항생제에 대한 박테리아 내성의 보편적인 문제는 의사가 감염을 통제해야 하는 심각한 위협을 반영합니다. 박테리아의 진화는 약물 개선, 표적 변형, 막 투과성 감소 및 유출 펌프를 통한 약물 압출과 같은 항생제의 살균 효과를 중화하기 위한 다양한 복합 내성 메커니즘의 개발을 초래합니다. 유출 펌프는 광범위한 기질 특이성과 또한 박테리아 세포 외부로 약물 분자 압출에 대한 엄청난 효능을 얻습니다. 유출 펌프의 기능 장애는 기존 항생제의 살균 효과를 젊어지게 할 수 있습니다. 유출 펌프는 또한 박테리아 세포에서 생물막 형성을 담당하는 정족수 감지 생체 분자의 배제 또는 포함에 중요한 역할을 합니다. 박테리아 세포 내부 또는 외부의 정족수 감지 생체 분자의 이동 이동은 유출 펌프의 기능을 방해하여 중단될 수 있습니다. 금속 나노입자는 박테리아 세포의 유출 펌프를 차단할 수 있는 잠재적 후보를 나타냅니다. 유출 펌프 억제제로 나노 입자의 적용은 기존 항생제의 살균 효과를 되살리는 데 도움이 될 뿐만 아니라 미생물의 생물막 형성 능력을 줄이는 데 도움이 될 것입니다. 이 리뷰는 유출 펌프 억제를 위해 기존 항생제와 시너지 효과를 내는 금속 나노입자의 새롭고 매혹적인 응용에 초점을 맞춥니다.
생물막으로 확인된 만성 감염은 항생제와 숙주 면역 체계에 모두 저항할 수 있기 때문에 근절하기 어렵습니다[1]. 생물막 장벽은 급성 감염에서 만성 감염으로 전환되는 주요 원인 중 하나입니다[2]. 국립보건원 및 질병관리본부 보고서에 따르면 약 65~80%의 질병이 생물막 유도 박테리아에 의해 발생하며 주로 그람 음성 박테리아 Pseudomonas aeruginosa를 통해 발생합니다. 및 대장균 및 그람 양성 박테리아 황색 포도구균 [삼]. 항생제는 생물막 성벽을 가로질러 표적 세균 세포를 제거하는 능력이 제한되어 있기 때문에 생물막이 있는 감염을 치료하는 데 효과가 없는 것으로 나타났습니다[4]. 또한 박테리아는 독성 물질과 폐기물을 박테리아 세포 외부로 배출하기 위해 독특한 유출 시스템을 진화시켰습니다[5]. 유출 펌프는 광범위한 기질 특이성과 엄청난 약물 배제 능력을 갖는 막 결합 수송체 단백질입니다[6].
생물막 및 유출 펌프와 관련된 이러한 모든 질병은 다중 약물 내성(MDR) 박테리아 또는 광범위한 약물 내성(EDR) 박테리아의 출현으로 이어집니다. 이 때문에 기존의 항생제와 함께 나노입자가 생물막을 박멸하거나 손상시키고 MDR 또는 EDR 감염을 치료하기 위한 대안으로 제안되었습니다.
이러한 새로운 항균제인 금속성 나노입자는 기존 항생제의 항균력을 향상시킬 뿐만 아니라 살균력을 되살린다. 항생제와 금속 나노입자의 시너지 적용은 개별 적용보다 잠재적인 항균 효과를 더 많이 나타냈다[7, 8]. 항생물막 또는 유출 펌프 억제제로서 항생제와 함께 나노입자의 활용은 잘 조사되고 조사되었다[1, 9,10,11]. 금속 나노입자는 낮은 세포독성(농도 의존성), 높은 표면적 및 광범위한 항균 활성으로 인해 인간 세포주의 감염 치료에 광범위하게 사용되었습니다[12,13,14]. 더욱이, 금속 나노입자와 항생제의 결합된 적용은 약물 투여량으로서의 농도를 감소시키고 따라서 인간 세포주에 대한 두 제제의 독성을 감소시킨다[15]. 이 리뷰는 MDR 또는 EDR 병원체에 의한 감염을 퇴치하기 위해 광범위한 연구가 수행된 항생물막 및 유출 펌프 억제제로서 항생제와 나노입자의 시너지 적용을 강조합니다.
