나노 입자와 인간의 타액 : 치과 및 Craniofacial 생체 재료를 위한 약물 전달 시스템을 향한 발걸음

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목표 :이 연구의 목표는 구강 그람 양성 및 그람 음성 박테리아의 임상 균주에 대해 사용될 때 ZnO 및 Ag 나노 입자 (NP) 화합물에 기초한 새로운 나노 제제를 조사하고, 나노 제제 혼합물의 안정성 및 거동을 조사하는 것이었다. Ag NP, ZnO NP 및 ZnO + x · Ag NP의 상이한 조성에 기초한 타액 내에서.
방법 : 나노 실버 유무에 따른 ZnO NP는 마이크로파 용매 열 합성에 의해 수득되었다. 이어서, 인간 타액으로부터 분리 된 박테리아에 대해 항균 활성을 평가 하였다. 행동 및 나노 입자 용액을 인간 타액 및 대조군 (인공 타액 및 탈 이온수)에서 평가 하였다. 결과를 통계적으로 비교했다.
결과 :NP 혼합물의 평균 크기는 30 ± 3 nm 인 반면, 상업적 Ag NP의 평균 크기는 55 ± 5 nm였다. 현탁액은 NPs 조성 및 유체 유형에 따라 상이한 항균 활성 및 불안정화 공정의 동역학을 나타냈다.
결론 : 본 연구는 모든 NPs 현탁액이 24 시간의 분석에 걸쳐 상당한 불안정화 및 높은 불안정화를 나타냄을 보여 주었다. 사람 타액에서 NP의 응집 과정은 가역적 일 수 있습니다.

키워드 : 나노 물질, 약물 방출 조절, 나노 입자, 금속 나노 입자, 박테리아

소개
금속 및 비금속 생체 재료는 현대 재생 의학에서 널리 보급되어 있으며 누락 된 조직을 재생하는 데 사용됩니다. 박테리아 정착 및 생물막 형성에 유리한 틈새 시장으로 세균과 곰팡이 감염의 위험이 높아져 심각한 합병증과 환자의 이환율이 증가 할 수 있습니다. 이것은 부분적으로 외부 금속 생체 물질로 치료받은 환자에서 가장 일반적으로 나타납니다. 이들 중 대부분은 구강 외상, 선천성 또는 후천성 형태 질환, 종양 등의 치료에 사용됩니다. 대부분의 경우, 임플란트 주변 감염은 비 연합, 농양, 골수염 또는 패혈증 및 사망과 같은 국소 또는 일반 합병증을 유발합니다. 일반적으로 경험적 항생제 치료는 일반적으로 임플란트 감염과 관련된 치료 절차로 적용됩니다. 그러나, 약물 및 숙주의 면역계에 대한 바이오 필름의 극단적 인 내성으로 인해, 생체 물질 관련 감염은 지난 30 년 동안 널리 사용되는 항생제에 대한 박테리아 내성의 증가에 크게 기여 하였다.1 치료 방식에 대한 노력에도 불구하고, 대부분 패혈증 및 환자 사망의 위험을 줄이기 위해 감염된 물질을 제거해야합니다. 구강 안과 감염은 항생제로 부적절하게 치료되기 때문에, 과다 사용은 다중 약물 내성 (MDR) 종의 전 세계적으로 증가하는 데 크게 기여했습니다. 21 세기가“항생제 후 시대”로 불려지면서 감염 예방 및 치료를위한 새로운 접근법이 필요합니다. 최근 몇 년 동안 나노 소재는 노인들에 대한 유망한 대안으로 치과 시장에 진입하여“비뇨기과”로 설명되는 새로운 과학 분야를 일으켰습니다. 2 , 3이 접근법은 두 가지 주요 혁신을 가정합니다. 하나는 수복 물질의 생체 역학적 특성의 개선과 관련이 있고, 다른 하나는 임플란트 유래 약물 전달과 관련된 현재의 한계에 대한 새로운 솔루션을 제공하는 것과 관련이 있습니다. 4환경으로의 NP 또는 그들의 이온의 방출은 광범위한 항 박테리아 활성에 기여하여 조직 내에서 생체 물질의 수명을 증가시키는 가장 중요한 요인으로 설명되었다. 구강 병원균에 대한 나노 입자의 항균 활성에 대한보고가 있지만 그 결과는 매우 다양합니다. 혼란스러운 효과는 종종 체외 환경과 생체 내 환경 사이의 상당한 차이로 인해 발생합니다. 구강은 인체의 다른 모든 것과 크게 다른 별개의 생태계입니다. 입안의 모든 표면을 덮고있는 단백질이 풍부하고 설탕이 풍부한 타액과 박테리아가 있으면 약물 약동학 및 생체 이용률에 중요한 영향을 미칩니다. 구강 내로 방출 된 나노 입자는 단백질 코로나 (PC)의 형성에 의해 물리 화학적 특성을 변화시킬 수있는 것으로 나타났다. 생체 분자의 화학적 조성에있어서의 이러한 변동은 물질의 항균 활성 및 인간 조직에 대한 독성에 크게 기여할 수있다. 발암 효과의 가능성은 무시할 수 없습니다. 더욱이, 박테리아가 NP, 특히 구강 내에서 잘못 적용되면 NP에 대한 내성이 발생할 수있는 것으로 알려져있다.5 따라서 임상 적 사용에서 다른 NP의 생물학적 안전성을 추정하는 것과 관련된 작업을 완전히 이해하려면 특정 생물학적 환경에서 NPs 활동에 영향을 미치는 현상을보다 자세히 평가해야합니다. 도 6 , 7 이 과정은 특정 생물학적 유체에서 주어진 NP의 물리 화학적 특성의 변화를 기술하고, 생체 내 NP의 항균성 활성 및 독성을 결정하는데, 이는 시험 관내에서 얻은 결과와 크게 다를 수있다. 3 , (8) - (11) 인간의 혈청과 NP에의 상호 작용에 대한 여러보고가있다 (12)그러나 인간 타액에서 특정 NP의 거동, 구강 조직에 미치는 잠재적 영향, 점막을 통한 확산 및 중요한 장기에 대한 영향을 조사하는 연구는 초기 단계에 남아 있습니다. 13 , 14

