エッセンシャルオイルのナノハーブカプセル化を使用した抗菌ファブリック
Summary
抗菌白衣は、病原体の蓄積や偶発的なバイオスピルの相互汚染を防ぎます。ここでは、ナノハーブカプセル化と修正標準試験を使用して肌に優しい抗菌生地を開発するためのプロトコルについて説明し、白衣の典型的な使用法に対する有効性と適合性を正確に評価します。
Abstract
白衣は、病原体、こぼれ、火傷への直接暴露を防ぐための保護服として、バイオハザード研究所や医療施設で広く使用されています。これらの綿ベースの保護コートは、その多孔質性、保湿能力、およびユーザーの体からの暖かさの保持により、微生物の増殖と付着部位に理想的な条件を提供します。いくつかの研究は、病院の衣服や白衣上の病原菌の生存を示しており、微生物感染のベクターとして機能します。
これらの問題を解決するための一般的なアプローチは、繊維仕上げに抗菌剤を適用することですが、多くの合成化学物質の毒性と環境への影響のために懸念が提起されています。進行中のパンデミックはまた、効果的な抗菌薬と環境に優しく毒性のない製剤の調査のための窓を開きました。この研究では、キトサンナノ粒子にカプセル化された2つの天然生理活性化合物、カルバクロールとチモールを使用しており、最大4対数の削減(99.99%)で4つのヒト病原体に対する効果的な保護を保証します。これらの病原体は、バイオハザード研究所で使用される白衣で頻繁に検出されます。
処理された布地はまた、90%の微生物減少で最大10回の洗浄サイクルに耐え、これは意図された使用に十分である。白衣使用の典型的なシナリオをより適切に表すために、既存の標準ファブリックテストに変更を加えました。これらの改良により、抗菌白衣の有効性をより正確に評価し、短時間で中和しなければならない偶発的な微生物流出の運命をシミュレーションすることができます。通常の防護コートと比較して、抗菌白衣での病原体の経時的な蓄積を調査するために、さらなる研究が推奨されます。
Introduction
保護白衣は、微生物学研究所や医療施設で必須の個人用保護具(PPE)アイテムであり、病原体、こぼれ、火傷への直接暴露から保護します。これらの綿のコートは多くの要因のために微生物の増殖を促進します-織物は付着部位と通気を提供し、製造工程で使用される綿と澱粉はユーザーからの剥離した上皮細胞とともに栄養素を供給し、ユーザーへの近さは暖かさと湿気を与えます。繊維製品に微生物が蓄積すると、アレルギーや院内感染、不快な臭い、生地の劣化などの健康上の問題を引き起こす可能性もあります1。
通常の衣服とは異なり、多くの調査で見られるように、防護コートはめったに洗われたり消毒されたりしません2,3。多くの研究は、微生物感染の媒介者として作用する白衣の証拠と、医療現場における院内感染のリスクを示しています2,4、特にメチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)などの耐性株3。したがって、それらは微生物汚染から保護することを目的としたPPEの健康上の懸念を引き起こします。バイオセーフティレベル2(BSL-2)施設または微生物学教育ラボの文脈における白衣関連感染症に関する十分な横断的研究はありませんが、多くの規制当局は封じ込めレベル内での白衣の使用を制限しています。しかし、北米の多くの学術機関は、施設内での洗濯や保管などの実際的な制約により要件を満たすのに苦労しており、カフェテリアや図書館などの公共エリアで白衣を着用する事件は一般的です。これらの問題に対する実用的な解決策の1つは、繊維仕上げにおける抗菌剤の適用です。
抗菌生地は、主に体臭を減らすことを目的としたスポーツウェア、アクティブウェア、靴下で人気が高まっています。ただし、これらの生地の使用は、一部の銀コーティングされた綿マスクとヘルスケアウェアを除いて、PPE開発では一般的ではありません5。BSL-2ラボで見られる一般的な病原体を抑制し、一般的な病原体の交差汚染から効果的に保護する白衣用の抗菌生地の開発について報告します。
現在、さまざまな抗菌布や仕上げ品が市場に出回っていますが、これらのほとんどは重金属コロイド粒子(銀、銅、亜鉛など)、有機金属、またはトリクロサンや第四級アンモニウム化合物などの合成化学物質を使用しており、環境にやさしくなく1、皮膚の炎症やアレルギーなどの健康問題を引き起こす可能性があります6.一部の合成製剤は、通常の細菌叢や抗菌薬耐性(AMR)の誘導など、非標的微生物が原因で懸念が生じます。米国食品医薬品局(FDA)は、市販の抗菌生地を規制しており、ユーザーに無毒で、生態毒性がないものでなければなりません。したがって、広範囲の微生物を阻害する天然殺生物剤に基づく抗菌布が好ましい。エッセンシャルオイル(EO)は抗菌剤や治療薬として広く使用されていますが、抗菌仕上げでの使用は耐久性のために制限されています6,7,8。ナノハーブ仕上げ8に関する知識と市場調査に基づいて、ハーブベースの抗菌生地は市販されていません。これは、合成コーティングが製造が容易で耐久性が長いためです。研究目的でのみ報告されているいくつかのナノハーブコーティングされたテキスタイルには、ニーム7、モリンガ9、およびカレーの葉9が含まれます。