살균제로서 나노입자의 작용 방식을 결정하기 위해 다양한 연구가 수행되어 왔다. 그러나 나노입자가 미생물에 미치는 작용을 억제하는 기전에 대한 몇 가지 점은 여전히 해결해야 할 과제로 남아 있다. 나노 입자의 살균 활성에 대한 가능한 메커니즘 중 하나는 유출 펌프의 억제에 기인합니다. Banoeet al. 2010년에 S의 NorA 유출 펌프에서 산화아연 나노입자의 새로운 유출 펌프 억제 역할을 추가했습니다. 구균 . 그들은 S에서 산화아연 나노입자가 존재할 때 시프로플록사신에 대한 억제 영역이 27% 및 22% 증가하는 것을 발견했습니다. 구균 및 E. 대장균 , 각각 [16]. 이후 Padwal et al. 2014년에 Mycobacterium smegmatis에 대해 리팜피신과 폴리아크릴산 코팅 산화철(자철광) 나노입자(PAA-MNP)의 시너지 사용 개념을 제안했습니다. PAA-MNP의 유출 억제 역할에 중점을 둡니다. 그들은 M에서 PAA-MNP와 리팜피신의 융합을 사용했습니다. 스메그마티스 이는 리팜피신 단독에 비해 4배 더 높은 성장 억제를 초래했습니다. 이는 일반적인 유출 펌프 기질인 ethidium bromide[17]에 대한 실시간 수송 연구에서 입증된 바와 같이 세균 세포 내부에 항생제 축적이 3배 증가하여 설명할 수 있습니다.
금속 나노입자가 유출 펌프의 작동을 방해할 수 있는 두 가지 가능한 메커니즘이 있습니다. 한 가지 가능한 메커니즘은 금속 나노입자가 유출 펌프의 활성 부위에 직접 결합하여 세포 외부로 항생제가 압출되는 것을 차단하는 것입니다. 금속 나노입자는 여기에서 유출 펌프의 결합 부위에 대한 항생제의 경쟁적 억제제로 작용할 수 있습니다[18]. 또 다른 가능한 메커니즘은 유출 역학의 중단을 통한 것입니다. MDR 유출 펌프, MexAM-OPrM의 유출 역학의 붕괴에 대한 은 나노입자의 효과는 P에서 이미 조사되었습니다. 녹농균 [19]. 금속 나노입자는 양성자 구배의 종료에 이어 막 전위의 붕괴 또는 양성자 원동력(PMF)의 손실로 이어져 유출 펌프 활동에 필수적인 추진력의 저하를 초래할 수 있다고 제안할 수 있습니다[18, 20, 21]. 그러나 유출 펌프와 나노입자의 직접 결합에 대한 주요 제약은 작은 크기와 반응성입니다. 또한, 나노 입자는 단순히 유출 펌프와 상호 작용하기 보다는 다른 막 단백질과 결합할 수 있기 때문에 나노 입자가 노출되는 동안 매번 특히 유출 수송체와 결합할 가능성이 제한됩니다.
Christena et al. 등은 부분적으로 구리 나노입자로부터 Cu(II) 이온의 생성으로 인해 NorA 유출 펌프에서 구리 나노입자의 유출 억제 역할에 관한 연구에서 초기에 보여주었습니다. 구리 나노 입자에서 직접적으로 발생하는 이러한 부분 효과는 첫 번째 가설을 뒷받침하는 나노 입자와 유출 펌프의 직접적인 상호 작용을 의미할 수 있으며, Cu(II) 이온의 방출로 인한 부분 효과는 막 전위의 붕괴와 유출 펌프의 교란 작동을 나타낼 수 있습니다. 두 번째 가설[9]. Chatterjee et al. E의 막 전위 손실도 밝혀졌습니다. 대장균 1시간 동안 각각 3.0 및 7.5μg/ml 농도의 구리 나노입자 존재하에서 박테리아 세포를 성장시킨 후 -185에서 -105 및 -75mV의 세포. 나노 입자의 유출 억제 역할에 대한 명시적 메커니즘은 여전히 수수께끼로 남아 있으며 추가 연구가 필요합니다.
