티타늄 마이크로

2023년 8월 29일

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RMIT 대학교 마이클 퀸(Michael Quin)

새로운 연구에 따르면 곤충 날개의 박테리아를 죽이는 스파이크에서 영감을 받은 거친 표면은 이전에 알려진 것보다 곰팡이를 포함한 약물 내성 슈퍼버그와 싸우는 데 더 효과적일 수 있다고 합니다.

약물 내성 감염의 비율이 증가함에 따라 전 세계적으로 보건 전문가들이 우려하고 있습니다.

티타늄 고관절이나 치아 보철물과 같은 임플란트 주변의 감염을 방지하기 위해 의사는 다양한 항균 코팅, 화학 물질 및 항생제를 사용하지만 이러한 방법으로도 항생제 내성 균주를 막지 못하고 내성을 증가시킬 수도 있습니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 RMIT 대학의 과학자들은 티타늄 임플란트나 기타 표면에 에칭할 수 있는 미세한 스파이크 패턴을 설계하여 박테리아와 곰팡이로부터 약물을 사용하지 않고도 효과적으로 보호할 수 있습니다.

Advanced Materials Interfaces에 발표된 연구팀의 연구에서는 병원 내 의료 기기 감염 10건 중 1건의 원인이 되는 잠재적으로 치명적인 곰팡이인 다중 약물 내성 칸디다균을 죽이는 데 있어 변경된 티타늄 표면의 효과를 테스트했습니다.

박테리아 세포와 비슷한 높이로 특별히 설계된 스파이크는 접촉 직후 세포의 약 절반을 파괴했습니다.

중요한 것은, 즉시 파괴되지 않은 나머지 절반은 입은 부상으로 인해 생존할 수 없게 되었고, 번식할 수 없거나 감염을 일으킬 수 없게 되었다는 것입니다.

수석 박사후 연구원인 Denver Linklater 박사는 단백질 활성에 대한 대사 분석을 통해 표면에 손상을 입은 Candida albicans와 다제 내성 Candida auris 곰팡이 세포가 둘 다 죽은 것과 다름없다고 밝혔습니다.

RMIT 과학대학원의 Linklater는 "손상된 칸디다 세포는 광범위한 대사 스트레스를 받아 7일이 지난 후에도 재생산하여 치명적인 곰팡이 생물막을 생성하는 과정을 방해했습니다"라고 말했습니다. "그들은 스트레스가 없는 환경에서는 부활할 수 없었고 결국에는 세포 사멸, 즉 프로그램된 세포 사멸로 알려진 과정에서 작동이 중단되었습니다."

황금 포도상구균을 포함한 일반적인 병원성 박테리아에 대한 표면의 효과는 Materialia에 발표된 이전 연구에서 입증되었습니다.

그룹 리더인 엘레나 이바노바(Elena Ivanova) 교수는 최근 연구 결과를 통해 위험한 다약제 내성 효모에 의한 생물막 형성을 방지하기 위한 항진균 표면 설계에 대한 빛이 밝혀졌다고 말했습니다.

"세포가 표면과 처음 접촉한 후 죽었다는 사실은 일부는 파열되고 다른 일부는 곧 프로그램된 세포 사멸로 인해 사망했다는 사실은 이러한 표면에 대한 저항력이 발달하지 않을 것임을 암시합니다."라고 그녀는 말했습니다. "이것은 중요한 발견이며 항균 표면의 효과를 측정하는 방식을 재고할 필요가 있음을 시사합니다."

접촉 시 슈퍼버그를 죽이는 표면 설계에 있어 지난 10년 동안 발전이 이루어졌습니다. 그러나 미생물을 100% 제거하여 일부 미생물이 생존하여 저항성을 가지지 못하도록 하는 올바른 유형의 표면 패턴을 찾는 것은 지속적인 과제입니다.

"이 최신 연구는 표면이 살아남은 세포에서 프로그램된 세포 사멸을 일으킨다는 것을 보여줄 수 있다면 모든 표면이 접촉 즉시 모든 병원체를 제거하는 것이 전적으로 필요하지 않을 수도 있음을 시사합니다. 즉, 표면이 관계없이 죽는다는 의미입니다."라고 그녀는 말했습니다.

RMIT의 다기능 기계 살생물 재료 연구 그룹은 잠자리와 매미 날개를 덮고 있는 나노기둥에서 영감을 받은 항균 표면 개발 분야에서 10년 넘게 세계를 선도해 왔습니다. Ivanova 자신은 박테리아가 곤충 날개에 정착할 때 나노기둥의 패턴이 세포를 분리하여 막을 치명적으로 파열시키는 방법을 관찰한 최초의 사람 중 하나였습니다.