嫌気性細菌に対する抗菌作用を有するハイドロキシアパタイトをベースとしたバイオナノコンポジットの調製と予備評価

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Mater Sci Eng C Mater Biol Appl.2020 Jan;106:110295. S0928-4931(18)32616-X. doi: 10.1016/j.msec.2019.110295.Epub 2019-10-10.

嫌気性細菌に対する抗菌作用を有するハイドロキシアパタイトをベースとしたバイオナノコンポジットの調製と予備評価

Preparation and preliminary evaluation of bio-nanocomposites based on hydroxyapatites with antibacterial properties against anaerobic bacteria.

Katarzyna Zawisza
Paulina Sobierajska
Nicole Nowak
Anna Kedziora
Kamila Korzekwa
Blazej Pozniak
Marta Tikhomirov
Julia Miller
Lucyna Mrowczynska
Rafal J Wiglusz

PMID: 31753350 DOI: 10.1016/j.msec.2019.110295.

抄録

湿式化学法を用いて、Ca(PO)(OH)をドープせず、AgとEuイオンで活性化した六方晶のナノ結晶粉末を合成した。さらに、得られたハイドロキシアパタイトにAgを添加し、ニトロイミダゾール系抗菌剤メトロニダゾールとチニダゾールを添加した。得られた生成物の構造特性を、Ｘ線回折（ＸＲＤ）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、および赤外（ＩＲ）、ラマン分光法により分析した。EuとAgを共ドープしたCa(PO)(OH)のフォトルミネッセンス特性は、PL発光、励起スペクトル及び発光減衰曲線を介して特徴づけられた。得られた材料のPrevotella bivia及びParabacteroides distasonisに対する抗菌活性を調べた。細胞毒性評価は、ヒト骨肉腫細胞株（U2OS）およびヒト赤血球（RBC）を用いて行った。インビトロモデルを選択したのは、U2OSが細胞外マトリックスの形成に重要な役割を果たすアパタイトを豊富に含む骨組織由来の癌細胞株であるという事実に基づいている。赤血球は最も豊富な血液細胞であり、医療への応用が期待される新規な生体適合性材料の研究において、細胞モデルとして使用されています。また、得られた多機能性材料は溶血活性を示さないため、抗菌剤や嫌気性細菌への応用が期待されています。

Hexagonal nanocrystalline powders of the non-doped Ca(PO)(OH) as well as activated with Ag and Eu ions were synthesized by using different wet chemistry methods. Moreover, the obtained hydroxyapatite was loaded with Ag, as well as nitroimidazole antimicrobials: metronidazole and tinidazole. The structural properties of the products were analyzed by X-ray diffraction (XRD), scanning (SEM) and transmission (TEM) electron microscopy as well as infrared (IR) and Raman spectroscopy. The photoluminescence properties of the Eu and Ag co-doped Ca(PO)(OH) were characterized via the PL emission, excitation spectra and the luminescence decay curve. The antimicrobial activity of the obtained materials against Prevotella bivia and Parabacteroides distasonis was studied. The cytotoxicity assessment was carried out on the human osteosarcoma cell line (U2OS) as well as human red blood cells (RBC). The choice of the in vitro model was based on the fact that U2OS is a cancer cell line derived from bone tissue which is rich in apatites that play a pivotal role in the extracellular matrix formation. RBCs are the most abundant blood cells and they are used as a cell model in the study of biocompatibility of new prepared biocompounds with potential medical applications. The obtained multifunctional materials do not exhibit the haemolytic activity, therefore, they could be used as a promising antimicrobial agent and for anaerobic bacteria.