눈에 띄지 않는 전류로 피부 감염을 줄일 수 있다

피부에 몇 번 전기를 쏴서 연구자들은 약물을 사용하지 않고도 박테리아 감염을 막을 수 있습니다. 연구자들은 처음으로 미세한 전류를 사용하여 미생물을 제어하는 ​​피부 패치를 설계했습니다. 결과는 10월 24일 Cell Press 저널 Device 에 게재되었습니다.

시카고 대학의 논문 공동 수석 저자 중 한 명인 보지 티안은 "이것은 특히 항생제 내성 박테리아가 심각한 문제를 일으키는 피부 감염과 상처 치유 분야에서 약물 없는 치료에 대한 흥미로운 가능성을 열어줍니다."라고 말했습니다.

과학자들은 이미 전기를 사용하여 인간을 포함한 포유류 세포를 조작하고 약을 사용하지 않고 질병을 치료했습니다. 예를 들어, 페이스메이커는 작은 전류로 심장 근육을 자극하여 심장 박동을 조절할 수 있습니다. 생체 눈의 일종인 망막 보철물도 전기를 사용하여 환자의 망막을 자극하여 시력을 부분적으로 회복합니다.

Tian과 그의 팀은 항생제 대신 전기를 사용하여 박테리아를 조작할 수 있을지 궁금해했습니다. 이는 전통적인 접근 방식으로, 전 세계 항생제 내성 위기를 일으켰습니다. 인간과 가축의 항생제 과용으로 인해 많은 미생물이 진화하여 현재 약물에 내성을 갖게 되었고, 시간이 지남에 따라 약물의 효과가 떨어졌습니다. 이전 연구에 따르면 약물 내성 감염으로 인해 2019년 전 세계적으로 약 127만 명이 사망했을 것으로 추정됩니다.

연구팀은 인간 피부에서 흔히 발견되는 박테리아인 Staphylococcus epidermidis가 전기 자극에 반응하는지 테스트하기로 했습니다. S. epidermidis 는 일반적으로 무해하며 피부를 병원균으로부터 보호할 수도 있습니다. 하지만 카테터와 같은 상처나 의료 시술을 통해 인체에 들어가면 심각한 감염을 일으킬 수 있습니다. 최근 모든 종류의 항생제에 내성이 있는 S. epidermidis 균주 3종이 나타났습니다.

캘리포니아 대학교 샌디에이고 캠퍼스의 논문 공동 수석 저자인 Gürol Süel은 " 포도상구균은 우리 피부에 자연적으로 존재하는 미생물 생태계의 일부이기 때문에 우리는 이를 근절하지 않는 것을 선호합니다. 피부에서 포도상구균이 완전히 없어지면 다른 문제가 발생할 수 있기 때문입니다."라고 말했습니다.

연구팀은 작은 전류가 S. epidermidis 로부터 반응을 이끌어낼 수 있지만 산성 환경에서만 가능하다는 것을 발견했습니다. 연구자들은 이 특성을 선택적 흥분성이라고 부릅니다. 건강한 인간의 피부는 약산성이지만 만성 상처는 중성에서 염기성인 경향이 있습니다.

"박테리아의 전기에 대한 반응은 잘 탐구되지 않았는데, 부분적으로는 박테리아가 흥분하는 특정 조건을 알지 못하기 때문입니다." 시카고 대학의 첫 번째 저자인 세현 킴이 말했습니다. "이러한 선택적 흥분성을 발견하면 다른 조건을 살펴봄으로써 다른 박테리아 종을 제어하는 ​​방법을 발견하는 데 도움이 될 것입니다."

연구팀은 1.5볼트의 약한 전기 전압으로 박테리아를 자극했습니다. 15볼트는 인간에게 감지할 수 없고 안전하다고 여겨지는 한계보다 상당히 낮습니다. 18시간 동안 10분마다 10초씩 자극했습니다. 이상적인 산성 조건에서 전기 처리로 약물을 차단하고 지속적인 감염으로 이어지는 박테리아 군집인 바이오필름의 99%가 중단되었습니다. 환경 pH가 중성일 때 처리에는 효과가 없었습니다.

추가 분석 결과, 전기 자극 후에 S. epidermidis는 항생제 내성 및 바이오필름 형성과 관련된 유전자를 포함한 여러 유전자의 발현이 감소한 것으로 나타났습니다.

적절한 조건에서 S. epidermidis를 자극하여 피부 상처를 치료하기 위해 연구팀은 BLAST(Bioelectronic Localized Antibiotic Stimulation Therapy)라는 피부 패치를 설계했습니다. 이 패치에는 전극과 하이드로젤이 들어 있어 산성 환경을 제공합니다. 연구팀은 S. epidermidis를 접종한 돼지 가죽에서 이 기기를 테스트했습니다. 18시간 치료 주기 후, 연구팀은 바이오필름 피복률이 상당히 감소했고 S. epidermidis 세포가 처리되지 않은 샘플에 비해 거의 10배 감소한 것을 관찰했습니다. 또한 카테터 표면에서 이 기기를 테스트했고 동일한 항균 효과를 확인했습니다.

티안은 과학자들이 이 치료법의 안전성과 효과성을 조사하기 위한 추가 연구를 수행하면 약물 없이 감염을 제어할 수 있는 무선 회로가 있는 착용형 패치를 개발할 수 있을 것이라고 말했습니다.

이 연구는 빌 & 멜린다 게이츠 재단, 미국 육군 연구소, 국가 과학 재단, 국가 보건원의 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241024130749.htm