최근에, 산화 아연 (ZnO) 및 나노은 (Ag)은 항균 특성으로 인해 약국 및 생의학에 대한 큰 관심을 끌었다. 15 , 16 표백 및 매트 특성으로 인해 ZnO는 크림, 드레싱, 파우더, 베이비 파우더 및 전문 치약의 생산에 사용됩니다. ZnO는 햇빛을 차단하는 화장품에 사용되는 인기있는 미네랄 UV 필터입니다. 생체 의학 영상화, 약물 전달, 유전자 전달, 바이오 센싱 및 의치 수정에 ZnO 나노 구조의 적용에 관한 연구가 진행되고있다. 17 – 22 Ag NP, 주로 항균 작용 덕분에 5 , 23 , 24드레싱, 치약, 화장품, 식품, 섬유 (예 : 양말) 및 신발과 접촉하기위한 재료와 같은 제품에 이미 적용되어 있습니다. 25 , 26 Ag 나노 구조의 경우, 새로운 항균 코팅 및 제제, 약물 전달 제제, 검출 및 진단 플랫폼, 조직 복원, 재생 물질 및 의치 수정과 같은 다양한 응용 분야에 대한 연구가 진행되고 있습니다. . 27 – 33

이 연구의 목적은 가장 일반적으로 적용되는 두 가지 치과 재료 인 산화 아연 나노 입자 (ZnO NPs)와은 나노 입자 (Ag NPs), 구강 그람 양성 및 그램의 임상 균주에 대해 사용되는 화합물을 기반으로 한 새로운 나노 제제를 조사하는 것입니다. 부정적인 박테리아. 또한, 타액 및 인간 혈청에서 방출 프로파일의 평가 및 나노 입자-단백질-당 복합체의 형성은 생물학적 환경에서의 NPs 행동의 이해 및 NP- 단백질 복합체가 잠재적 세포 독성에 어떻게 기여할 수 있는지를 향한 첫 단계가 될 것이다 . 가설 검증은 치과 용 나노 바이오 물질 분야의 미래 방향을 설명하고 머리와 목의 재생 의학에서 병원 감염에 대한 항균 접근법에 대한 더 나은 통찰력을 제공해야합니다. 드디어,



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항균 활동
시험된 모든 나노 입자 및 이들의 화합물 중에서, AgNP (하이드로 실버)가 가장 효율적이었으며, 1 ppm의 농도 ( p = 0.000) 에서도 모든 시험 된 박테리아에 대해 MIC를 제공 하였다 . ZnO NP에 대한 최소 억제 농도는 모든 구강 연쇄상 구균에 대해 125ppm이었으며 종간에 유의 한 차이가 없었으며, 혐기성 종에 대해서는 125 ~ 250ppm 범위였으며, 종간에 큰 차이는 없었다 ( 그림 5).). ZnO + 0.1 % Ag, ZnO + 1 % Ag 및 ZnO + 10 % Ag 샘플의 경우,은 백분율에 관계없이 시험 된 모든 박테리아에 대해 MIC를 제공하는 항균 농도는 32 내지 64ppm 범위였다. 그러나, 은의 비율에 관계없이 산화 아연 NP의 항균력은 상당히 증가했다. 특정 NP에 대한 항균성 감수성은 박테리아 종간에 필적 하였다. 5C 종만이 모든 구강 박테리아 종 ( 보충 물질 ) 중에서 시험 된 NP에 훨씬 더 민감 하였다 .


