バイオアクティブテキスタイルがヒトの皮膚微生物叢に与える影響
ヨーロッパ薬剤学・生物薬剤学雑誌（European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics
第188巻、2023年7月、66-77ページ
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バイオアクティブテキスタイルがヒトの皮膚微生物叢に与える影響
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https://doi.org/10.1016/j.ejpb.2023.05.004Get 権利と内容
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バイオアクティブテキスタイルは、健康で安全なライフスタイルのために多くのメリットを提供することができます。
抗菌作用を持つバイオアクティブテキスタイルの需要が高まっている。
抗菌性テキスタイルは、着用者の皮膚微生物相に影響を与えることができる。
抗菌性テキスタイルが人間の皮膚に与える影響については、集中的な調査が必要である。
抗菌性テキスタイルは、その影響により、さまざまな用途に使用される可能性がある。
概要
健康で安全なライフスタイルのために、特定の効果を持つテキスタイルの開発に対する市場の高い要求をサポートするために、抗菌、抗酸化、抗炎症、防臭、紫外線防止などの特性を持ついくつかの生物活性テキスタイルが提案されている。特に抗菌テキスタイルは、健康や福祉にも影響を与えるスマートで保護的なテキスタイルの探求を考慮し、特に注目されています。繊維素材に抗菌剤を配合することはよく知られていますが、繊維衣料に抗菌剤を配合することは、着用者の皮膚微生物叢のバランスに影響を与える可能性があります。抗菌繊維の多くは、細菌、真菌、ウイルスに対して良好な生体適合性と抗菌性能を示しているが、繊維の生分解、臭気、不要な微生物の拡散などの問題が生じる可能性もある。しかし、このような抗菌性繊維製品がヒトの皮膚微生物相に与える影響についてはほとんど知られていない。この問題に対処するため、本総説では、初めて、抗菌性繊維製品（抗菌性、抗真菌性、抗ウイルス性）が皮膚微生物叢に及ぼす主な影響について概観し、皮膚微生物叢への影響に応じた臨床的関連性や応用可能性を明らかにするための今後の研究を後押しする。この知見は、病原性微生物の増殖や拡散を防ぐことで、皮膚疾患や悪臭、アレルギーを緩和することを目的とした、皮膚微生物群の特定の集団を標的とした、より微生物群に優しい繊維や抗菌繊維製品の開発への扉を開くことになるかもしれません。
図解抄録
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はじめに
皮膚は、何百万もの常在微生物、いわゆる皮膚マイクロバイオータを収容しながら、人体と環境との主要なインターフェースである[1]。健康な皮膚は、皮膚マイクロバイオータの常在メンバー、特に細菌、真菌、ウイルスが、密度、組成、機能を変えながら入り組んだネットワークでバランスを取っていることに依存している [2]。しかし、このようなバランスが崩れると、皮膚微生物に異変が生じ、多くの場合、空間と栄養素を奪い合う病原体によって常在微生物が敗北し、多くの皮膚病が発生することになる[3]。
皮膚微生物叢は、その多様性、サイズ、組成を考慮すると、内在的または個人的な要因、すなわち年齢、性別、身体部位、健康状態、遺伝学、衛生習慣、化粧品や薬の使用によって変化する可能性があります [2], [4]. 通常、ほとんどの一過性の微生物によるコロニー形成に対して抵抗性があり、感染に対するバリアとして機能しますが、温度、湿度、紫外線（UV）、気候、地理的な位置など、いくつかの外因的要因によって影響を受けたり変調したりすることもあります［4］。前述の要因に加えて、繊維素材もまた、皮膚に存在する微生物に顕著な影響を与えることが認識されています [5], [6]。
実際、繊維素材、特に衣服と皮膚との密接な接触は、人の皮膚から繊維素材に移る微生物、またはその逆の微生物が付着するための理想的な基盤を提供します [5]。繊維製品に付着した微生物の増殖は、その生物学的劣化、強度や伸縮性の低下、変色、不快な臭いの原因となります [7], [8]。一方、衣料用テキスタイルは、ヒトの間で交差感染、疾病の移転、アレルギー反応、悪臭を引き起こす可能性の高い微生物を拡散することがあります[4], [9]。このような繊維製品上の微生物の増殖による問題を克服するために、抗菌特性を有する新しい生物活性分子の探索は、繊維産業にとって最重要課題となっている。
