔 빨간색으로 변한다
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세균 감염을 감지·치료하는 '변색 반창고' 개발, 약물내성엔 빨간색으로 변한다
  • 김지연 기자
  • 승인 2020.02.14 13:50
  • 댓글 0
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박테리아 감염은 노란색 약물내성은 빨간색으로
육안으로 실시간 약물 내성 추적 가능
세균 감염을 감지·치료하는 '변색 반창고' 개발, 약물내성엔 빨간색으로 변한다 ⓒ케미컬뉴스
세균 감염을 감지·치료하는 '변색 반창고' 개발, 약물내성엔 빨간색으로 변한다 ⓒ케미컬뉴스

전세계 인류 건강에 가장 심각한 위협 중 하나인 항생제 내성이 있는 박테리아, 현시대는 항박테리아 분야에서 기존 항생제의 합리적인 사용과 내성을 극복하는 방법이 중요한 문제로 꼽히고 있다.

이에 박테리아 감염의 조기 감지와 약물 내성의 출현을 눈으로 확인 할 수 있는 흥미로운 변색 반창고를 개발한 연구팀이 있다. 

 '현장검사 감지 및 세균 감염치료를 위한 색상측정 반창고' /출처=미국화학학회

지난달 29일 미국화학학회에 실린 '현장검사 감지 및 세균 감염치료를 위한 색상측정 반창고'의 중국과학자들이 그 주인공이다.

치료 방법의 선택에 매우 중요한 박테리아 감염의 감지와 약물 내성 모니터링의 일반적인 방법은 시간이 소모되고 전문인력 뿐만아니라 고가의 계측기가 필요하다고 한다. 거기다 항생제의 남용은 박테리아 저항을 가속화시키기도 한다. 

연구팀은 약물 내성의 감지 후 선택적 항균 전략을 가능하게 하는 휴대용 종이기반 약물내성 시각화 반창고(PBA)를 개발했다고 밝혔다.

A.반응식. 약물-민감성 (DS) 박테리아의 경우, 박테리아 미세 환경의 산성 성질이 이용되었다./ B. PBA의 개략도("0", 녹색)
세균감염의 경우(1", 노란색)
약물 내성("2", 빨간색  / 미국화학학회

연구보고서에 따르면 브로모티몰블루(BTB, 산염기지시약)는 감염부위의 산성환경에 반응하여 녹색에서 노란색으로 변색되었다. 한편, 암피실린이 적재된 나노 물질은 키토산으로 코팅되어 음으로 하전된 박테리아를 유인하고 산 반응 약물 방출을 달성하여 DS 박테리아를 죽였다.

DR세균의 경우, 많은 저항성 박테리아에 의해 분비되는 β-락타마아제의 작용에 의해 니트로세핀이 황색에서 적색으로 바뀌었다.

그들은 "기술적 합성과 정교한 디자인을 통해 셀룰로오스 종이에 통합하고 반창고(PBA)를 준비했다. 결국 우리는 색변화에 의해 내성 박테리아가 존재하는지 판단하고 치료를 선택할 수 있다."고 썼다. 

약물 저항 감지를위한 PBA의 사용 (A) 박테리아 감염 (노란색) 및 약물 내성 (빨간색)을 감지하기위한 PBA (녹색)의 개략도. 완충액 (pH 8.0-6.0), 대장균 용액, 박테리아 분비물 및 추출물과 함께 4 시간 동안 배양 한 후 (B) PBA 비 니트 로세핀 및 (C) PBA 의 전형적인 사진 . (D) 0.02 내지 0.18 U / mL 범위의 상이한 농도의 β- 락타 마제를 갖는 PBA의 정량 분석. 삽입은 β- 락타 마제와의 반응 후 PBA의 전형적인 이미지를 포함한다. (E) 상이한 농도의 DR이 . 콜라이를 갖는 PBA의 정량 분석 ./ 출처=미국화학학회

PBA의 색은 검출 한계가 낮고 특이성이 높은 세균 감염 및 약물 내성을 모두 나타낼 수있다.

약물 내성에 기초한 선택적 치료를위한 PBA의 사용

화학요법만으로도 DS 대장균을 박멸할 수 있는 반면 현장에서는 DR 대장균을 죽이기 위해서는 화학요법과 광역학 요법(PDT)의 조합이 필요하다는 것을 보여주었다. 이 두가지를 함께 사용해 민감성 변종과 내성 변종을 각각 치료한다.  PDT가 정상 세포에 미치는 부작용을 고려할 때, 우리는 성능과 생체 안전성의 균형을 맞추기 위해 적절한 밀도(c로 표시)를 선택했다. 

실제 적용을 위한 유효기간 조사도 실시했는데 "PBA를 4℃에서 기밀로 저장한 후 감지 및 항균 실험을 위해 꺼내어, 한 달 후에도 PBA가 대장균에 반응하여 해당 색상을 표시했다. 대장균의 살균 능력도 유지했으며, 실제 응용 분야에서 사용하기 유망하다." 고도 했다.  

CP의 (A) TEM 이미지. (B) CP의 암시 야 TEM 이미지 및 CK, NK, OK 및 Zr–L 신호의 해당 TEM 원소 매핑. (C)의 제조 PBA 경로 : I, 및 LiCl을 NaIO 4 ; ii, NaCNBH 3 및 CP; iii, BTB 용액 (5 % PEG, pH 7.4). 셀룰로오스 종이 (D) 및 PBA (E, F)의 SEM 그래프

상처가 있는 쥐의 내성을 감지하고 치료하기 위한 PBA의 잠재력 평가에서 PBA는 대장균 감염을 치료하기에 충분했으며 PBA와 빛의 조합은 대장균 감염을 퇴치하기에 더 적합했다.

기존의 PDT 기반 항 박테리아 전략과 비교하여 육안으로 약물 내성을 실시간으로 추적 할 수 있으며 표적 외 부작용이 완화된다. 결국, 2-4 시간 밖에 걸리지 않았으며, 임상 진단의 필요성을 충족시키며 우수한 성능, 저렴한 비용 및 간편한 작동을 갖춘 PBA를 고려하여 실용적인 현장 치료 적용을 위해 개발할 수 있다고 한다.



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