㈜나노카무
[더케이뷰티사이언스] 최근 세계적으로 환경 보호 및 생태계에 대한 안전성 요구가 계속해서 높아지고 있다. 화학계 항균기술은 소독효과는 강하지만 인체나 생물환경에 대한 유해요소 또한 높다. 인체에 적용이 가능한 소독약이나 항균제의 경우 반대로 내성균이 발생하지만 이에 대응하는 기술이 확립되어 있지 않은 상황이다. 금속계 항균제, 무기계 항균제의 경우 장기사용이나 폐기에 따른 금속 알레르기 및 축적독성, 중금속 오염의 문제가 우려되며 생각하지 못한 환경오염이나 생태계 교란 등 환경파괴도 큰 문제가 되고 있다.
1.1 의료·복지기기에 관한 안전·안심
항균제의 사용이 보편화 됨과 동시에 균은 복수의 약제에 대해서도 동등하게 내성을 갖게된다. 다제내성균으로 변모하여 감염증은 더욱 치료하기 어렵게 되었다. 약제내성균의 감염리스크는 병원내(원내감염)를 넘어서 일상생활에 있어서도 그 위험성이 높아지고 있다(시중감염). WHO는 이 시중감염에 대해서 국가 차원의 대책을 마련하도록 세계 각국에 경고 하고 있다.(2010년 8월 20일, 시중감염에 따른 사망자는 연간 8만 명 이상). 결국 약제내성균의 시중감염에 대한 고기능 항균기술·제품이 요구되고 있는 상황이다.
1.2 친환경
환경에 대한 영향이 적은 기술은 항균기술에 요구된다. 항균·항곰팡이 가공제품에는 화학계 약품·금속계 항균제를 이용하고 있으나 오랫동안 사용해 온 BHT, TEA, 트리클로산, 파라벤 등의 사용에 대해서 발암성이나 태아 독성과 관련된 환경의 보전성 관점에서 빈번하게 경고를 받아왔다. 즉, 보존제나 항균제의 장기간 사용 및 폐기에 따라 생물환경독성에 대한 문제가 실제 발생하고 있다. DDT나이타이이타이병의 사례에서 배울 수 있듯이 환경에 부담을 가하는 독성·살균제의 사용은 자연계의 파괴라는 문제점을 안고 있다.
1.3 종래기술의 문제점
종전기술의 큰 문제점은 5항목으로 요약된다. △환경부하가 높다(토양오염, 생태계 장해, 농작물·수산물의 영향 등) △약제내성이 생겨 감염증·강독성균의 증식(다제내성의 확산과 시중감염 등) △피부장해 등 생체에 영향이 높다(금속알레르기, 알코올 알레르기, 계면활성제 등) △in vivo 안전성이나 실시 검증 데이터가 부족해 사용농도에 관한 항균효과나 장기사용에 있어서 안전성이 불명(무기항균제)하다. 따라서 △원재료의 공급불안(희귀금속 등) 등이다.
새로운 항균기술
2.1 시아노아크릴레이트계 폴리머의 합성기술
외과용 접착제로서 임상사용 되고 있는 시아노아크릴계 폴리머는 n-π*전자를 갖는 시아노기와 전자흡인기로서 작용하는 카르복실기를 알파위치에 있는(그림 1) 당단백과 높은 친화성을 보이는 특징을 발견, 독자적인 나노폴리머 입자의 합성에 성공했다.(특허 제4963221호, 제5224313호, 제 5201763호, 제4696256(PCT/JP2008/056966), 제5618284호(PCT/JP2008/073272). 2.2 나노폴리머와 세균세포막과의 국소적 흡착 작용과 균의 자기융해 유도작용 본 특성을 당쇄 펩타이드·무레인 표층에서 이루어지는 세균에 적용하면 세균과 나노폴리머와의 특이한 결합에 의해 세균의 세포벽 기능에 새로운 변화를 주는 것이 가능하다. 나노폴리머 입자의 국소적 접합 에 따른 균의 형태변화는 항생물질을 함유한 나노캅셀에 따른 균의 형태변화와는 다른 것이다. 균은 폴리머와의 접합에 따라 세균벽 합성이 접합면에서 방해를 하여 그 세포벽 부분의 약체화가 발생하여 높은 내압에 견디지 못하고 스스로 파열 융해한다.