바이오필름은 박테리아에 대한 내성을 제공하지만, 바이오필름이 약물 내성 박테리아에 의해 생성되는 경우 이러한 저항이 강화됩니다[23]. 수많은 연구에서 다양한 작용 모드를 통해 두꺼운 생물막 장벽을 분해하는 금속 나노입자의 엄청난 능력을 보여주었습니다[24,25,26,27]. 금속 나노입자의 투과력은 항상 생물막 감염에 대해 사용하는 유용한 기능으로 남아 있습니다[28,29,30]. 나노 입자와 항생제의 두 가지 다양한 방식을 독특하게 결합하여 MDR 또는 EDR 박테리아를 생성하는 생물막과 싸울 수 있는 새로운 방법을 제시했습니다.
설득력 있는 연구 중 하나는 Gurunathan et al.에 의해 수행되었습니다. 은 나노 입자를 사용하여 다양한 항생제의 살균 및 항 생물막 효과 증가를 설명합니다. 암피실린과 은 나노입자의 공생적 사용은 은 나노입자 단독으로 처리한 후 약 20%의 생물막 억제와 대조적으로 그람 음성 및 그람 양성 박테리아의 생물막 억제를 각각 70% 및 55%까지 크게 향상시켰습니다. 유사하게, 은 나노입자와 반코마이신의 결합 적용은 그람-음성 및 그람-양성 박테리아에서 각각 55% 및 75% 생물막 억제를 초래한다[10]. 이러한 결과는 새로운 치료법의 임상 가능성을 열어주는 생물막 억제를 유도하기 위해 항생제와 나노 입자의 대안적 사용을 시사합니다.
항생제와 상승적으로 사용하는 구리 나노입자 및 산화아연 나노입자에 대해서도 유사한 효과가 관찰되었다. 본 연구에 따르면, 그람 양성균과 그람 음성균 모두에서 구리 나노 입자와 항생제의 단일화는 산화아연 나노 입자와 항생제의 조합에 비해 더 효과적인 항 생물막 활성을 보였다. 구리 나노 입자에 대한 이러한 증가된 억제는 나노 입자에서 생성된 Cu(II) 이온의 압출 때문일 수 있습니다. 특정 항생제와 결합된 구리 나노입자와 산화아연 나노입자는 2% 포도당 존재하에서 향상된 항생물막 효과를 나타내어 포도당 존재하에서 금속 나노입자와 항생제 사이의 결합 상호작용이 증가함을 보여주었다[9]. 금속 나노입자를 탄수화물로 코팅하면 나노입자-세포 상호작용, 세포 흡수 및 세포독성을 변형시킬 수 있습니다[31].
유출 펌프는 생물막 형성을 돕기 위해 생체 분자의 세포 간 신호 전달에서 중요한 역할을 합니다. 약물 내성과 싸우기 위한 가능한 메커니즘 중 하나는 유출 펌프 억제제를 사용하여 정족수 감지 메커니즘을 차단하여 궁극적으로 생물막 형성을 방해하는 것입니다. 정족수 감지에서 유출 펌프의 역할을 보여주기 위한 여러 연구가 이미 수행되었습니다[23, 32,33,34,35,36,37,38,39]. 유출 펌프와 생물막 형성 사이의 명백한 기계적 관계는 아직 완전히 이해되지 않았습니다. 하나의 실행 가능한 정당화는 쿼럼 감지에 필요한 중요한 구성 요소를 압출하는 유출 펌프의 역할일 수 있습니다. 이 기능적 측면은 이전 연구[40,41,42,43,44,45,46]에서 이미 제안되었습니다. 유출 펌프 억제제의 적용을 통한 신호 분자의 압출 손상은 정족수 감지 또는 세포 대 세포 신호 전달 과정에 영향을 미칠 수 있습니다[47, 48](그림 1).