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토론
산화 아연은 치아의 딱딱한 조직의 치유 및 어느 정도 항균 특성에 유익한 효과로 인해 임시 및 영구 치과 용 바이오 재료의 재료로 일반적으로 사용됩니다. 살 생물 특성을 향상시키기 위해 나노 형태의 사용이 제안되었다. 그러나 최근 나노 실버는 감염 가능성을 줄이기 위해 많은 치과 용 기기에 적용되고있다. 이 연구는 머리와 목 부위의 치질 감염뿐만 아니라 타액에서의 행동에 대한 박테리아에 대한 산화 아연 및은 나노 입자의 항균 활성과 관련된 문제를 조사합니다. H의 릴리스 2 O 2 의 ZnO 된 NP의 항균 활성에 대한 가능한 메커니즘 (69)반면 Ag NP의 항균 활성은 DNA 복제 억제, 리보솜 및 세포 단백질의 발현 및 전자 수송 사슬과의 간섭을 통한 세포 용해에 기초한다. 70

Kasraei 등 ( 71) 은 복합 수지에 1 %의 나노은 또는 1 %의 산화 아연 나노 입자를 첨가하면 S. mutans 와 Lactobacillus Acidophilus 에 대한 항균성을 나타내었다 . 또한, 그들은 산화 아연 NP가 나노은 보다 S. 뮤 탄스 에 대해 훨씬 더 효과적이라는 것을 보여 주었다 . 다른 연구에 따르면, Salem et al, 70산화 아연 나노 입자는 아데 닐릴 시클 라제 활성을 억제하여 바이오 필름 형성 과정에서 10 년째의 메신저를 이끈다. 이 연구에서, 생물막 형성은 평가되지 않았지만, 유일한 항균제로 사용 된 산화 아연 나노 입자는 하이드로은보다 현저히 열등했으며, 이는 Zn NP가 비교적 낮은 항균 용량을 나타내는 다른 관찰을 확인시켜 주었다. 72 , 73 Zn NP에 0.1 %, 1 % 또는 10 %의은을 첨가하면 조사 된 모든 종에 대한 항균력이 크게 증가했습니다. 흥미롭게도,이 효과는 첨가 된 Ag의 백분율과 관련이 없었다. MIC 값 (은이 화합물로서 사용 하였다 (125 ppm의 최대 32 ppm으로) 삼중 감소 보충 자료). 미생물 연구에서 관찰 한 결과, 선행 연구에서 설명 된 바와 같이, 머리와 목의 치열 성 감염에 일반적으로 관여하는 박테리아에 대한 나노은 및 그 화합물의 높은 항균 가능성이 확인되었다. 11 , 74은 정상적으로 적용될 때 실제로, NPS는 MDR 종의 확산을 줄이고, 원내 감염의 발생률을 감소시킬 수 항균제 등의 실제 응용을 찾을 수있다. 금속 물질로부터 방출 된 NP 및 그들의 이온이 임플란트 주변 공간에서 높은 항균 활성을 제공 할 수 있기 때문에, 이러한 물질은 감염 발생 위험이 더 큰 부위에 사용되는 약물을 포함하는 임플란트로서 적용 가능할 것으로 예상된다. 75

