[論文レビュー] Studies of protein adsorption on implant materials in relation to biofilm formation I. Activity of Pseudomonas aeruginosa on Polypropylene and High density Polyethylene in presence of serum albumin

Sarmita Sinha, Susmita Chatterjee+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 19, 2014

3D Printing in Biomedical Research参考文献 3被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、牛血清アルブミン（BSA）がポリプロピレン（PP）および高密度ポリエチレン（HDPE）に吸着する過程が、*Pseudomonas aeruginosa* のバイオフィルム形成に与える影響を調査した。時間および濃度に応じてBSAの吸着量が増加することで、バイオフィルムマトリックスの生産が促進され、エクストラセルラー多糖類（EPS）の組成が吸着したタンパク質量に直接依存することが示された。これは、初期のタンパク質層形成とその後の細菌定着の間の重要な関連性を明らかにしている。

ABSTRACT

The surface of biomaterials used as implants are highly susceptible to bacterial colonization and subsequent infection. The amount of protein adsorption on biomaterials, among other factors, can affect the nature and quality of biofilms formed on them. The variation in the adsorption time of the protein on the biomaterial surface produces a phenotypic change in the bacteria by alteration of the production of EPS (exoplysaccharide) matrix. Knowledge of the effects of protein adsorption on implant infection will be very useful in understanding the chemistry of the biomaterial surfaces, which can deter the formation of biofilms. It is observed that the adsorption of BSA on the biomaterial surfaces increases with time and concentration, irrespective of their type and the nature of the EPS matrix of the bacterial biofilm is dependent on the amount of protein adsorbed on the biomaterial surface. The adsorption of protein (BSA) on the biomaterials, polypropylene (PP) and high density polyethylene (HDPE) has been studied and the formation of the biofilms of Pseudomonas aeruginosa on them has been examined.

研究の動機と目的

• インプラント材料におけるタンパク質吸着が細菌バイオフィルム形成に与える影響を理解すること。
• 血清アルブミン（BSA）がポリプロピレン（PP）および高密度ポリエチレン（HDPE）上での*Pseudomonas aeruginosa*の表現型行動をどのように調節するかを調査すること。
• BSAの吸着時間および濃度がバイオフィルム内のエクストラセルラー多糖類（EPS）マトリックスの構造および組成に与える影響を特定すること。
• タンパク質層形成とその後のバイオフィルム発達との間の定量的関係を確立すること。

提案手法

• 異なる濃度および時間間隔で、牛血清アルブミン（BSA）がポリプロピレン（PP）および高密度ポリエチレン（HDPE）表面に吸着する量を測定した。
• BSA被膜が付与されたPPおよびHDPE表面における*Pseudomonas aeruginosa*のバイオフィルム形成を、制御された条件下で評価した。
• バイオフィルムに含まれるエクストラセルラー多糖類（EPS）マトリックスの組成を、吸着したBSA量と関連付けて分析した。
• 表面に吸着したタンパク質の定量は、実験的文脈から暗黙の下で標準的な分光法または色度的分析法を用いて行った。
• 細菌表現型の変化に対するBSA層の厚さまたは密度の影響を、バイオフィルムの形態的および生化学的分析を通じて評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 BSAの吸着濃度および継続時間は、PPおよびHDPE表面におけるタンパク質層形成にどのように影響するか？
• RQ2 吸着したBSAの量は、*Pseudomonas aeruginosa*バイオフィルムにおけるエクストラセルラー多糖類（EPS）マトリックスの生産および組成にどのように影響するか？
• RQ3 BSA被膜が付与されたバイオマテリアル表面の物理的・化学的性質と、その後の細菌定着との関係は何か？
• RQ4 バイオマテリアルの種別（PP対HDPE）が、事前に吸着したBSAに対する*Pseudomonas aeruginosa*の反応を変化させるか？

主な発見

• PPおよびHDPE両表面におけるBSAの吸着は、時間および濃度に応じて増加し、濃度および時間依存的な吸着プロセスであることが示された。
• 吸着したBSAの量が、*Pseudomonas aeruginosa*バイオフィルム内のエクストラセルラー多糖類（EPS）マトリックスの構造および組成に直接的な影響を与えた。
• バイオマテリアル表面のBSA層の変動に起因して、EPS生産の変化を含む*Pseudomonas aeruginosa*の表現型変化が観察された。
• バイオフィルム内でのEPSマトリックスの性質は、吸着したタンパク質量に依存することが判明し、タンパク質層形成とバイオフィルム発達との因果関係が示唆された。
• 同じ条件下でPPとHDPE間でのBSAの吸着行動に顕著な差異は報告されておらず、両材料におけるタンパク質-表面相互作用が類似していることが示された。