Polyurethane의 혈전방지처리가 Staphylococcus epidermidis의 정착에 미치는 영향 = The Effect of the Antithrombotic Polyurethanes on the Colonization of Staphylococcus epidermidis
목적 : 최근 생체재료로 만든 각종 카테타와 인공관절, 인공심장 등 인공장치의 사용이 점차 증가하고 있으며, 인공장치의 사용을 제한하는 가장 큰 합병증은 생체재료를 중심으로 일어나는 감염과 혈전증이다. 그러므로 인공장치를 장기간 사용하기 위해, 이들 합병증을 예방할 수 있는 생체재료를 개발하는 것이 중요한 과제가 되고 있다. 인공장치는 체내에 들어가서 혈액과 접촉하게 되면, 혈장단백질과 혈소판이 부착하고 활성화되어 혈소판-섬유소 혈전을 만든다. 이렇게 형성된 혈전은 세균의 부착을 촉진하고, 부착한 세균이 인체방어기전이나 항균제의 영향을 받지 않고 증식 할 수 있는 공간이 된다. 또한 정착한 세균은 혈액과 접촉하여, 혈전의 형성을 촉진한다. 즉, 혈전과 세균정착은 서로 영향을 주면서 인공자치의 오랜 사용을 제한하게 된다. 폴리우레탄에 설폰산과 알부민을 표면처리하면 혈전의 형성이 감소하는 효과가 있다는
것은 보고된 바 있으나, 혈전방지를 위해서 표면처리에 사용한 설폰산, 알부민이 세균 정착 및 감염에 미치는 영향에 대해서는 아직 잘 알려져 있지 않다. 이에 저자들은 설폰산, 알부민, 파라벤으로 처리한 폴리우레탄이 세균의 정착에 미치는 영향에 대해 알고자 본 연구를 시행하였다.
방법 : S. epidermidis RP12 부유액(?/mL)에 대조 폴리우레탄과 설폰산과 알부민, paraben으로 각각 처리한 폴리우레탄을 원반모양으로 만들어 담근 다음, 24시간 또는 48시간 동안 배양하였다. 세균 정착의 정도는 세균 집락수 및 SEM 소견으로 판정하였다.
결과 : 24시간 째 및 48시간 째의 세균집락수는 대조 폴리우레탄이 각각 8.3x10⁴/mL, 1.1×?/mL이었고, 파라벤 처리 폴리우레탄이 각각 9.3x10⁴/mL, 2.1x10⁴/mL (p<0.05), 설폰산 처리 폴리우레탄이 각각 1.2×?/mL, 8.2x10⁴/mL,(p<0.05), 알부민 처리 폴리우레탄이 각각 7.3×?/mL, 1,4×?/mL (p<0.05)이었다. 즉, 세균 집락수가 파라벤 처리 폴리우레탄에서는 유의하게 감소하였으나, 설폰산 처리 폴리우레탄에서는 증가하였다. SEM 소견에서는 설폰산 및 알부민 처리 폴리우레탄에서 세균 정착의 감소를 관찰하지는 못하였다.
결론: 본 연구는 in vitro 실험으로, 파라벤으로 처리한 폴리우레탄은 세균의 정착을 감소시키는 효과가 있었으나, 항혈전성 폴리우레탄은 세균 정착을 감소시키지 못하였다. 인체내에서는 세균과 혈소판, 혈장단백질이 복잡하게 반응을 하면서 혈전과 세균 정착이 서로 영향을 주므로, 인체내에서는 항혈전성 폴리우레탄이 혈전 형성을 감소시키고, 2차적으로 세균 정착을 감소시키고 감염을 예방하는 효과가 있을 가능성도 있으므로 이에 대한 연구가 진행되어야 하겠다.
Background : Infection and thromboembolism are major complications of prolonged use of prosthetic devices, such as various catheters, prosthetic joints, and artificial hearts, frequently resulting in severe morbidity, or death. Therefore, the prevention of infection and thrombosis is an important subject in developing new biomaterials of prosthetic devices.
The first event on insertion of a prosthetic device into the blood is protein adsorption and activation with platelet adhesion, activation and aggregation, leading to the formation of platelet-fibrin thrombi. The thrombi are susceptible to bacterial incorporation and protect the bacteria from the effects of circulating antibodies, phagocytic cells, and antibiotics. Furthermore, adherent bacteria may induce fibrin and platelet adhesion. Sulfonated polyurethane and albumin-immobilized polyurethane were documented to diminish the adhesion and shape-change of platelet on the polymer in comparison with plain polyurethane, in vitro. The objective of this study was to evaluate the effect of these
antithrombotic biomaterials on the bacterial colonization.
Methods : Plain, sulfonated, albumin-immobilized, and paraben-incorporated
polyurethane(PU) films were prepared as a disk form. Staphylococcus epidermidis RP12 was suspended at a concentration of ?/mL and four types of polymeric disks were immersed in the bacterial suspension. After incubation for 24 and 48 hours, the bacterial colonization on the each disk was determined by the colony forming units(CFU) counting method. The colonized disks were examined by scanning EM.
Results : The paraben decreased significantly the number of CFU on PU surface to 2.1x10⁴/mL after 48 hours, compared with 1.1×?/mL on plain polymers. The number of CFU on sulfonated or albumin-immobilized PU was 8.2x10⁴/mL, and 1.4×?/mL, respectively. SEM micrographs showed no reduction of colonization on antithrombotic PUs.
Conclusion : Antithrombotic treatments of polymers did not decrease the bacterial colonization on polymers, in vitro, that was compared to the decreasing effect of paraben. However, because the thrombi and bacteria interact with each other, the overall effect of the antithrombotic polyurethanes on the bacterial colonization and infection should be studied in vivo.
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