그럼에도 불구하고, 높은 항균 특성을 갖는 나노 입자는 또한 반응성 및 주로 반응성 산소 종 (ROS) 형성을 통해 숙주 조직에 독성 영향을 미칠 수있는 것으로 잘 알려져있다. 따라서 각 나노 입자 용출 바이오 물질에 대한 치료 기간을 먼저 평가해야합니다. 특정 환경에서 NP의 생물학적 상호 작용을 고려한 경우에만 계산할 수 있습니다. 각 조직과 기관에는 단백질, 당, 미세 및 거대 요소로 구성된 고유 한 미세 환경이 있으며 균형을 잡을 때 항상성을 제공합니다. 이 환경에 NP를 도입하면이 항상성에 영향을 미치고 노출이 연장 될 때 염증 반응, 자극, 발진 또는 발암 효과와 같은 살아있는 유기체 부분에 대한 예측할 수없는 반응에 기여할 수 있습니다. 따라서 완전히 프로파일 링되지 않은 화학 물질에 대한 인체의 생물학적 반응을 고려해야합니다. 물질의 표면에서 분리 될 때 나노 입자는 생물학적 유체에 현탁되고 그 화합물과 상호 작용하여 형태, 반응성 및 물리 화학적 특성을 변화시킨다. 단백질 및 당과 함께 NP에 의해 형성된 복합체는 단백질 코로나 (PC)로 기술된다. PC가 신체를 통과 할 때 다른 분자와의 상호 작용이 발생하고 코로나가 용해되어 대기업 또는 고유 한 특성을 가진 새로운 화합물을 형성 할 수 있습니다. 이 과정은 "합성에서 생물학적 동일성"으로 알려져 있으며 실험실에서 설계된 NPs 특성에서 특정 생물학적 환경과의 상호 작용으로 얻은 특성으로의 변화를 설명합니다. 이는 신체에 노출 된 모든 NP가 생물학적 매체와 관련된 고유 한 코로나를 형성 할 수 있으며, 이는 항균 및 독성 작용에 모두 영향을 미칩니다. 이러한 복잡한 현상을 밝히기위한 여러 연구가 있었지만, 대부분의 연구는 나노 입자와 혈장 사이의 상호 작용에 초점을 두었습니다.76 – 78 NP와 단백질이 풍부한 생물학적 유체 사이의 전체 상호 작용 과정에서 몇 가지 요인이 작용합니다. Lundqvist et al. 도 12 는 NP의 크기가 인간 혈장에서의 곡률 효과로 인해이 과정에 영향을 미친다는 것을 보여 주었다. 그들은 같은 유형이지만 다양한 크기의 실리카 나노 입자가 인간 혈액과 A- 리포 단백질의 결합에 다르게 영향을 미치는 연구에서 이것을 증명했다. NP가 작을수록 PC와 결합하는 단백질의 수가 많아집니다. 또한 NP 크기가 클수록 트롬빈 생성 분석법이 더 많이 상향 조정됨을 보여 주었다. 따라서 저자는 동일한 NP가 다양한 크기이지만 다른 방식으로 유기체 반응에 영향을 줄 수 있음을 보여 주었다. 또한, Ajdar et al. 76인간의 혈액에 첨가 된 금 나노 입자는 더 빠른 전 혈전 반응 (비선형 크기 의존적 방식으로)을 생성 함을 보여 주었다. 그들은 또한 혈전 형성 효과의 농도 의존적 방식 및 초기 응고 형성까지의 시간 단축을 보여 주었다. 더욱이, 그들은 첨가 된 NP의 크기에 따라 응고 강도가 현저히 감소한 것을 발견했다. 76

전술 한 연구는 NP와 생물학적 유체 사이의 상호 작용이 극도로 다양해 짐을 확인했다. 구강 내 PC 형성을 평가 한 연구는 거의 없었거나 구강 점막에 미치는 영향과 침투성을 충분히 설명했습니다. 삼또한, 인간의 혈청 또는 전혈 모델에서 얻은 결과는 칼슘, 인산염, 탄산염, 티오시 안산 이온, 단백질 및 뮤신을 함유하는 이온 강도가 낮은 저 체액이기 때문에 타액으로 직접 전달할 수 없습니다. 같은 구조 및 점탄성 특성. 또한, 타액 단백질의 약 73 %가 혈장에 존재하지 않으며, 이는 특히 구강이 NP의 중요한 투여 경로이기 때문에이 상호 작용 모델에 대한 세심한 연구가 필요함을 의미한다. 따라서이 연구에서 가장 널리 사용되는 두 가지 나노 입자 인은과 산화 아연에 의해 사람의 침에 형성된 PC를 프로파일 링하려는 시도가 이루어졌으며,79 , 80 타액과 분자와의 상호 작용 경구 경로를 통해 체내로 유입 된 나노 입자로는 뚜렷한 형태 및 나노 입자의 종류에 따라 물리 화학적 특성의 PC가 될 것으로 예상된다. 이러한 PC는 안감 점막, 치은, 치아 및 기타를 포함하여 구강 조직에 다른 영향을 미쳐 예기치 않은 국소 결과를 초래할 수 있습니다. NP는 수동 점막, 혈액 순환 또는 림프계에 의해 구강 점막을 관통하여 신체를 여행 할 수 있고, 장기에 침착되고, 세포막을 관통하며, 미토콘드리아에 축적되고, 유해 반응을 유발할 수있다. 81 그렇지 않으면, 조직 아래에 NPS를 포함하고 배치 재료에 악영향을 미칠 수 있습니다.

타액 또는 기타 생물학적 유체에 노출 된 나노 입자의 형태는 유체의 pH 및 조성에 따라 변할 수 있음이 밝혀졌습니다. 중성 pH 및 높은 이온 강도를 특징으로하는 생물학적 유체의 존재하에, NP는 NP와 소수성 상호 작용의 정전 기적 반발의 감소에 의해 야기되는, 장기간의 접촉 기간에 걸쳐이 응집 과정을 즉시 시작하여 계속 진행할 수있다. 82 , 83 가지 NP에 간의 응집 친화력 차이 매질의 이온 강도 레벨과 크기, 분포, 형상, 결정 구조, 조성, 표면적, 작용기, 전하 또는 그 자체가 나노 입자의 특성에 기인 다공성 및 안정제. 83실리코에서 얻어진 NPs 전하 및 안정성에 따라, 나노 입자는 단백질의 존재 하에서 불안정하거나 심지어 거시적으로 검출 된 덩어리로 침전 될 수있다. 83 응집체 크게 세포 반응, 세포 흡수 및 세포 내 이입, 생체 분포, 순환 시간, 간격 및 구강 점막 침투의 메커니즘을 중재 할 수있다. 82 Halamoda-Kenzaoui 등의 연구에서. 84NP의 응집 수준은 증가 된 세포 흡수 및 변형 된 세포 내 이입 메커니즘에 기여 하였다. 분산 된 80 nm 입자는 캐롤 라에 매개 된 세포 내 이입을 통해 세포에 의해 흡수되는 경향이있는 반면, 30 nm 크기의 입자는 클라 트린-매개 세포 내 이입 및 마이크로 피노 사이토 시스와 같은 다른 내 생성 경로의 조합을 통해 세포에 유입되었다. 84