본 나노폴리머 입자의 항균작용은 항약제를 함유한 나노캅셀에서 보인 항생물질의 세포독성에 따라 균과 직접 싸우는 것이 아닌 균이 스스로 융해해 가는 자기융해 유도작용이다(S. Shirotake, J. Nanomed. Biother. Discovery, 4.1-7 (2014)). 따라서 본 나노폴리머 입자에 따라 균의 자기융해를 유도하는 작 용은 항균제 내성균에도 감수성균과 동등하게 균 증식을 저해하여(MRSA, VRE, 약제내성 결핵균 등에서 검증 완료) 균의 물리적 자기융해에 따라 사멸하므로 내성균이 발생하기 어렵고 본 기술은 세계적 으로 유래를 찾아볼 수 없다(그림 2). (나노입자와의 접합이 균의 자기융해를 유도한다; 동영상 http:// www.nanocame.jp) 2.3 안전성 검증 본 항균나노폴리머(시아노아크릴레이트폴리머)는 생분해성이므로 안전성이 높고 자연환경을 파괴하지 않는다. 내성이 없는 새로운 항균메커니즘과 높은 안전성, 이 점이 본 제품의 주요 콘셉트이다. 즉, 살균소독을 목적으로 한다면 기존의 차아염소산나트륨이나 소독용 알코올이 저렴하고 강한 살균효과를 보이지만 생체안전성과 소독효과의 유지성은 부족하다. 새로운 항균기술에는 높은 안전성과 더불어 항균지속성의 상반된 문제 해결이 요구되고 있다. 본 항균나노폴리머는 모노머의 측쇄구조가 직쇄의 n-부칠기이며 대사계로 포름알데히드를 생성하지 않는다. 이 안전성은 외과용 접착제(의약품)로서 30여년의 사용실적으로 생분해성과 안전한 실증을 갖고 있다.
(1)사람·동물에 대한 안전성
안전성의 평가에는 in vitro와 in vivo 시험이 빠질 수 없다. In vitro 시험의 최기성 시험은 발암성과 밀접히 관계하여 대장균법과 살모넬라균을 이용한 시험이며 본 항균나노입자는 두 시험 모두 음성이었다. 세포독성시험에서는 인체적용의 저수준 소독약으로서 광범위하게 사용되고 있는 ‘염화벤잘코늄’액과 항균나노입자·콜로이드와 비교했다. 벤잘코늄 염화물액은 유종배양세포(V79)에 대해 세포독성 작용을 보였지만 한편으로는 나노콜로이드에서는 저해효과를 확인하지 못했다(그림3). 항균나노입자의 in vitro 안전성이 확보되고 다음으로 in vivo 안전성시험을 실시(표 1), 흡입독성을 포함, 모든 시험에 대해 음성을 보였다.
(2)토양중에 있어서 생분해성 평가
본 항균 나노폴리머(시아노아크릴레이트폴리머)는 생분해성이며 축적되지 않아 자연환경을 파괴하지않는다. 이 점을 정량적으로 확인하기 위해 토양 세균 수의 경일변화 시험을 시행했다. 무소독 농작물 밭 토양에 대해 항균 나노입자콜로이드 수용액을 1주간 1회, 8주간 합계 8회 물을 채워 살포했다. 항균 나노폴리머의 최종 살포로부터 1주일 후까지는 토양의 세균 수가 늘어나지 않고 항균효과가 나타났다. 최종살포로부터 2개월 후에는 세균무리가 복귀했다. 따라서 항균 나노폴리머는 생태뿐 아니라 자연계에 부하가 극히 적은 것으로 확인됐다.
항균·항진균·항바이러스 효과
항균나노입자의 감염증에 대한 항균력은 폴리머에 포함된 아미노산의 종류를 바꾸는 것으로 항균 스펙트럼의 가변이 가능하다. 황색포도상구균, 다제내성·메치실린내성 황색포도상구균, 장구균, 다제내성·반코마이신 내성장구균, 폐렴구균, 화농연쇄구균, 스토렙토코카스, 펩토스토렙토코카스, 지후테리아균, 프로피오니바크테리움·아크네스균, 대장균, 녹농균 등 항균제가 잘 듣지 않는 결핵균, 비결핵성 항산균에 대해서 충분한 항균효과를 얻을 수 있다.