今日まで、生産的で健康的なライフスタイルを求める声が高まり、消費者の「幸福」を促進する機能を持つ繊維や衣料品に特定の市場が形成されてきました。この意味で、生物活性テキスタイル、特に抗菌テキスタイルは、例えば、微生物汚染が起こりやすく、衣類や寝具を介した病原体の伝播が大きな懸念事項である病院や医療機関において、本当に必要なものです[9], [10]。そのため、病院環境における繊維製品による微生物の増殖とその拡散の可能性を最小限に抑えるために、抗菌、抗真菌、抗ウイルス作用を有する様々な抗菌繊維製品が開発されています[11], [12], [13]. また、皮膚微生物の異常によって引き起こされる皮膚疾患に対する皮膚治療戦略として、抗菌性繊維を使用することも求められています。この場合、主なターゲットは、抗菌性繊維の使用を通じて、特定の皮膚疾患の症状を改善するために、皮膚微生物叢の特定のメンバーを調整することです[14], [15]。この時点で、抗菌繊維は、微生物叢の皮膚調節不全の多くのケースで「補完的な治療」として機能し、内服薬の摂取や抗菌剤耐性を減少させることができます。
過去10年間、いくつかの抗菌性テキスタイルの開発のために集中的な調査が支持されているにもかかわらず、そのほとんどは、テキスタイル上での微生物の増殖を最小限に抑えるための主な戦略として、抗菌活性に焦点を当てている [11], [13]. 微生物のコロニー形成を避けること、およびそこから生じる問題、すなわち繊維の生分解、臭気、および微生物の拡散について多くの考慮がなされている一方で、このような抗菌繊維材料が人間の皮膚微生物相に与える影響については、ほとんど調査されていないのが現状である。
このような限界を克服するために、以下の総説では、繊維衣料とヒトの皮膚微生物叢との本質的な関係に取り組むとともに、抗菌性繊維素材、特に抗菌性、抗真菌性、抗ウイルス性が皮膚微生物叢に及ぼす影響に焦点を当てます。また、この総説は、抗菌性繊維製品が皮膚微生物叢に与える影響に応じて、生物医学的用途や個人的用途を含む特定の用途を見出す可能性を与えるために、この分野で集中的に調査することの重要性を強調している。この知見は、微生物に優しい繊維製品、あるいは皮膚微生物群の特定の集団をターゲットにした抗菌繊維製品の開発への扉を開き、皮膚疾患の緩和を目指すとともに、微生物の増殖、拡散、悪臭、アレルギーを回避することができるかもしれません。人間の皮膚と微生物叢
人間の皮膚の主な機能は、体温を維持し、感染症や有害物質から体を保護することです。そのため、皮膚は物理的、化学的、免疫的、放射線およびフリーラジカルバリアとして機能する[16]。構造的には、i）表皮と真皮という2つの異なる層、ii）汗腺、iii）皮脂腺で構成されています（図1）。表皮は主にケラチノサイト（約80%）で構成され、その構造は皮膚バリアを支え、強固なものにしています[1]。また、皮膚上の微生物を維持し、自然免疫系の調節を通じて病原体に対抗するのに役立っています[17]。真皮には、結合組織、神経、血管構造、および毛包、汗腺、皮脂腺を含む様々な皮膚付属物が存在する。免疫細胞、すなわちマクロファージや樹状細胞も存在し、皮膚内で自然免疫反応を起こすのに役立っている[17]。汗腺は、水分の蒸発と皮膚の酸性化を通じて、体温調節を行う役割を担っています。さらに、汗腺には抗菌分子、すなわち微生物の定着を阻害する遊離脂肪酸や抗菌ペプチドも含まれています。皮脂腺は、脂質の多い皮脂を分泌し、皮膚の乾燥を防ぎ、常在菌に栄養を供給します[1]。皮膚の厚さ、ひだ、毛包や毛乳頭の分布・密度から、pH、水分、皮脂量、温度、地形など、さまざまなタイプの皮膚微小環境の特徴を把握することができます [8], [18]. これらの皮膚微小環境は、次に細分化される：
i)
乾燥肌：このタイプの皮膚は、通常、前腕、手、臀部、脚に存在し、水分がない。
ii)
湿潤：このゾーンの水分が増えるのは、汗の分泌によるものです。このタイプの皮膚は、すなわち腋窩、立方窩、へそ、鼠径部、膝窩、足底に存在する。
iii)
脂性：皮脂を分泌する皮脂腺の数が多いため、脂性になりやすい部位です。額、耳介のシワ、後耳介のシワ、背中などにオイリー肌が見られます。