Teubl et al 13 및 Teubl et al 85의 연구 에서 타액 배양 후 NP의 세포 흡수 능력은 무 혈청 배지의 절반이었다. 또한, 기능화되고, 양으로 하전되고 하전되지 않은 입자는 하전되지 않은 NP보다 침 성분과 더 크게 상호 작용 하였다. 13 , 85 , 86 Walczak et al. 87 의 연구 에서 Ag NP의 크기는 인공 타액에서 24 시간 배양 동안 안정적이었다. 그들은 단백질을 함유 한 배지가 타액보다 높은 이온 강도를 갖는 유체에서 입자와은 나노 입자가 어떻게 응집되는지 안정화시킬 수 있다고 설명했다. 87 Pindakova et al 82그러나, 인공 타액의 존재는 배지와 접촉 한 180 분 후에 측정 된 248 ± 8로 혼합 한 직후 90 ± 2 nm로부터 Ag NP의 성장을 유도 하였다. 응집 과정에 관계없이, 그들은 재구성 된 구강 세포주에서 나노은 덩어리의 세포 독성 효과를 관찰하지 않았다. 또한, Ag NP는 염증성 사이토 카인 IL-1α의 생산을 하향 조절하는 것으로보고되어, 항 염증 특성을 나타낸다. 이것은 나노 실버가 치아 및 뇌 안면 영역의 재건에 사용되는 임플란트 주변 감염 및 다른 생체 물질을 감소시키기 위해 티타늄 구강 임플란트에 대한 첨가제로서 최근에 제안 되었기 때문에 유망하다. 11연구 간의 불일치에 따르면, 배지에 특정 단백질이 존재하면 응집을 유발, 둔화 또는 예방할 수 있으며 다른 개인의 NP의 세포 흡수에 대한 다양한 영향을 암시 할 수 있습니다.

이 연구에서, 시험 된 배지에서 모든 NP에 의한 응집이 관찰되었다. 그러나 인공 침에 노출되었을 때, NP는 탈 이온수에서 배양 된 것보다 상당히 큰 복합체를 형성했다. 타액은 구강 상피의 탄수화물, 백혈구, 박테리아 및 플레이크 오프 세포의 효소 분해 산물, 물, 단백질, 효소, 호르몬, 이온으로 구성된 매우 복잡한 생물학적 유체입니다. 88 – 92 사람의 타액은 연령, 성별, 스트레스, 건강 상태, 육체적 노력 및 소비되는 각성제 (예 : 담배)와 같은 요인에 따라 고유 한 구성으로 특징 지워야합니다. 58 , 59 , 66 , 92Teubl et al 13 은 타액이 다공성 구조로 특징 지어졌으며, 여기서 기공 크기는 ≈200 nm에서 ≈2000 nm 사이였으며, 기공은 저점도의 유체로 채워졌다. NP의 응집 및 안정성에 영향을 미치는 중요한 요소는 나노 입자 유형 및 유체 유형이다 ( 표 4 ). NPs (ZnO + 10 % Ag NPs를 제외하고)가 탈 이온수에서 가장 낮은 응집 및 높은 안정성을 나타 냈으며, 이는 낮은 이온 함량 및 거대 입자의 부재를 특징으로한다는 것은 놀라운 일이 아니다. 현탁액 내의 적은 양의 이온은 NP를 둘러싸는 "전기적 이중층"에서 이온의 확산층을 넓히게하여 결과적으로 반발의 정전기 에너지 범위를 증가시킨다. 93다시 말하면, 낮은 비도 전성 (이온 강도)이 낮은 경우, 전기 이중층은 입자 표면으로부터 "먼"연장되어 입자-입자 반발의 효과를 증가시키기 때문에 분산된다. 정전기 안정화 부족 (ζ = 0.5mV) 및 ZnO + 10 % Ag NP의 응집체 (약 500nm)의 큰 크기는 탈 이온수에서 ZnO + 10 % Ag NPs 시료 침강 속도를 설명합니다. NP 응집체 / 응집체의 크기가 클수록 침강 과정이 더 빠르다는 것은 일반적인 지식이다. PVA를 이용한 표면 개질 덕분에 Ag NP는 안정성과 24 시간이 지난 후에도 탈 이온수의 평균 크기에 큰 변화가 없다는 점으로 구별됩니다.(94) 중합체의 친수성이 단거리 반발력 수화 힘을 통해 추가 안정화의 출현에 기여있다. 95