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정족수 감지 신호 분자(빨간색 채워진 원)의 압출을 방해하는 유출 펌프 억제제로 금속 나노입자 사용 ) 금속 나노입자의 도움으로 외부 세균 세포(노란색 원 ) 유출 펌프 차단(채워진 실린더) ) 신호 분자의 수용체에 대한 결합 감소(빈 실린더) ) 및 생물막 형성 장애
또 다른 실행 가능한 정당화는 독성 및 폐기물 부산물을 세포 외부로 내보내는 유출 펌프의 역할일 수 있습니다. 생물막에서 빠르게 대사되는 세포는 전도성 시스템에 의존하여 박테리아 세포 내부에서 발생하는 다양한 생화학적 활동으로 인한 유해하고 폐기물 부산물을 밀어낼 수 있습니다[49]. 이 기능적 측면은 Kvist et al.에 의해 수행된 연구에서도 제안되었습니다. 2008년 [50]. 이 전도성 시스템을 차단하기 위해 유출 펌프 억제제를 사용하면 박테리아 세포 내부에 독성 부산물이 더 많이 축적되어 궁극적으로 생물막 형성이 감소할 수 있습니다(그림 2).
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금속 나노입자를 유출 펌프 억제제로 사용하여 생화학 반응의 독성 부산물의 압출을 억제합니다(빨간색 원 ) 금속 나노입자의 도움으로 외부 세균 세포(노란색 원 ) 유출 펌프 차단(채워진 실린더) ) 결과적으로 생물막 형성에 방해가 됩니다.
일부 연구에서는 세포막 특성을 변형시키고 궁극적으로 생물막 형성에 영향을 미침으로써 세포 응집에 영향을 미치는 유출 펌프의 손상을 시사했습니다[47]. 개선된 항균 및 항생물막 제제로서 항생제와 조합된 나노입자의 효과를 추론하기 위한 수많은 연구가 이미 수행되었다. 표 1에는 이러한 연구에 대한 요약이 나와 있습니다.
Barapatre et al.에 의해 수행된 최근 연구 중 하나는 아미카신, 카나마이신, 옥시테트라사이클린 및 스트렙토마이신 항생제와 함께 그람 양성 및 그람 음성 박테리아에 대한 은 나노 입자의 향상된 상승적 항균 및 항생물막 활성을 추론하는 것입니다. 녹색 화학을 중심으로 두 개의 리그닌 분해 균, 즉 Aspergillus flavus를 사용하여 질산은의 효소적 환원을 통해 은 나노입자를 합성했습니다. 및 Emericella nidulans . 병원성 미생물에 대한 항균 및 항생물막 활성을 증가시키기 위해 기존의 항생제와 함께 나노입자를 프로브로 사용하는 것이 제안되었습니다[51]. 유출 펌프 억제와 같은 ATP 의존적 기능의 붕괴는 항생제와 금속 나노입자의 시너지 효과의 잠재적인 메커니즘 중 하나로 보고되었습니다[52].
다수의 보고에서 박테리아가 기존 항생제의 작용을 회피하는 두 가지 다양한 박테리아 내성 메커니즘, 즉 MDR 유출 펌프 및 생물막 형성에 대한 나노입자의 기구를 성공적으로 입증했습니다. 이 검토는 항생제 내성을 퇴치하기 위해 유출 펌프 억제제 및 항생물막제로 항생제와 시너지 효과를 내는 금속 나노입자를 사용하는 새롭고 유망한 접근 방식을 나타냅니다.