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図1. ヒトの皮膚：皮膚微小環境ごとの組成と微生物叢の分布。この画像は、乾燥肌、湿潤肌、脂性肌といった皮膚の微小環境に応じて、皮膚の構造、組成、微生物叢の主なメンバーを強調している。
これらの解剖学的領域の環境は、皮膚のpH、温度、水分に影響を与える皮膚腺の量と活動によって大きく左右される。この意味で、異なる皮膚領域は微生物の分布に影響を与え、潜在的な病原性微生物のコロニー形成や、すでに存在する日和見微生物の過剰増殖に対する重要なバリアを提供する[19]。さらに、皮膚の種類ごとの微生物相の特徴は、一般的な皮膚疾患の病因を解明する上で非常に貴重であり、さまざまな皮膚疾患に対するいくつかの治療法の開発にも役立っている [20], [21], [22].
ヒトの皮膚マイクロバイオータは、皮膚に生息する微生物のコミュニティと、それに関連する微生物の構造要素、すなわちタンパク質、脂質、多糖類、核酸によって構成されています [2], [17]. 全体として、皮膚マイクロバイオータは、細菌、真菌、ウイルス、古細菌のメンバーを含む1cm2あたり100から107の細菌細胞を含んでいます[18]。皮膚マイクロバイオータは、内在的要因（皮膚ゾーン、および性別、年齢、ライフスタイル、遺伝、衛生習慣、化粧品の使用、投薬、健康状態などの個人差）と外因的要因（地理的位置、気候、季節）によって直接的および間接的に影響を受けることがあります[1], [20], [23], [24]. しかし、健康な個人をコロニー化する微生物の多様性は類似しているようです [3], [25]。
健康な成人では、細菌性微生物叢またはバクテリオームは、主に4つの系統（90％以上）で構成されています： 放線菌（36-51％）、ファーミキューテス（24-34％）、プロテオバクテリア（11-16％）、バクテロイデーテス（6-9％） [1], [26]. 一般に、より代表的な種は、Staphylococcus epidermidis、Cutibacterium (formerly Propionibacterium) acnes、Corynebacterium spp.、Micrococcus spp.、Streptococcus spp.、および Actinobacter spp.です [17]、 [24]、 [27]. 皮膚の乾燥した部位では、先に述べた4つのフィラに沿って分布する、より不均一な細菌群が見られる [25], [28]。湿潤部では、Staphylococcus属とCorynebacterium属に代表されるFirmicutes属とActinobacteria属の細菌が優勢である [1], [17], [20]．このことは、これらの細菌が湿度の高い場所を好むことを示唆している（図1）。また、皮脂腺が密集し、活発な油性の部位では、アクチノバクテリアのメンバー、すなわち親油性のCorynebacterium種とCutibacterium種がほとんどを占めている [1], [20]。皮脂腺は比較的無酸素状態であり、通性嫌気性菌であるCutibacterium acnesの生育をサポートし、トリグリセリドを加水分解して遊離脂肪酸を皮膚に放出する。これらの遊離脂肪酸はまた、皮膚表面の酸性pH（約5）に寄与し、多くの病原性微生物にとって好ましくない増殖条件を作り出すのに役立っています[25]。一方、皮膚表面に見られるこの低いpHは、Staphylococcus spp.やCorynebacterium spp.などの常在菌の成長を促し、これらの細菌は通常、病原性微生物の成長を防ぐのに役立ちます [18], [29].
バクテリオームと比較して、真菌微生物叢として知られるマイコバイオームは、ヒトの皮膚に比較的少ない割合で存在する[30]。例えば、マラセチアの種は、乾燥した場所（約83％）、湿った場所（約80％）、油性の場所（約99％）で優勢である [3], [24]. Cryptococcus、Rhodotorula、Aspergillus、Candida、Epicoccumの種も存在するが、密度は低い [2], [22], [24]。コアボディと腕の部位ではマラセチア属が優勢ですが、足の部位ではマラセチア属（50～80％）、アスペルギルス属、クリプトコッカス属、Rhodotorula属、Epicoccum属を含む高い真菌の多様性が見られます [21], [22].