인공 타액에서 수득 된 모든 NP 현탁액에서 평균 입자 크기 ( 표 4 ) 및 입자 침강 (도 S6-S10 ) 의 급격한 증가 가 관찰되었다. Reubl et al 13 에 의해 유사한 결과가 시험에 사용 된 모든 배지 중에서 NP가 타액에서 가장 빠른 응집을 받았다는 것을 입증한다는 점에서 얻어졌다 . 이 현상에 대한 두 가지 설명이 있습니다. 첫 번째는 높은 이온 강도가 NP의 전기 이중층에서 확산층의 압축 및 중화를 초래한다는 것인데, 그에 의해 반 데르 발스 힘이 NP의 응집을 야기한다. 96 , 97 타액에 존재하는 다가 반대 이온, 예 : HPO 4 2- , CO3 2- , SO 4 2- 이온은 타액에 유입되는 순간 NP의 흡착 층에서 양이온 (또는 다른 방식으로 원형)과 빠르게 상호 작용할 수 있습니다. 이는 전기 이중층의 이온 조성의 변화 및 표면 전하의 스크리닝을 야기하며, 이는 이온과 반대 이온 사이의 강한 상호 작용에 의해 설명된다. 두 번째 설명은 NPs 주변의 단백질 코로나와 그 응집체의 형성과 단백질 코로나와 입자, 단백질 및 기타 다양한 분자 사이의 수소 결합의 형성입니다. 큰 나노 입자-단백질 응집체의 형성은 나노 입자 표면에 흡착하지 않는 단백질, 즉 코로나의 일부가 아닌 단백질을 포획 할 수있다. 121가 및 다가 타액 이온과 나노 입자 표면의 전기 이중층과의 상호 작용 및 단백질 코로나의 형성은 인공 타액에서 NP의 응집에 기여하며, 이는 전체 시험 기간 (24 시간) 내내 볼 수 있었다. 인공 타액에서 나노 입자 현탁액에 대한 흥미로운 상관 관계가 눈에 : 다 : 즉, 평균 입자 크기는 ZnO + x · Ag NPs 샘플에서 Ag NPs 함량의 증가에 따라 증가했다 ( 도 7 ). 이러한 상관 관계는 입자 주위에 단백질 코로나의 다른 형성에 의해 설명 될 수있다. 87이러한 상관 관계는 표면 개질이없는 Ag NP가 타액에서 안정성을 나타내지 않음을 나타내며, 이는 높은 Ag NP 함량을 특징으로하는 ZnO + 10 % Ag 샘플 (> 8000 nm)의 빠른 응집에 의해 지시되었다.

ZnO + x · Ag NPs 샘플의 크기, 형태 및 응집 정도는은 함량에 의존한다는 것을 지적해야한다 ( 도 2 ). 이는 ZnO NP의 합성 과정에서 Ag NP의 존재의 영향에 기인한다. Ag NP는 ZnO NP보다 먼저 형성되는데, 이는 상이한 반응 메커니즘의 결과이다. Ag NP는 Ag + 를 금속성 Ag ° 로 환원시키는 단일 단계 반응에서 형성되는 반면, ZnO NP는 2 개의 1 차 단계가 구별 될 수있는 반응에서 형성된다. 36 즉, 중간층의 형성과 성장 (아연 5 (OH) 8 (CH 3 COO) 2 · 인 xH 2O) 및 ZnO NP 로의 중간체의 신속한 분해, 및 아연 아세테이트가 소모 될 때까지의 그의 성장. 앞서 형성된 Ag NP는 중간체의 개별 ZnO NP 로의 분해를 방해하며, 이것이 SEM 사진이 샘플에서 Ag NP 함량의 증가에 따라 골재 크기가 어떻게 증가 하는지를 보여주는 이유이다. 이것은 ZnO + 10 % Ag 샘플에서 특히 두드러진다. ZnO NP의 도펀트 함량이 증가 할 때 마이크로파 합성 생성물의 형태 및 크기에 유사한 영향을 관찰 하였다. 98 , 99 물론, 하나는 응집의 정도가 입자 저하 및 순환 반응 속도를 변경할 수 있음을 명심해야한다.

