방법 논문

시험관 내에서 나노 입자 및 나노 구조 표면의 항균 활성 평가

DOI:

10.3791/64712

⸱

2023년 4월 21일

 ,  , 
1Microbiology Graduate Program, University of California, Riverside, 2Department of Bioengineering, University of California, Riverside, 3Materials Science & Engineering Program, University of California, Riverside

이 논문에서

요약

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

시험관 내 기술을 사용하여 나노 입자 및 나노 구조 표면의 항균 활성을 평가하는 네 가지 방법을 소개합니다. 이러한 방법은 다양한 나노 입자 및 나노 구조 표면과 광범위한 미생물 종의 상호 작용을 연구하는 데 적용될 수 있습니다.

초록

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

은, 산화 아연, 이산화 티타늄 및 산화 마그네슘과 같은 나노 입자 및 나노 구조 표면의 항균 활성은 이전에 임상 및 환경 환경과 소모성 식품에서 탐구되었습니다. 그러나 사용된 실험 방법과 재료의 일관성 부족은 동일한 나노 구조 유형과 박테리아 종에 대한 연구 사이에서도 상충되는 결과를 낳았습니다. 나노 구조를 제품 설계에서 첨가제 또는 코팅으로 사용하려는 연구자의 경우 이러한 상충되는 데이터는 임상 환경에서의 활용을 제한합니다.

이 딜레마에 맞서기 위해 이 기사에서는 나노 입자와 나노 구조 표면의 항균 활성을 결정하는 네 가지 방법을 제시하고 다양한 시나리오에서 적용 가능성에 대해 논의합니다. 일관된 방법을 적용하면 연구 전반에 걸쳐 비교하고 다양한 나노 구조 유형 및 미생물 종에 대해 구현할 수 있는 재현 가능한 데이터로 이어질 것으로 예상됩니다. 나노입자의 항균 활성을 결정하는 두 가지 방법과 나노 구조 표면의 항균 활성을 결정하는 두 가지 방법을 소개합니다.

나노 입자의 경우, 직접 공동 배양 방법을 사용하여 나노 입자의 최소 억제 및 최소 살균 농도를 결정할 수 있으며, 직접 노출 배양 방법을 사용하여 나노 입자 노출로 인한 실시간 정균 대 살균 활성을 평가할 수 있습니다. 나노 구조 표면의 경우, 직접 배양 방법은 나노 구조 표면과 간접적으로 직접 접촉하는 박테리아의 생존 가능성을 결정하는 데 사용되며, 초점 접촉 노출 방법은 나노 구조 표면의 특정 영역에서 항균 활성을 검사하는 데 사용됩니다. 우리는 나노 입자 및 나노 구조 표면의 항균 특성을 결정할 때 시험관 내 연구 설계를 위해 고려해야 할 주요 실험 변수에 대해 논의합니다. 이러한 모든 방법은 상대적으로 비용이 저렴하고 비교적 마스터하기 쉽고 일관성을 위해 반복 가능한 기술을 사용하며 광범위한 나노 구조 유형 및 미생물 종에 적용할 수 있습니다.

서론

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

미국에서만 매년 170만 명이 병원 획득 감염(HAI)을 일으키며, 이 중 17건 중 1건이 사망에 이른다1. 또한 HAI의 치료 비용은 연간 280억 달러에서 450억 달러에 이르는 것으로 추정됩니다 1,2. 이러한 HAI는 메티실린 내성 황색포도상구균(methicillin-resistant Staphylococcus aureus, MRSA)3,4 및 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)4에 의해 우세하며, 이들은 일반적으로 만성 상처 감염으로부터 분리되며, 일반적으로 유리한 환자 결과를 얻기 위해 광범위한 치료와 시간이 필요합니다.

지난 수십 년 동안 이러한 박테리아 및 기타 병원성 박테리아와 관련된 감염을 치료하기 위해 여러 항생제 종류가 개발되었습니다. 예를 들어, 리파마이신 유사체는 MRSA, 다른 그람 양성 및 그람 음성 감염, 및 Mycobacterium spp. 감염을 치료하기....

