항생제 나노입자, 호흡기 감염 근원 공격 통해 약물 부작용 줄인다.

  • 등록 2015.03.20 15:02:37
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KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-03-18


요약: 호흡기 질환을 치료하는 것은 약물들이 호흡기 조직과 점막과 같은 생물학적 장벽을 지나야 하기 때문에 종종 어렵고, 따라서 표적에 효과적인 양이 도달하게 하기 위해서 많은 양을 복용해야 한다.
이제 연구자들이 항생제를 나르고 생물학적 장벽들을 통과하는 나노입자들의 사용이 폐 감염을 치료하는데 효과적일 수 있다는 것을 보였다. 그렇게 하는 것은 감염 부위에 약물을 더 잘 전달할 수 있게 해주고, 그래서 너무 많은 양의 항생제를 계속해서 복용해서 일어날 수 있는 항생제 내성의 발달을 예방한다. 덧붙여서, 그러한 전략은 경구나 정맥 주사와 같은 전통적인 방식으로 복용했을 때 일어나는, 몸에서 항생제의 빠른 대사와 소실을 극복하는 것을 도울지도 모른다. 

에스토릴(Estoril)에서 열린 13회 유럽 호흡기협회 폐과학학회(13th European Respiratory Society Lung Science Conference)에서 그녀의 팀의 연구를 기술하면서, 독일 자르브뤽켄(Saarbrucken)에 있는 헬름홀츠약학연구(Helmholtz Institute for Pharmaceutical Research)의 Cristiane Carvalho-Wodarz는 호흡기 감염의 치료에서 흔히 사용되는 항생제인 클라리스로마이신(clarithromycin)을 실린 나노입자들을 개발함으로써, 그들은 폐 세포로의 에어로졸 침착을 통해서 그 약물을 전달함으로써 생체 내에서 흡입 후에 일어나는 과정을 모방할 수 있었다고 말할 것이다. 테니스볼 보다 수백만 배 더 작은, 바이러스와 같은 크기 범위에 있는 나노입자들은 용매에 녹인 클라리스로마이신과 안정제, 생물분해 가능한 중합체 기름을 수용액 계면활성제 용액에 추가함으로써 만들어졌다. 나중에 용매들은 완전히 제거되었다.

“이런 식으로 나노입자들의 전달은 허파꽈리(기도에서 발견되는 공기 주머니)에서 일어나는, 생체 내 퇴적과 비슷한 방식으로 시험관에서 배양된 세포들에 그것들을 침착시킬 수 있다”고 Carvalho-Wodarz는 말할 것이다. 

이 연구자들은 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)이 병원 감염의 주요 원인들 중 하나이며 또한 유전적 질환 낭포성 섬유증에서 흔한, 폐 감염에서 중요한 역할을 하기 때문에, 그것을 그들의 실험을 위한 모형으로서 그 세균을 사용했다. 그 작은 클라리스로마이신 나노입자들(CLARI-NPs)은 개별 폐 세포들 안이나, 생물막(biofilms, 표면에서 서로서로 붙어있는 세포들) 안에 위치한 그 세균에 접근할 수 있었다. 

“전통적인 방식을 통해서는 이들 위치들에 효과적으로 약물을 전달할 수 없다”고 Carvalho-Wodarz는 말했다. “그래서 우리는 CLARI-NPs의 사용이 폐 세포들에 의한 그 항생제의 흡수를 가능하게 할 뿐만 아니라, 또한 우리가 시험한 모든 세포 형태들에서 독성 효과가 없다는데 기뻤다”고 Carvalho-Wodarz는 덧붙였다.

지금까지 이 연구는 인간 기관지의 세포를 사용해서, 시험관에서 이루어졌다. 그 연구자들은 이제 동물 모형, 아마도 쥐에서 그 효과를 평가하기를 바라고 있다. 그들은 또한 폐 감염에 대항해서 사용되는 다른 약물들을 실은 같은 나노입자들을, 그리고 특히 필요로 할지도 모르는 지속적인 많은 양의 약물 복용 후에 감염균이 약물-내성을 가지게 된 경우에서 시험하고 싶어한다. 