탈 이온수에서 ZnO NPs 현탁액과 비교하여 인공 타액에서 ZnO NPs에 대해 107mV만큼 제타 전위의 눈에 띄는 변화는 전기 이중층의 새로운 정전기 평형의 형성에 기인한다 ( 표 4).). 제타 전위 값이 | 30 mV |를 초과하여 발생하는 이론적 인 정전기 안정성에도 불구하고, NPs 샘플은 안정성 (응집, 침강)의 부족을 나타냈다. 이 테스트에서 얻은 결과는 제타 전위 값이 | 30 mV | NPs에 단백질 코로나가 주로 생겨나는 생물학적 유체 현탁액의 안정성을 보장하지는 않습니다. 단백질 코로나는 NPs 불안정화 및 표면 불 활성화의 두 가지 주요 기능을 수행합니다. NPssurface의 활동을 줄이고 구강 내 세포막을 통한 NP의 침투를 막는 것은 인간 유기체의 첫 번째 보호 메커니즘 인 타액입니다. 또한 NP가 인간 유기체에 침투하면 단백질 코로나가 혈액의 순환 수명을 크게 줄일 수 있습니다.100

인간 타액에서 NPs 현탁액에 대해 매우 흥미로운 결과가 달성되었습니다. 인공 타액에서 NP의 투과 프로파일 (도 S10-S15 )은 24 시간 동안 NP가 응집 및 침강을 겪는 것을 보여 주었다. DLS 방법에 의한 1 시간의 분석 후에, 인간 타액에서 NP의 평균 크기는 크게 변하지 않았다 ( 표 S11-S15 , 그림 8).). 현탁 안정성 결과의 차이는 분석기 측정 전에 시료 준비의 다른 방식으로 설명 할 수 있습니다. Turbiscan Lab 분석기는 측정 셀에서 정지 상태의 현탁액 샘플에서 NP의 입자 크기 및 침강 변화를 기록했으며, DLS 분석기는 매 시간마다 샘플의 "신선한"부분을 수집하여 전체에 걸쳐 교반했습니다. 자기 교반기를 사용하여 시험 시간. 결과는 사람의 타액에서 NPs 응집 과정이 약한 힘 53을 특징 으로하며 현탁액의 기계적 교반을 통해 가역적 임을 나타냅니다 . 인간 타액의 조성과 인공 타액의 조성을 비교할 때 두 가지 주요한 차이점이 있습니다 ( 그림 13 ). 즉, SCN -음이온은 사람의 타액 샘플에만 존재했으며 탄수화물의 양은 인공 타액 샘플보다 상당히 적었습니다. 이 SCN 가능성이 - 음이온 빠르게 제한 또는 단백질 코로나 그 표면의 영구적 코팅을 예방할 수도의 Ag 입자의 특히 NP는 표면에 흡착시켰다. 타액에 티오 시아 네이트 (SCN-) 음이온의 존재는 매우 독특합니다. 타액, SCN에서 - hypothiocyanite (OSCN-) 고효율 로컬 항균제에 침 퍼 옥시다아제에 의해 변환된다. 101 은 티오 시아 네이트 (SCN-) 음이온의 함유량이 밀접 이전 테스트에서 참가자 중 흡연과 관련이있는 것을 알았다 102 타액 기증자 중 일부는 흡연자임을 나타냅니다.

연속적이고 매우 중요한 타액 파라미터, 즉 pH 및 특정 컨덕턴스를 비교할 때 인공 타액과 인간 타액의 상당한 차이가 눈에 (니다 ( 표 4 ). 타액 샘플이 다른 환자들로부터 사용되었으므로, 이온 강도 및 pH와 같은 파라미터는 상이한 타액 성분들 간의 복잡한 상호 작용에 따라 변할 수 있으며, 이는 PC의 상이한 특성을 야기시킨다. 103 따라서, 분석 데이터에 따라 다를 수도 얻어진 결과 (인공 타액이 연구에서 사용). 문헌 보고서 105 – 107인간 타액의 pH 값은 자극 과정에 따라 다르며 5.3에서 7.8 사이입니다. 인간 타액 샘플에 대해 얻은 높은 pH (7.84 ± 0.07)는 더 높은 중탄산염 농도를 포함하여 전해질 조성의 차이에 기인 할 수 있으며, 이는 높은 비도 전율 (4361 ± 6 µS / cm)을 설명합니다. 제타 전위 결과의 차이는 주로 상이한 pH 및 특정 컨덕턴스 값에 의해 설명 될 수있다. 또한, 높은 특정 컨덕턴스와 인간 타액에 대한 더 큰 전기장 스크리닝에도 불구하고 NP가 인공 타액보다 불안정화 과정이 느리다는 것도 놀랍습니다. 이것은 사람 타액에서 NP 주위에 형성된 NP의 단백질 코로나가 불안정화 과정의 한계에 기여했음을 나타냅니다. 따라서 안정성이 향상되었습니다. 결과를 근거로, 인간의 타액의 NP는 씹는 동안 상대적 안정성을 유지할 수 있다고 말할 수 있는데, 아마도 30mV 이하의 제타 전위 값에도 불구하고, 아마도 특정 대사 산물 및 유기물 탈 산물, 예를 들어 (SCN- ).