액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.

프로토콜

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

직접 공동 배양 및 직접 노출 방법을 제시하기 위해 산화 마그네슘 나노 입자 (nMgO)를 모델 재료로 사용하여 박테리아 상호 작용을 입증합니다. 직접 배양 및 집중 접촉 노출 방법을 제시하기 위해 나노 구조 표면이 있는 Mg 합금을 예로 사용합니다.

1. 나노 물질의 살균

참고: 모든 나노 물질은 미생물 배양 전에 멸균 또는 소독해야 합니다. 사용할 수 있는 방법에는 열, 압력, 방사선 및 소독제가 포함되지만 시험관 내 실험 전에 각 방법에 대한 재료의 허용 오차를 확인해야 합니다.

  1. 나노 입자
    알림: 샘플은 에탄올과 같은 유기 용매에 보관하거나 접시나 상자에 포장한 다음 적절한 방식으로 멸균 또는 소독할 수 있습니다. 나노입자는 직접공배양법17 과 직접노광법의 실증을 위해 다음과 같은 방법을 이용하여 멸균하였다.
    1. MgO 나노입자를 200°C 컨벡션 오븐30에서 60 분 동안 멸균하여 각 in vitro 실험에 앞서 수행하였다.
      참고: 이 방법은 수증기와 자외선이 MgO 나노입자(nMgO)

액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.

결과

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

산화 마그네슘 나노 입자 및 나노 구조 표면의 항균 활성 식별은 다양한 재료 유형 및 미생물 종에 적용 할 수있는 4 가지 시험관 내 방법을 사용하여 제시되었습니다.

방법 A와 방법 B는 지연 단계 (방법 A) 및 로그 단계 (방법 B)에서 24 시간 이상 나노 입자에 노출되었을 때 박테리아 활동을 검사합니다. 방법 A는 MIC 및 MBC에 관한 결과를 제공하는 반면, 방법 B는 나노 입자의 억제 대 살균 효과를 결정합니다. 방법 C는 나노 구조 표면과 직접 및 간접 접촉하여 박테리아 활동을 검사하고, 방법 D는 24 시간 이상의 기간 동안 세포-나노 구조 계면의 선택된 영역에서 박테리아 활동을 검사합니다.

사용된 방법은 그림 1과 그림 2에 설명되어 있으며 그 결과는 그림 3, 그림 4, 그림 5, 그림 6,

액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.

토론

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

우리는 나노 입자 및 나노 구조 표면의 항균 활성을 특성화하기 위해 4 가지 시험관 내 방법 (AD)을 제시했습니다. 이러한 각 방법은 나노 물질에 대한 반응으로 시간 경과에 따른 박테리아 성장 및 생존력을 정량화하지만 시간 경과에 따른 초기 박테리아 파종 밀도, 성장 및 생존력을 측정하는 데 사용되는 방법에는 약간의 차이가 있습니다. 이 방법 중 세 가지, 직접 공동 배양 방법 (A) 17, 직접 배양 방법 (C) 14 및 초점 접촉 노출 방법 (D) 16은 단위 부피당 CFU를 계산하여 나노 물질에 노출 된 후 박테리아 성장과 생존력을 정량화합니다. 이에 비해 직접 노출 방법(B)은 이산 실시간 광학 밀도(OD600) 측정을 통해 박테리아 성장을 정량화합니다. 이 방법은 CFU를 정량화하는 데 시간 제약이 있거나 동역학 연구에 실시간 박테리아 밀도.......

액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.

공개 사항

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

저자는 이해 상충이 없습니다.