本研究では、オレガノEOから抽出された2つの生理活性成分、カルバクロールとチモールを使用し、これらは広範囲の細菌性病原体およびウイルスに対して有効であるが、一般にヒトにとって安全であると認識されている10。しかしながら、これらの生理活性成分は揮発性であり、したがって、それらの抗菌能力は布地に直接適用された場合、短命である。ナノハーブカプセル化は、生物活性成分または薬物がポリマーシェル内に装填され、コアを環境劣化から保護し、貯蔵寿命を延ばすプロセスです。さらに、一般に10nmから100nmの範囲の小さなサイズのポリマー粒子は、適用の有効性を高め、布地への生理活性化合物の放出を遅らせる。これらの生理活性化合物は、食品保存10などのさまざまな目的に使用されますが、繊維コーティングには使用されません。
多くのポリマー封止材の中で、キトサンは、非毒性、生分解性、粘膜接着性、生体適合性などの多くの属性により、魅力的な候補です11。それは貝殻および真菌細胞壁に見られるキチンからの脱アセチル化プロセスによって得られる天然多糖類である。薬物またはタンパク質送達11、12、13、制御放出14、および抗菌フィルム10などの生化学的および食品保存用途で使用される。キトサンは水に容易に溶解しませんが、酸性媒体中でコロイド懸濁液を形成します。生理活性分子は、単純な2段階のイオンゲル化法14,15,16によってキトサンナノ粒子(NP)に装填される。このプロセスでは、カルバクロールやチモールなどの疎水性生理活性化合物が水中油型エマルジョンを形成し、界面活性剤Tween 80によって支援されます。続いて、ポリアニオン性化合物であるトリポリリン酸五ナトリウム(TPP)を使用して、ポリカチオン性ポリマー分子に沿ったアミノ基とTPP分子のリン酸基との間の架橋を形成し、複合体を安定化させる。この複合化プロセスは、キトサンのマトリックス内の生理活性化合物を固化させ、その後精製され、綿見本にコーティングされて抗菌生地を生成します。
ナノ製剤は、布地に適用される前に、エマルジョン形態での抗菌効果について最初に試験されなければならない。これは、カービー・バウアーディスク拡散、ウェル拡散、およびシリンダープレートアッセイなどの定性的方法によって簡便に評価することができる。しかしながら、シリンダープレートアッセイ17 は、様々な体積の製剤をロードし、クリアランスゾーンを比較する柔軟性を提供する。この方法では、抗菌製剤をステンレス鋼のシリンダーに装填し、柔らかい寒天層上に置き、試験微生物または病原体を接種します。試験生物に対して産生されるクリアランスゾーンの直径は、抗菌製剤の阻害能に比例するため、ブロス希釈法の代替として使用できます。ただし、クリアゾーンのサイズは、特定の基準が維持されていない限り、特定のプレート内の比較または定性的尺度にすぎません。抗菌剤は、病原体の増殖を阻害する(生物静性)か、細胞を殺す(殺生物性)ことによって病原体に対して作用し、それぞれ最小発育阻止濃度(MIC)および最小殺菌濃度(MBC)によって定量することができる。しかしながら、生理活性化学物質の有効性および挙動は、布帛18などの基材上にコーティングした場合とそれらの製剤(液体状態)において異なる。これは、布地への抗菌剤の付着の安定性、含水率、基質の種類、微生物の付着など、複数の要因が有効性に関与しているためです。意図された目的が静菌活性のみである場合、「パラレルストリーク法」19 などの定性的アッセイは、拡散性抗菌製剤の比較的迅速かつ容易な評価を提供することができます。しかし、殺菌効果を判定する場合は、「繊維材料の抗菌仕上げ評価」20 を採用することで、添加病原菌の対数低減を図ることができます。
Protocol
Representative Results
Discussion
殺生物剤の抗菌効果は、細菌を抗菌液に24時間浸漬する最小発育阻止濃度(MIC)や最小殺菌濃度(MBC)などの定量的アッセイによって従来テストされています。ただし、これらのアッセイは、液体界面が不足しており、殺生物剤が布繊維に沿ってゆっくりと拡散するコーティングされた布地には適していません。そのため、AATCC 147、ISO 20645、AATCC 100、JIS L 1902など、多くの標準ファブリックテストが…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、カナダのセンテニアルカレッジの「応用研究、イノベーション、起業家精神サービス」(ARIES)によって資金提供されました。
