In vitro antifungal activity of cold atmospheric microwave plasma against Malassezia pachydermatis

Abstract

Plasma는 고온 상태에서 물질이 이온화 된 상태로서 고체, 액체 및 기체 다음인 제 4의 물질 상태로 알려져 있다. 그러나 저온 마이크로파 플라즈마 (Cold atmospheric microwave plasma; CAMP)는 40℃ 이하에서 plasma를 생성하여 의료 분야에서 세균, 곰팡이, 바이러스 등에 대한 살균을 주된 목적으로 사용되고 있다. Malassezia pachydermatis는 개의 알레르기성 피부염과 외이염을 악화시키고 말라세치아 피부염을 유발하는 주된 곰팡이균이다. 그러나 수의 분야에서 M. pachydermatis에 대한 CAMP의 항진균 작용에 대한 연구는 전무한 실정이다. 그렇기에 본 학위논문의 목적은 2020년 개의 귀에서 분리한 M. pachydermatis 균주에서의 CAMP에 대한 항진균 작용 및 클로르헥시딘과의 상승 작용을 연구함에 있다. 2020년 외이염이 있는 개의 피부 및 귀에서 분리된 M. pachydermatis 균주를 대상으로 하였으며 CAMP에 대한 항진균 작용은 집락 형성 단위 (Colony Forming Unit; CFU)를 이용하여 확인하였다. CAMP에 대한 클로르헥시딘과의 상승 작용은 이미 연구가 진행된 M. pachydermatis 균 배양액과 클로로헥시딘 용액의 혼합액에 CAMP를 적용하여 집락 형성 단위 (CFU)를 이용하여 확인하였다. 이 결과는 소동물 임상에서 2020년 개의 피부 및 귀에서 분리된 M. pachydermatis 균주에 대하여 CAMP가 대체로 뛰어난 항진균 작용을 나타내는 것으로 확인되었다. 먼저, plasma를 발생시키는 ignition 과정이 없이 CAMP를 적용하였던 음성대조군의 경우 항진균 작용이 없는 것으로 확인되었으며 ignition 과정은 CAMP의 M. pachydermatis 균주에 대한 항진균 작용에 필수적인 과정으로 확인되었다. 그리고 CAMP를 3분 이상 적용한 경우 CAMP의 M. pachydermatis 균주에 대한 항진균 작용이 통계적으로 유의하게 항진균 효과를 나타내는 것으로 확인되었다. 또한, CAMP를 3분 이상 적용하였을 때 플라즈마 출력 세기(W)가 클수록 CAMP의 M. pachydermatis 균주에 대한 항진균 작용이 통계적으로 유의하게 항진균 효과를 나타내는 것으로 확인되었으며 5분 적용 시에 M. pachydermatis 균주에 대한 생존율은 5% 전후로 확인되었다. M. pachydermatis 균주에 대한 CAMP의 항진균 작용이 확인함과 동시에 클로르헥시딘과의 상승 작용 또한 확인되었다. CAMP와 0.02%, 0.2% 클로르헥시딘을 각각 1, 2 분과 1분간 동시에 적용했을 경우, CAMP를 단독 적용했을 경우에 비해 M. pachydermatis 균주에 대한 생존율이 더 낮은 것으로 확인되었다. 이 결과는 소동물 임상에서 2020년 피부 및 귀에서 분리된 M. pachydermatis 균주에서의 CAMP에 대한 항진균 작용이 대체로 뛰어나다는 사실을 말해주고 있으며, 이미 항진균 효능이 입증된 국소제제와의 상승 효과 또한 있음을 말해주고 있다. 이는 말라세치아 피부염, 외이염, 알레르기성 피부염 등 피부 질환을 앓는 개에서 다수 검출되는 M. pachydermatis 균에 대한 새로운 치료 방안을 제시하고 국소제제와의 병용을 통한 상승 효과 또한 가능성이 있음을 시사하고 있다.

Malassezia pachydermatis is a commensal yeast that can cause skin disease like Malassezia dermatitis in veterinary medicine. Cold atmospheric microwave plasma (CAMP) has been used in disinfection in medicine over the past few years. Although M. pachydermatis is one of the most common isolated fungi for skin disease and otitis externa in dogs, there is no data available regarding the antifungal effect of cold atmospheric microwave plasma against M. pachydermatis. The objective of this study was to evaluate the antifungal efficacy of CAMP and the synergistic effect against M. pachydermatis combined with chlorhexidine gluconate. A M. pachydermatis isolate was collected from a canine patient at the Veterinary Medical Teaching Hospital of Seoul National University. Antifungal effect was determined by application of CAMP for a M. pachydermatis isolate that was incubated for 3 days at 37℃. After 1, 2, 3 and 5 minutes of application, efficacy of plasma treatment was determined by the number of colony forming units (CFU). A mixture consisting of inoculum and chlorhexidine gluconate was applied for evaluating synergistic effects with plasma treatment in the same way. The application of CAMP showed great antifungal effects against M. pachydermatis. The antifungal effect of CAMP was enhanced by an increased exposure time and output power. The application of CAMP with 0.02% and 0.2% CHX resulted in lower survival rates against M. pachydermatis when compared with its sole application at 1 or 2 minutes. The study demonstrated that CAMP may be a great new antifungal option for M. pachydermatis. Further clinical studies are required to assess in vivo efficacy for patients.