감사의 글

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

저자는 미국 국립 과학 재단 (NSF CBET 상 1512764 및 NSF PIRE 1545852), 국립 보건원 (NIH NIDCR 1R03DE028631), 캘리포니아 대학교 (UC) 리전트 교수 개발 펠로우쉽, 연구 종자 보조금위원회 (Huinan Liu) 및 Patricia Holt-Torres에게 수여 된 UC-Riverside 대학원 연구 멘토십 프로그램 보조금. 저자는 SEM/EDS 사용을 위해 UC-Riverside의 CFAMM(Central Facility for Advanced Microscopy and Microanalysis)과 XRD 사용을 위해 Perry Cheung 박사가 제공한 지원에 감사드립니다. 저자는 또한 실험 및 데이터 분석에 도움을 준 Morgan Elizabeth Nator 및 Samhitha Tumkur에게 감사를 표합니다. 이 기사에 표현된 모든 의견, 발견, 결론 또는 권장 사항은 저자의 것이며 반드시 국립 과학 재단 또는 국립 보건원의 견해를 반영하는 것은 아닙니다.

....

액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.

재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
1.5 mL 마이크로 원심분리기 튜브Milipore SigmaZ336777
80 L NTRL 인증 대류 건조 오븐 MTI CorporationBPG-7082https://www.mtixtl.com/BPG-7082.aspx
하이드록시메틸)아미노메탄 완충액 pH 8.5; 트리스 버퍼 시그마-알드리치 42457
아나스펙  THIOFLAVIN T ULTRAPURE GRADEFisher Scientific50-850-291
전자 증식 전하 결합 장치 디지털 카메라 HamamatsuC9100-13
Falcon 15 mL 원뿔형 튜브Fisher Scientific14-959-49B
글루테알데히드Sigma-Aldrich G5882
혈구계Brightline, Hausser Scientific1492
유도 결합 플라즈마 - 광학 방출 분광법 (ICP-OES)PerkinElmer8000
역 현미경NikonEclipse Ti-S
Luria Bertani BrothSigma Life Science L3022
Luria Bertani 국물 + 한천시그마 생명 과학 L2897
매크로튜브 5.0   벤치 마크 사이언티픽C1005-T5-ST
산화 마그네슘 나노 입자US Research Nanomaterials, Inc주식 # :   US3310      MMgO, 99+%, 20 nm
MS Semi-Micro BalanceMettler ToledoMS105D
니트로셀룰로오스 종이Fisherbrand09-801A
비조직 처리 12-웰 폴리스티렌 플레이트Falcon Corning 브랜드 
비조직 처리된 48-웰 폴리스티렌 플레이트Falcon Corning 브랜드 
비조직 처리된 96-웰 폴리스티렌 플레이트Falcon Corning 브랜드 
페트리 접시 100 mmVWR470210-568
페트리 접시, 15 mmFisherbrandFB0875713A
pH 측정기VWRSP70P
주사 전자 현미경 (SEM)TESCAN Vega3 SBH
SonicatorVWR97043-936
테이블 탑 원심분리기Fisher ScientificaccuSpin Micro 17
테이블 탑 원심분리기 EppendorfCentrifuge 5430
Tryptic Soy AgarMP1010617
Tryptic Soy BrothSigma-Aldrich22092-500G
UV-Vis 분광광도계 TecanInfinite 200 PROhttps://lifesciences.tecan.com/plate_readers/infinite_200_pro
VWR 벤치마크 Incu-shaker 10LVWRN/A
X-ray 전력 굴절  PanalyticalN/APANalytical Empyrean 시리즈 2
(351143351178351172

참고문헌

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Haque, M., Sartelli, M., McKimm, J., Abu Bakar, M. Health care-associated infections - An overview. Infection and Drug Resistance. 11, 2321-2333 (2018).
  2. O'Connell, K. M. G. Combating multidrug-resistant bacteria: Current strategies for the discov....

액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.

재인쇄 및 허가

이 JoVE 논문의 텍스트 또는 그림 재사용 허가 요청

허가 요청

태그

Antimicrobial NanoparticlesNanostructured SurfacesIn Vitro EvaluationMinimum Inhibitory ConcentrationBactericidal ConcentrationDirect Co CultureSerial DilutionBacterial ViabilityMagnesium Oxide NanoparticlesMRSA Antimicrobial Activity

관련 논문