Materials
| Acetic acid | Millipore Sigma | 64-19-7 | |
| Antibiotic base agar | BD Difco | DF0270-17-4 | Also known as Antibiotic Medium 2 |
| Antibiotic seed agar | BD Difco | DF0263-17-3 | Also known as Antibiotic Medium 1 |
| Blood Agar (Nutrient Agar with 5% Sheep Blood) | Donated by CFIA | ||
| Bromcresol Purple Lactose Agar | Donated by CFIA | ||
| Candida albicans | ATCC The Global Bioresource Center | ATTC 10231 | |
| Carvacrol | Millipore Sigma | 282197 (CAS# 499-75-2) | |
| Centrifuge Allergra X-22R Centrifuge | Beckman Coulter | Model # X-22R | Refrigerated. Wait at least 20 min or until the temperature reach the set low value (e.g., 4 °C) as the refrigeration takes time. |
| Chitosan Medium Molecular Weight (CS) | Millipore Sigma | 448877 (CAS # 9012-76-4) | |
| Clamshell Heat Press | Intiva | IM1200 | |
| Escherichia coli (E. coli) | ATCC The Global Bioresource Center | ATTC 23725 | |
| Incubator | Thermo Scientific | 1205M34 | |
| Letheen Broth | BD Difco | DF0681-17-7 | Used to neutralize antimicrobial effects. Product from different manufacturers may require to add Polysorbate 80, which is already added in Difco product. |
| Milli Q water | Millipore Sigma | ZR0Q16WW | Deionized water |
| Mueller-Hinton Agar | BD Difco | DF0252-17-6 | |
| Pentasodium tripolyphosphate (TPP) | Millipore Sigma | 238503 (CAS# 7758-29-4) | |
| Phospahte Buffered Saline (PBS) | Thermo Scientific | AM9624 | |
| Pseudomonas aeruginosa | ATCC The Global Bioresource Center | ATTC 9027 | |
| Sabouraud Dextrose Agar | BD Difco | DF0109-17-1 | |
| Shaking incubator/ Thermo shaker | VWR | Model# SHKA2000 | |
| Staphylococcus aureus | ATCC The Global Bioresource Center | ATTC 6538 | |
| Thymol | Millipore Sigma | T0501 (CAS# 89-83-8) | |
| Trypticase Soy Agar | BD Difco | 236950 | |
| Trypticase Soy Broth | BD Difco | 215235 | |
| Tween 80 | Millipore Sigma | STS0204 (CAS # 9005-65-6) | |
| UV-Vis Spectrophometer | Thermo Scientific | GENESYS 30 (840-277000) |
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