薬剤耐性病原体に効果がある自己滅菌ポリマーが開発される

ノースカロライナ（NC）州立大学の研究者らは、弾性ポリマーが広域スペクトルの抗菌特性を有し、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌（MRSA）を含むさまざまなウイルスや薬剤耐性菌を数分で殺すことができることを発見した。「このポリマーのいくつかの興味深い挙動を観察し、我々は抗菌材料を作製するためにその可能性をより深く調べることを決めた。 このポリマーは、病院や診療所などの臨床環境や、病原体の伝播が悲惨な結果をもたらす可能性がある高齢者向け施設で特に有用だ。」 ノースカロライナ州立大学の化学および生体分子工学の著名な教授であり、この研究に関する論文の共著者であるRich Spontak博士は語った。

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このポリマーの抗菌特性は、スルホン酸基で化学修飾（または機能化）された一連の繰り返しユニットに水を引き付ける独自の分子構造に由来する。 「バクテリアがポリマーと接触すると、バクテリアの表面の水がポリマーのスルホン酸官能基と相互作用し、バクテリアを素早く殺す酸性溶液を生成する」と、論文の共著者で准教授であるReza Ghiladi博士は述べた。 「これらの酸性溶液は、ポリマー中のスルホン酸官能基の数を制御することにより、調整することができる。」

この研究は、2019年7月17日にMaterials Horizonのオンラインで公開された。 このオープンアクセスの論文は、「薬剤耐性バクテリアを数分で殺す本質的に自己殺菌性の帯電マルチブロックポリマー（Inherently Self-Sterilizing Charged Multiblock Polymers That Kill Drug-Resistant Microbes in Minutes.）」と題されている。

研究者らは、MRSA、バンコマイシン耐性Enterococcus faecium、カルバペネム耐性Acinetobacter baumanniiの3つの抗生物質耐性株を含む6種類のバクテリアに対してポリマーをテストした。 ポリマーユニットの40％以上がスルホン酸基を含む場合、ポリマーは5分以内にバクテリアの各株の99.9999％を殺した。 研究者らは、狂犬病のアナログウイルス、インフルエンザ株、およびヒトアデノウイルス株の3つのウイルスに対してもポリマーをテストした。

「このポリマーは、インフルエンザと狂犬病の類縁体を5分以内に完全に破壊することができた」と、ノースカロライナ州大の生物科学の准教授で論文の共著者であるFrank Scholle 博士は述べた。 「低濃度のスルホン酸基を持つポリマーは、ヒトアデノウイルスに対して実際的な効果はなかったが、より高いスルホン酸レベルではこのウイルスの99.997％を破壊する可能性がある。」

研究者たちの懸念の1つは、スルホン酸基が水中の正電荷イオン（カチオン）と相互作用すると中和されるため、ポリマーの抗菌効果が時間とともに徐々に悪化する可能性があることだった。 しかし、彼らは、ポリマーを酸性溶液にさらすことで、ポリマーを完全に「再充電」できることを発見した。

「実験室の設定では、ポリマーを強酸に浸漬することで 再充電 を行うことができた」とGhiladi博士は述べた。 「しかし、病室などの他の環境では、ポリマー表面にお酢をスプレーするだけで済む。」
この「再充電」プロセスが機能するのは、負に帯電したスルホン酸基の1つが水中の陽イオンと結合するたびに（ポリマーがバクテリアと接触したときに発生する可能性があるため）、スルホン酸基が電気的に中性になるためだ。 これにより、酸基はバクテリアに対して無効になる。 しかし、中和されたポリマーが酸にさらされると、これらの官能基は結合した陽イオンを酸からのプロトンと交換し、スルホン酸基を再び活性化し、バクテリア病原体を殺すことができる。

「この研究は、薬剤耐性病原体、特に院内感染との戦いに使用する抗菌表面を作成するための有望な新しいアプローチになるだろう。」と、Ghiladi 博士は述べた。
「このような機能性ブロックポリマーは非常に用途が広く、水処理、ソフトアクチュエータ、太陽電池、ガス分離膜として使用できる。また、容易にリサイクルおよび再利用できるため、環境にも優しい。れらの機能により、幅広い用途が期待できる。」とSpontak 博士は付け加えた。

「この研究はKraton Polymers社によって製造された1つのポリマーシリーズのみに焦点を合わせていた。他の用途に魅力的な属性を改善しながら、このような効果的かつ速効性の抗菌特性を保持するために、このポリマーおよび他のポリマーをさらに改変する方法を求めている。」とSpontak博士は語った。

BioQuick News:Self-Sterilizing Polymer Proves Effective Against Drug-Resistant Pathogens

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