전기방사 나노섬유를 사용하여 쥐 결장에 스트렙토마이신 전달

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 21503(2022) 이 기사 인용

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약물이 탑재된 전기방사 나노섬유는 공생 미생물에 대한 영향을 줄이면서 질병 치료를 최적화할 수 있는 잠재적인 약물 전달체 시스템입니다. 물을 용매로 사용하는 친환경 전기방사 공정으로 제작된 스트렙토마이신이 탑재된 풀루란 나노섬유의 타당성을 평가했습니다. 우리는 스트렙토마이신이 함유된 나노섬유로 처리한 그룹(STR-F, n = 5), 비슷한 농도의 식수에 스트렙토마이신을 처리한 그룹(STR-W, n = 5), 그리고 비-로드 나노섬유로 처리한 그룹을 포함한 쥐 연구를 수행했습니다. 처리된 대조군(CTR, n = 5). 스트렙토마이신은 나노섬유에 성공적으로 적재되어 이 매개체에 의해 전달되었으며, 이는 장의 회장 구획에서 방출되는 약물의 양을 최소화했습니다. 섭취한 스트렙토마이신 저항성 대장균은 최대 106 CFU/g의 대변에 집락화되어 나노섬유 기반 전달이 허용하는 낮은 양으로 투여된 경우에도 스트렙토마이신의 선택적 효과를 나타냅니다. 토착 미생물총의 16S 앰플리콘 서열 분석은 세 그룹에서 서로 다른 효과를 나타냈습니다. STR-F 동물의 맹장에서 Peptostreptococcaceae의 증가는 나노섬유의 발효가 이 계열 내 박테리아의 성장을 직접적으로 또는 간접적으로 촉진했음을 나타낼 수 있습니다. 우리의 결과는 대장에 항균제를 전달하기 위한 새로운 수단으로서 전기방사 나노섬유의 관련 특성을 밝혀줍니다.

항생제는 감염을 통제하고 예방하는 데 중요하지만 장 내강의 비표적 박테리아를 방해할 수도 있습니다1,2,3. 항균 요법의 부정적인 효과에는 공생 장내 미생물의 파괴와 약물 내성 박테리아의 발생이 포함됩니다3,4.

생체재료 기술의 발전으로 나노섬유와 같은 첨단 약물 운반체가 제공되었으며, 이는 치료 약물 효능에 대한 문제를 극복하고, 항균제 내성 발생 위험을 감소시키며, 장내 미생물군에 미치는 영향을 잠재적으로 최소화하는 데 도움이 될 수 있습니다.

흥미롭게도 나노 구조 담체에 의한 약물 전달은 박테리아 성장의 효율적인 억제 및 지속적인 방출과 같은 관련 기능을 입증했습니다7. 더욱이, 다당류, 특히 풀루란을 기반으로 하는 약물 전달 시스템은 무독성, 안정성, 생체 적합성 및 생분해성8,9,10,11이기 때문에 더 많은 관심을 끌고 있습니다. 간단하고 빠른 나노섬유 형성 시스템인 전기방사는 다층 시트12,13, 나노하이브리드14,15, 코어-쉘 나노섬유14,16를 포함한 새로운 종류의 나노구조를 만드는 데 앞장서고 있습니다. 향상된 치료 효과를 위해 약물 방출 동작을 조작하기 위한 다양한 잠재적인 전기방사 전략이 최근 검토되었습니다17,18. 약물 전달 응용을 위한 전기방사 나노섬유의 광범위한 사용에 대해 도입된 몇몇 전기방사 나노섬유 기반 시스템은 제조 과정에서 유기 용매를 포함합니다6. 여기서 우리는 식품 등급 바이오폴리머인 풀루란과 용매인 물을 포함한 친환경 공정을 사용했습니다. 풀루란(Pullulan)은 곰팡이 Aureobasidium pullulans에서 생성된 선형 다당류이며 말토트리오스 유형 단위, 즉 (1 → 4)-α-d-트리글루코사이드와 연결된 α-(1 → 6)으로 구성됩니다19. 이러한 독특한 결합 패턴은 풀루란20의 높은 접착력과 인장강도를 이끌어냅니다. 다른 많은 다당류와 달리 풀루란은 수소 결합 정도가 낮기 때문에 물에 쉽게 용해됩니다. 이는 필름 및 섬유 형성을 위한 우수한 가공 잠재력을 제공하며 비흡습성 특성으로 인해 상당한 분자간 기계적 강도를 보여줍니다8,19,21,22. 또한, 이 생체고분자는 비돌연변이성, 비발암성, 생분해성, 점막접착성 및 세포접착성 특성으로 인해 약물 전달 응용 분야에 적합한 담체입니다6,9,13.

항균제 내성은 공중 보건에 대한 전 세계적으로 가장 큰 위협 중 하나이고 현재는 항생제 이후 시대의 직전에 있기 때문에23 부위별 항균제 전달이 선호됩니다. 효과가 있을 것으로 의도된 부위에서만 항생제의 국소 농도를 높이는 접근법은 약물 내성 발생을 줄이는 방법이 될 수 있습니다. 따라서 이 연구는 식수를 통한 스트렙토마이신 전달과 비교하여 섭취된 스트렙토마이신이 탑재된 풀루란 나노섬유가 쥐의 장내 세균 공동체에 미치는 영향을 설명하는 것을 목표로 했습니다. 또한, 섭취된 저항성 박테리아 균주에 대한 선택적 효과를 평가했습니다.