현재 시나리오에서는 MDR 감염을 제어하기 위한 혁신적인 접근 방식이 필요합니다. 유출 펌프는 이중 역할을 합니다. 하나는 항생제를 밀어내는 것이고 다른 하나는 정족수 감지에 중요한 생체 분자를 배출하여 궁극적으로 박테리아 병원체의 독성에 기여하여 생물막 형성을 돕는 것입니다. 나노 입자를 통한 MDR 유출 펌프의 차단은 양방향으로 도움이 될 것입니다. 그것은 박테리아 세포 외부의 항생제 유출을 차단하여 기존 항생제의 효과를 증가시키고, 또한 정족수 감지 생체 분자의 유출을 차단하여 박테리아 세포의 생물막 형성 능력을 감소시킵니다. 이 접근 방식은 새로운 유출 펌프 억제제 또는 새로운 항생제를 조사하기 위해 새로운 연구를 수행할 필요성을 줄이지만 기존 항생제와 시너지 효과로 금속 나노 입자( 유출 펌프 억제제로 사용)의 사용을 권장합니다. 그것은 또한 더 낮은 농도의 금속성 나노입자를 견딜 수 있는 인간 세포주에서 나노입자의 비용, 시간 및 세포독성 문제를 줄이는 데 도움이 될 것입니다. 생물막 형성을 억제하기 위해 정족수 감지 신호를 줄이는 표적 유출 펌프에 대한 새로운 접근 방식이 될 것입니다.
박테리아 진화는 항생제와 숙주 면역계의 살균 효과를 되돌리기 위한 다양한 메커니즘의 채택을 초래했습니다. 이는 MDR 또는 XDR 감염과 싸우기 위한 새로운 접근 방식을 발견할 시급한 필요성을 반영하는 다제 내성 감염의 생성으로 이어집니다. 항생제 내성의 출현으로 금속 나노 입자와 기존 항생제의 공생 사용은 항생제 내성에 대한 논쟁에 대한 더 나은 대안을 제공합니다. 유출 펌프 억제제로 나노 입자를 적용하는 것은 두 가지 다양한 방향에서 매우 중요할 수 있지만 박테리아 감염과 싸우기 위한 단일 결과로 끝납니다. 유출 펌프를 차단하는 나노 입자의 정확한 작용 메커니즘은 아직 조사해야 합니다. PMF의 파괴는 나노입자가 유출을 억제할 수 있는 간접적인 메커니즘일 가능성이 있습니다. 이 접근 방식의 주요 과제 중 하나는 나노 입자의 반응성과 관련되어 유출 수송 단백질이 아닌 다른 막 단백질과 결합할 수 있다는 것입니다. 이것은 역류 모노클로날 항체 또는 렉틴과 연결하여 표적 나노입자를 제조함으로써 극복할 수 있습니다. 이 적절한 억제는 특정 로케일에 초점을 맞추기 위해 보정합니다. 또 다른 상당한 문제는 최종 검증 전에 최적화되어야 하는 작은 크기의 나노입자의 표면 대 부피 비율이 크기 때문에 이 접근법을 사용하는 독성 문제일 수 있습니다.
나노물질
초록 종양 특이적 억제제의 전달은 암 치료의 도전입니다. 항체로 변형된 나노입자는 로딩된 약물을 특정 종양 관련 항원을 과발현하는 종양 세포에 전달할 수 있습니다. 여기에서 우리는 간세포 암종에서 과발현되는 막 단백질인 글리피칸-3(GPC3 +)에 대한 항체 hGC33으로 변형된 소라페닙이 로딩된 폴리에틸렌 글리콜-b-PLGA 고분자 나노입자를 구성했습니다. 우리는 hGC33 변형 NP(hGC33-SFB-NP)가 GPC3+를 표적으로 한다는 것을 발견했습니다. 간세포암종(HCC) 세포는 HCC 세포 표면의 GPC3에 특이적으로 결
초록 기존의 암 치료제는 다양한 부작용과 표적 종양에 대한 불충분한 손상으로 인해 비판을 받아왔다. 나노 입자의 돌파구는 전통적인 치료법과 진단을 업그레이드하기 위한 새로운 접근 방식을 제공합니다. 실제로 나노 입자는 기존의 암 진단 및 치료의 단점을 해결할 뿐만 아니라 종양 진단 및 치료를 위한 새로운 관점과 첨단 장치를 만들 수 있습니다. 그러나 나노입자에 대한 연구는 대부분 in vivo 및 in vitro 단계에 머물고 있으며, 나노입자에 대한 임상 연구는 극히 소수에 불과하다. 이 리뷰에서 우리는 먼저 암 진단 및 치료에
