항균제 내성을 퇴치하는 금속

Nature Reviews Chemistry 7권, 202~224페이지(2023)이 기사 인용

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대부분의 유기체와 마찬가지로 박테리아는 금속과 애증 관계를 가지고 있습니다. 특정 금속은 생존에 필수적이지만 특정 형태와 농도에서는 독성이 있을 수 있습니다. 금속 이온은 항균 활성의 오랜 역사를 갖고 있으며, 최근 몇 년간 항균 저항성의 증가로 인해 점점 더 주목을 받고 있습니다. 항균제에 대한 검색에는 이제 금속 이온, 나노입자 및 항균 활성을 갖는 금속 복합체('금속항생제')가 포함됩니다. 아직 임상에 진출하지는 못했지만, 금속항생제는 절실히 필요한 새로운 종류의 항생제로 이어질 수 있는 방대하고 아직 탐구되지 않은 화합물 그룹입니다. 이 리뷰는 금속항생제 개발의 발전, 특히 작용 메커니즘이 조사된 발전에 초점을 맞춰 성장하는 분야의 최근 발전을 요약합니다. 우리는 또한 항균 광역학 치료 및 박테리아 감염의 방사성 핵종 진단을 포함하여 박테리아 감염을 퇴치하기 위한 금속 복합체의 대체 용도에 대한 개요를 제공합니다.

항생제 내성(AMR)은 향후 수십 년 동안 세계 사망의 주요 원인이 될 것으로 예상됩니다. 2019년에는 AMR과 관련하여 약 495만 명이 사망했으며, 그 중 130만 명이 내성 감염에 직접적으로 기인했습니다1. 이 수치는 2050년까지 전 세계적으로 연간 1,000만 명에 이를 것으로 예상됩니다2. 이는 부분적으로 지난 2년 동안 코로나19 환자에게 광범위한 항생제 과잉 처방으로 인해 발생합니다3. 이러한 긴급성에도 불구하고 기존의 유기 의약 화학은 고갈된 항균 파이프라인을 보충하지 못했습니다. 2022년 분석에 따르면 2021년 6월 현재 임상 개발에 사용되는 '전통적인' 항생제는 45개에 불과했습니다4. 따라서 차세대 항생제를 개발하기 위한 새로운 접근법이 시급히 필요합니다.

무기 화합물, 유기금속 화합물 및/또는 금속 착체는 20세기 의학에서 작지만 중요한 역할을 해왔습니다. 항암제 시스플라틴의 발견과 규제 승인은 의약 무기 화학의 현대 시대를 예고했습니다. 그 이후로 많은 금속 함유 화합물이 질병 치료를 위해 연구되어 왔으며 여러 차례 인간 임상 시험에 들어갔습니다5. 그러나 지난 10년 동안 AMR의 급속한 증가에 대응하여 금속 및 금속항생제는 잠재적인 항균제로 최근에야 상당한 주목을 받았습니다.

이 검토에서는 항균제로서 금속 및 금속항생제의 현재 상태를 다루고 있습니다. 우리는 항균 활동을 위해 박테리아의 금속 이온 경로를 탈취하는 전략과 함께 박테리아에서 금속 이온의 역할과 박테리아 병원체를 직접 죽이는 일부 금속 이온의 잠재력에 대해 논의합니다. 우리는 항균 금속 복합체에 초점을 맞추고 작용 메커니즘이 (적어도 부분적으로) 밝혀진 사례를 제시합니다. 이 리뷰에는 금속항생제를 사용하여 가능한 대체 작용 메커니즘의 예로서 박테리아에 대한 광활성화 금속 화합물의 적용에 대한 간략한 개요가 포함되어 있습니다. 우리는 영상을 통한 암 검출과 유사한 방식으로 박테리아 감염의 위치를 ​​시각화함으로써 박테리아 감염 진단을 개선하기 위해 방사성 금속 동위원소 복합체의 사용에 대해 논의함으로써 결론을 내립니다.

이 리뷰에는 모든 금속항생제의 포괄적인 목록이 포함되어 있지 않습니다. 관심 있는 독자는 이 주제에 관해 출판된 우수한 리뷰를 참조하시기 바랍니다6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16. Regiel-Futyra 등17은 최근 박테리아에 대한 생물무기 전략을 검토했습니다. 금속 이온의 분자 및 세포 표적에 대한 포괄적인 연구는 Lemire et al.18에 의해 2013년에 발표되었습니다. 항생제 또는 기타 생물학적 활성 화합물과 함께 금속 복합체를 보조제 또는 강화제로 사용하는 것은 또 다른 비옥한 연구 분야입니다. 그러나 이 검토의 범위를 벗어납니다. 나노입자를 항균제로 사용하는 것에 관한 중요한 연구가 발표되었으며 다른 곳에서도 검토되었습니다19,20. 마지막으로 금속 기반 항진균 화합물에 대해서는 Lin et al.21의 최근 리뷰를 참조합니다.