抗バイオフィルムナノコンポジットの開発酸化グラフェンナノシート表面に合成されたAg/Cuバイメタルナノ粒子

Development of Antibiofilm Nanocomposites: Ag/Cu Bimetallic Nanoparticles Synthesized on the Surface of Graphene Oxide Nanosheets.

• Jaehee Jang
• Jong-Min Lee
• Sang-Bin Oh
• Yonghyun Choi
• Han-Sung Jung
• Jonghoon Choi

抄録

抗生物質に対して強い抵抗性を示す細菌、特にバイオフィルムには多くの問題があります。これは、有効な治療法がないため、現在、世界的に喫緊の課題とされています。グラフェン酸化物（GO）ナノシートは、その表面で細菌の増殖を抑制する二次元炭素材料である。銀や銅などの金属ナノ粒子は、抗菌剤として古くから広く知られていますが、ここでは、銀や銅のバイメタルナノ粒子を用いて、細菌の増殖を抑制します。ここでは、化学還元法を用いてGO表面にAgとCuのバイメタルナノ粒子（Ag/Cu/GO）を合成し、複数の細菌種に対する抗菌効果を実証した。Ag/Cu/GOナノ複合体は、透過型電子顕微鏡及びエネルギー分散型X線分光法によって特徴づけられた。Ag/Cu/GOナノコンポジットの細胞毒性をヒト皮膚線維芽細胞を用いて確認し、Methylobacterium spp., Sphingomonas spp., Pseudomonas aeruginosaに対する抗菌活性を評価した。合成したAg/Cu/GOは、ヒト細胞に無害な濃度で3種の細菌を除菌することができた。また、マイクロチャンネルで培養した緑膿菌に由来するバイオフィルムをAg/Cu/GOで除去することに成功した。小動物モデルでは、皮膚のバイオフィルムに感染した創傷をナノコンポジットで迅速かつ効率的に除去することで治癒させることができた。本研究で報告されたAg/Cu/GOナノコンポジットは、抗生物質耐性菌を効果的に除去し、皮膚や創傷の細菌感染やバイオフィルム形成によって引き起こされる疾患を治療するために使用することができると考えられる。

There are numerous issues associated with bacteria, biofilms in particular, which exhibit a strong resistance to antibiotics. This is considered as an urgent global issue at present because of the lack of effective treatments. Graphene oxide (GO) nanosheets are two-dimensional carbon materials that inhibit bacterial growth on their surfaces. Over centuries, metal nanoparticles, including Ag and Cu, have been widely known as antibacterial agents. Herein, Ag and Cu bimetallic nanoparticles on a GO surface (Ag/Cu/GO) were synthesized using a chemical reduction method, and their antimicrobial effects against several bacterial species are demonstrated. Ag/Cu/GO nanocomposites were characterized by transmission electron microscopy and energy-dispersive X-ray spectroscopy. The cytotoxicity of the Ag/Cu/GO nanocomposite was confirmed using human dermal fibroblasts, and its antibacterial activity against Methylobacterium spp., Sphingomonas spp., and Pseudomonas aeruginosa was evaluated. The synthesized Ag/Cu/GO was able to eradicate the three bacterial species at concentrations harmless to human cells. Also, Ag/Cu/GO was successfully remove a biofilm originated from Pseudomonas aeruginosa cultured in a microchannel. In a small animal model, the wound infected with biofilm on a skin could be healed by quickly and efficiently removing the biofilm with nanocomposites. The Ag/Cu/GO nanocomposites reported in this study could be used to effectively remove antibiotic-resistant bacteria and treat diseases caused by skin or wound bacterial infections and biofilm formation.