“감염의 국부적인 부위에 약물들을 전달하기 위해서 나노입자들을 사용하는 것은 부작용을 극복하고, 치료 효과를 늘리고, 내성을 극복하기 위한 전망있는 전략이다. 우리가 개발한 그 나노입자들은 약물 수송체로서 많은 이점을 가진다; 그들은 독효과를 유발하지 않았다. 그것들은 매우 안정하고, 그것들은 지속적으로 그 약물을 방출하며, 그것들은 세포 장벽을 극복할 수 있다. 우리는 우리의 제형이 그 항생제가 직접적으로 감염 부위에 도달하고 따라서 전통적인 투여 경로 중에 우리가 보는 부작용을 줄일 수 있기 때문에, 폐 감염을 가진 환자들을 도울 수 있는 항생제 효과를 향상시킬 전망을 보여준다고 믿는다”고 Carvalho-Wodarz는 결론지을 것이다.


Antibiotic nanoparticles attack respiratory infection at source and reduce drug side effects

 Estoril, Portugal: Treating respiratory disease is often difficult because drugs have to cross biological barriers such as respiratory tissue and mucosa, and must therefore be given in large quantities in order for an effective amount to reach the target. Now researchers from Germany, Brazil and France have shown that the use of nanoparticles to carry antibiotics across biological barriers can be effective in treating lung infections. Doing so allows better delivery of the drug to the site of infection, and hence prevents the development of antibiotic resistance which may be caused by too large and continued doses of antibiotic. Additionally, such a strategy might help to overcome the rapid metabolism and excretion of the antibiotic from the body, which happens when it is administered by traditional routes,either orally or intravenously.

Describing her team’s work to the 13th European Respiratory Society Lung Science Conference in Estoril today (Friday), Dr Cristiane Carvalho-Wodarz, from the Helmholtz Institute for Pharmaceutical Research, Saarbrücken, Germany, will say that, by developing nanoparticles loaded with clarithromycin, an antibiotic commonly used in the treatment of respiratory infections, they have been able to mimick the process that occurs after inhalation in vivo by delivering the drug through aerosol deposition to lung cells. Nanoparticles, which are in the same size range as a virus - millions of times smaller than a tennis ball - were prepared by adding a biodegradable polymer oil, stabiliser and clarithromycin dissolved in solvents, to an aqueous surfactant solution. Subsequently, the solvents were completely removed. “The delivery of nanoparticles in this way enables their deposition in cells cultivated in vitro in a similar way to the deposition in vivo, which take place in the alveoli (air sacs found in the respiratory tract),” Dr Carvalho-Wodarz will say.

The researchers used the bacterium Staphylococcus aureus as the model for their experiment, since it is one of the major causes of hospital-acquired infection and also plays a crucial role in the lung infections which are common in the genetic disorder cystic fibrosis. The tiny clarithromycin nanoparticles (CLARI-NPs), were able to access the bacteria located either in biofilms (cellssticking to each other on a surface) or inside individual lung cells. “Neither of these locations is conducive to effective drug delivery through traditional routes,” says Dr Carvalho-Wodarz, “so we were pleased to see that not only did the use of CLARI-NPs allow the uptake of the antibiotic by the lung cells, but also that there were no toxic effects on all the cell types on which we tested.”

To date the work has been in vitro, using human bronchial cells. The researchers now hope to evaluate its effectiveness in an animal model, probably mice. They would also like to test the same nanoparticles loaded with other drugs used against lung infections, and in particular those in which the infectious agent becomes drug-resistant after the continued large doses that may be required.

“Using nanoparticles to deliver drugs to a local site of infection is a promising strategy for overcoming side effects, increasing treatment efficacy, and overcoming resistance. The nanoparticles we have developed have a number of advantages as drug carriers; they do not provoke a toxic effect, they are highly stable, they release the drug over a sustained period, and they can overcome cellular barriers. We believe that our formulation shows promise to improve the antibacterial efficacy which could help patients with lung infections, since the antibiotic can reach the infection site directly and therefore decrease the side effects we see during traditional routes of administration,” Dr Carvalho-Wodarz will conclude.

Notes for editors:

Poster title: Cellular interaction and antimicrobial activity of Clarithromycin-PLGA nanocapsules
Presentation time: Friday March 13, 2015, 16:30-18:30
Authors: Cristiane Carvalho-Wodarz ; Frantiescoli Dimer ;Jennifer Herrmann ; Viktoria Schmitt ; Nadia Abed ; Patrick Couvreur ;Rolf Müller ; Claus-Michael Lehr

For further information please contact: Lauren Anderson

 

기자 news@mdon.co.kr
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