나노 입자는 의약 제품의 성분 (예를 들어, 구강 세정) 및 치아 임플란트 표면의 변형 형태로서, 여러 방식, 예를 들어 고체 대기 오염으로 구강 내로 침투 할 수있다. 구강 조직이 나노 입자에 장기간 반복 노출되면 누적 효과가 발생할 수 있습니다. 이 과정은 사용 된 노출 속도, 조직 유형 및 체액과 관련이 있습니다. 82 개 침투 과정은 상향 또는 특정 효소에 의해 하향 조절 될 수있다. 그러나, 생물학적 유체에서 NP의 응집은 Zook 등의 연구에서 나타난 바와 같이 독성을 감소시킬 수있다. 108유체의 산성 pH는 단백질에 의한 NP의 응집을 감소시키는 반면 알칼리성 pH는이 과정을 상향 조절합니다. 장 소화 모델에서 단백질의 존재하에, NP는은, 황 및 염소로 구성된 복합체를 형성 할 수있다. 87 그들은 끊임없이 자신의 속성을 변경, 몸 전체 여행 따라서, 그들은 집계 및 분산 할 수 있습니다. (82) , (87)는 또한, PC를 구성 강하게 NP는 표면에 흡착 할 수있는 매체에 존재하는 단백질들 사이의 경쟁에 관한 것이다. 응집에 대한 단백질 친화도는 pH, NPs 전하, 입자-단백질 상호 작용 및 단백질 동일성과 관련이있다. 109PC는 단백질의 형태 변화 및 NP의 응집으로 인해 독성 효과를 나타내거나 NP의 생체 적합성을 증가시킬 수있다. 특정 PC와 특정 조직에 미치는 영향은 여전히 알려져 있지 않습니다.

결론
산화 아연 및 은의 나노 입자는 항균 특성을 특징으로하는 중요한 나노 물질 그룹을 형성하며, 최근에는 의약에 널리 적용되기 시작했다. 예를 들어 의치 또는 임플란트 표면의 변형과 같은 유기체와 ZnO NP 및 Ag NP의 응용이 지속적으로 증가함에 따라, 이러한 NP와 유기체의 지속적인 접촉은 인간 건강에 잠재적 인 영향을 미칠 수있다. 따라서 생체 액, 즉 타액에서 구강 환경을 충실히 반영하는 ZnO NP 및 Ag NP의 거동에 대한 중요한 정보를 얻을 필요가 있습니다.

Ag NP, ZnO NP 및 ZnO + x · Ag NP의 3 가지 혼합물을 시험에 사용 하였다. ZnO + x · Ag NPs 샘플은 마이크로파 용매 열 공 합성의 독특한 방법 덕분에 얻어졌다. ZnO NP 및 ZnO + x · Ag NP의 혼합물의 평균 크기는 30 ± 3 nm이고 구형이다. ZnO + 0.1 % Ag NP, ZnO + 1 % Ag NP 및 ZnO + 10 % Ag NP 혼합물의 실제 조성은 다음과 같다 : ZnO + 0.00042 · Ag NPs, ZnO + 0.00516 · Ag NPs 및 ZnO + 0.0446 · Ag NPs .

콜로이드 Ag NP는 시험 된 모든 구강 박테리아를 근절하는데 가장 효과적이었다. ZnO + x · Ag NP 혼합물에 소량의 Ag NP가 존재하면 항균력이 거의 두 배가되었다. ZnO NP 또는 Ag NP가없는 화합물에 기초한 나노 입자는 Ag NP와 비교할 때 현저하게 열등한 항균력을 나타냈다.

정적 다중 광산란 분석은 인간 타액 및 인공 타액 모두에서 모든 NPs 현탁액이 전체 시험 기간 동안 침강 및 응집 과정을 거쳤다는 것을 나타냈다. 타액 조성, ZnO + x · Ag NPs 혼합물 조성 및 NP 유형과 같은 요인은 모두 현탁액 불안정화의 동역학에 영향을 미쳤습니다. ZnO + 0.0446 · Ag NPs 샘플은 변형되지 않은 Ag NP의 함량이 가장 높고 사용 된 모든 유체에서 가장 빠른 불안정화 동역학을 나타냈다.

동적 광산란 분석은 인공 타액에 도입 된 순간 모든 NP 시료에 대해 빠른 응집 과정을 나타냅니다. 인공 타액의 모든 NP의 평균 크기는 테스트 전체 기간에 걸쳐 점차 증가했습니다. 인공 타액에서 NPs 응집 과정은 주로 NP 표면을 코팅 한 단백질 코로나의 형성과 관련이 있습니다.

인간 타액에서의 평균 입자 크기의 시험은이 생물학적 매질에서 NPs 응집 과정이 기계적 교반의 결과로 가역적임을 보여 주었다.

윤리 성명서
이 연구는 헬싱키 선언에 따라 수행되었습니다. 모든 환자는 사전 서면 동의를 받고 서명했으며,이 연구는 바르샤바 의과 대학 윤리위원회의 승인을 받았습니다. KB / 150 / 2018.

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