알코올 소독제와 비교해도 매우 저농도로 항균효과의 기대가 가능하며 안전성이 높은 레벨의 항균처방을 얻을 수 있다. 또한 민감 피부로 알코올을 사용할 수 없는 사람에 대해서도 항균력을 보증할 수 있다(알코올 과민증 피험자가 자기 책임을 전제로 시험). 또한 항균제와는 달리 신규 내성균을 생성하지 않는다. 농산물용 항균약제와 비교해도 낮은 농도에서의 효과가 검증되고 있다(표2).
배합 아미노산에 따른 항균효과의 상이함이 검증 가능하며 실용 살포농도를 적게 하는 처방내용의 연구개발에 대한 여지도 있다. 항균 나노입자의 항진균 효과는 진균의 종류나 식균 농도에 따라 다르다. Saccharomyces verevisiae에서는 항균 나노폴리머에 따라 생육저해는 특별히 보이지 않았지만 모델분열효모 Schizosaccharomycespombe에서는 생육저해가 보였다(그림 4).
특히 본 항균 나노폴리머는 Cryptococcusneoformans에 대해 항진균 효과를 보였다. Cryptococcusneoformans는 크리프토코크스증의 원인 진균으로 사람의 폐, 뇌, 골수막 등을 침입하여 특히 에이즈 환자의 직접 사망원인으로 세계적으로도 매우 중대한 위협이 되고 있으므로 추후 기대가 되는 부분이다. 바이러스에 대한 불활성화 효과에 대해서는 현재 계속 연구가 이루어지고 있으며 자세한 사항은 밝혀지지 않았으나 바이러스에 대한 억제제로서 효과가 있을 가능성이 높은 것으로 기록되고 있다.
생활항균에 대한 기술의 실용성
일상 생활 중에 병원균을 소독제 등으로 감소시켰다고 해도 그 이후 손가락 접촉이나 공기 감염 등에 따라 다시 병원균이 부착되어 증식한다. 따라서 항균효과의 지속성이 문제가 되고 있다. 특히 실용적인 측면을 가정한 조건에서의 항균성능은 항균제의 양(농도)에 의존한다고 생각할 수 있으므로 실용을 가정한 조건에서의 양적인 관계파악도 필요하다. 항균 나노입자콜로이드 수용액 각종 농도 또는 알코올 함침 물티슈로 손바닥을 닦아낸 후 일반 생활중의 균(콜로니) 수의 변화를 경시 측정했다(표3). 알코올로 닦아낸 후 균수는 0이었으나 효과가 지속되지 않는다. 이에 반해 본 항균나노폴리머에 따른 소독 효과는 0.01% 이상의 농도로 일상생활에 있어서도 6시간 정도 지속가능하다. 이 일상생활하의 항균지속성이 소독용 알코올에 대한 결정적인 우위성이다.
정리
‘시아노아크릴레이트계 폴리머’ 합성기술은 신개념의 항균메커니즘으로 친환경, 내성균이 없으며 생분해성을 갖는 나노폴리머이다. 이미 의약용으로 사용되는 시아노아크릴레이트를 기반으로 하여 합성한 나노폴리머로 인체에 대한 안전성이 확보되었다. 항균메커니즘이 기존 항균폴리머와는 완전히 달라 극소량으로 다양한 세균·진균류에 효과가 있으며 소위 슈퍼박테리아라고 불리우는 내성균에도
소량으로 효과가 있음이 증명됐다. 일부 효과를 발휘하지 않는 균에 대해서는 폴리머 내의 아미노산을 변경함으로써 해결하거나 그 균에 효과가 있는 다른 폴리머와의 병용을 통해 첨가량을 큰 폭으로 줄일 수 있다. 이러한 내용을 바탕으로 화장품을 포함한 다양한 분야에 적용이 기대된다.