Streptococcus mutans에 대한 Curcuma xanthorrhiza 추출물의 광역학 효과

Abstract

Streptococcus mutans 는 구강내 치태가 성장하는 과정에서 불용성 글루칸을 합성하여 다양한 구강내 세균이 부착할 수 있는 구조를 형성하고, 유기산을 분비하여 치아의 탈회를 야기한다. 따라서 S. mutans 를 비롯한 구강내 다양한 세균을 효과적으로 관리해야 치아우식증을 예방할 수 있다. 자연에 존재하는 다양한 식물은 다양한 생리작용을 하는 성분이 포함되어 있으며 세균의 침투를 막는 항균성분도 포함하고 있다. 강황과 식물인 Curcuma 에는 항염증, 항산화, 항균 등을 나타내는 curcumin, xanthorrhizol 등의 성분이 있으며 이미 구강내 세균에 대한 항균력이 있다는 사실이 보고되었다. 한편 최근 치의학 분야에서는 광민감제와 광조사를 통한 항균, 항염, 항암 치료에 활용하는 다양한 시도가 이루어지고 있다. Curcumin 은 자체로도 강력한 항균력을 나타내지만, 광조사를 할 경우 세균의 최소억제농도가 낮아지는 효과가 있지만 xanthorrhiza 추출물이 광민감제로 작용하는지에 대한 연구는 없는 실정이다. 이에 본 연구에서는 천연물 유래 물질인 xanthorrhiza 추출물과 curcumin 을 이용하여 광조사에 따른 광역학 반응에 의해 S. mutans을 효과적으로 억제할 있는지 평가하고 광조사 시간에 따른 항균력의 차이를 조사하였다. 본 연구에서는 S. mutans ATCC 25175 균주를 한국생명공학연구원 생물자원센터로부터 분양 받아 사용하였다. 광민감제로는 curcumin 과 xanthorrhiza 추출물 분말을 1 mg/ml 농도로 dimethyl sulfoxide 용매에 녹여 원액을 준비하였고, 실험에는 원액을 희석하여 10, 100, 1000, 10000 ng/ml 농도로 준비하여 사용하였다. 광조사는 405 nm LED 가 내장된 Qraycam 장비를 이용하였고 이때, 광밀도는 28.8 mW/cm2 였다. 광조사 시간에 따른 차이를 확인하기 위해 1, 5, 10, 30, 60, 120, 180, 240, 300 초간 광조사 후 광역학 반응이 일어난 용액을 brain heart infusion 고체배지에 도말하여 37℃, 10% CO2 배양기에서 24시간 배양 후 생균을 평가하였다. 광조사 유무에 따른 군간 생균수의 차이는 독립표본 T-검정을 하였고, 광민감제 농도에 따른 생균수를 비교하기 위해 일원분산분석을 통계분석프로그램인 SPSS 23.0을 사용하였다. 생균수를 평가한 결과 xanthorrhiza 추출물은 405 nm 광원 하에서 광역학 반응을 유도하여 100 ng/ml 이상의 농도에서 S. mutans 의 성장을 억제하였다. Curcumin 은 보다 저농도인 10 ng/ml 에서 성장을 억제하였지만, 물에 대한 용해도가 낮아 10000 ng/ml 에서는 오히려 효과가 감소되었다. Xanthorrhiza 추출물과 curcumin 을 혼합한 경우 1000 ng/ml 농도에서는 S. mutans 를 모두 사멸시켰지만, 10000 ng/ml 에서는 curcumin 의 낮은 용해도에 의해 효과가 감소하였다. 또한 본 연구에서 1000 ng/ml 농도의 광민감제를 사용한 경우 curcumin 단독 및 xanthorrhiza-curcumin 혼합물은 30초 광조사만으로 S. mutans 의 성장을 완전히 억제였고, xanthorrhiza 추출물의 경우 60초 이상의 광조사에서 세균의 성장을 완전히 억제하였다. 결론적으로 xanthorrhiza 추출물은 405 nm 광원과 함께 적용할 경우 물질을 단독으로 사용할 경우보다 S. mutans에 대한 최소억제농도가 더욱 낮아지며 curcumin과 혼용하여 보다 강력한 항균력을 나타낼 수 있어 향후 임상적으로도 활용이 가능할 것으로 사료된다.

Streptococcus mutans synthesize insoluble glucan in the process of growing oral biofilm, forming a structure that can be adhered to various oral bacteria, and causing the demineralization of teeth by releasing organic acid. Therefore, effective management of various bacteria in the mouth, including S. mutans, can prevent dental caries. The various plants that exist in nature contain various physiological components and also contain antimicrobial ingredients to prevent bacterial infiltration. Curcuma, a plant of turmeric, has anti-inflammatory, antioxidant and antibacterial properties. It has already been reported that curcumin, xanthorrhizol which are in curcuma root has antibacterial activity against bacteria in oral cavity. In recent years, various attempts have been made in the fields of dentistry to utilize antibacterial, anti-inflammatory and anti-cancer therapies through photosensitizers and light irradiation. Although curcumin can be used as a photosensitizer to control the bacteria with light irradiation, there is no study on whether xanthorrhiza extract acts as a photosensitizer. The aim of this study were to investigated whether xanthorrhiza extract and curcumin, which are derived from natural materials, effectively inhibit S. mutans by photodynamic response to light irradiation and investigated the difference in antimicrobial activity according to irradiation time. In this study, S. mutans ATCC 25175 strains was purchased from Korea Biotechnology Research Institute. As a photosensitizer, curcumin and xanthorrhiza extract powder were dissolved in dimethyl sulfoxide at a concentration of 1 mg/ml to prepare a stock solution. Dilutions of the stock solution were prepared at concentrations of 10, 100, 1000, and 10000 ng/ml. The light irradiation was performed using a Qraycam apparatus equipped with a 405 nm LED, and the optical density was 28.8 mW/cm2. To compare the influence of irradiation time, 1, 5, 10, 30, 60, 120, 180, 240, 300 sec irradiation was applied. Survival was determined after irradiation of light for photodynamic reaction, by applied working solution into brain heart infusion solid medium...