一方、ビロームは、宿主の内在性レトロウイルス、宿主細胞に感染するウイルス（持続的または時折）、マイクロバイオームの他の構成要素に感染するウイルスの両方を含むため、検出および特性評価があまり行われていない [30], [31] 。ヒトの皮膚で発見された真核生物DNAウイルスは、部位特異的というよりも個人に固有のものですが、その他のDNAウイルス、より具体的には、皮膚病変に関連するヒトパピローマウイルス、メルケル細胞ポリオーマウイルス、軟属腫ウイルスが、ショットガン・メタゲノムシーケンスを用いて被験者の約半分で検出されました [32]. バクテリオファージ、すなわちCutibacteriumとStaphylococcusの種に関連するものを除けば、個人間で保存されているDNAビロームの中核は見つかっていない[1]。
異なる皮膚微小環境間には微生物の不均一性があるが、そのような部位におけるその組成は、健康なヒトでは非常に一貫している[3]。それにもかかわらず、尋常性ざ瘡、乾癬、アトピー性皮膚炎（AD）などの多くの皮膚科疾患では皮膚微生物叢の組成に変化が見られ、特定のメンバーの増殖が報告されている[2], [3]. 例えば、アンプリコンシーケンスや全ゲノムシーケンス（ショットガンメタゲノムシーケンス）など、微生物の特徴や同定を行うハイスループット分子法の開発により、健康なヒトと皮膚疾患の場合の両方で、皮膚の微生物相に関する前例のない知見が得られた [28]. 現在、化粧品や繊維産業が台頭しているため、そのような製品がヒトの皮膚微小環境、ひいては微生物相にどのような影響を与えるかを探る必要性が生じています。衣料用テキスタイルと皮膚微生物： 本質的な関係
衣料用繊維製品の大きな表面積、人の皮膚との長時間の接触、摩擦、湿度は、人の皮膚から繊維製品へ、繊維製品から皮膚への微生物の移動を促進する [8], [33]. 衣服の繊維に微生物が定着し、活動することは、繊維の生分解、変色、強度や伸縮性の低下、不快な臭い、バイオフィルムの形成など、物理化学的特性の変化を含むいくつかの理由によって集中的に研究されている [7], [8].
着用者と衣服の相互作用は、皮膚微生物が繊維表面に付着してコロニーを形成する機会となり、特定の菌株の増殖や繊維の損傷につながる可能性があります [8], [34]．この過程で、汗や皮脂、微生物からの代謝物が衣類に吸収されることで、非病原性株や病原性株を含むいくつかの微生物の増殖につながることもあります[33]。その結果、繊維製品、特に衣服は、ヒトに交差感染、疾患の移転、アレルギー反応、不快な臭いを引き起こす可能性のある微生物を拡散する可能性が高い[4]、[9]。
現在、繊維製品における非病原性、病原性、または臭いの原因となる菌株の増殖は、繊維製品の性質や組成だけでなく、着用者の個々の習慣にも依存しています [8], [23]．微生物が様々な種類の繊維を生存させ、コロニー形成する可能性を考慮すると[35]、細菌や真菌がウール、絹、綿、亜麻、ポリエステルなど様々な種類の繊維の変色や劣化に関連していることは驚くべきことではない[29], [36]。しかし、異なる繊維の表面特性や官能基は、汗の吸着や保持だけでなく、微生物の付着、成長、コロニー形成、拡散にも影響します[5]。
この意味で、いくつかの研究では、異なる繊維タイプに微生物が選択的に付着することが示されています。例えば、Staphylococcus spp.はほぼ全ての繊維で有意な定着性を示したが [5], [34]、Staphylococcus hominisは綿への親和性が高く、ビスコースやフリースでは増殖しなかった [34]。綿と同様に、ウールはStaphylococcus epidermidis、Enhydrobacter spp.、Cutibacterium spp.、Micrococcus spp.など、多くの細菌の増殖を促進した[34]。ポリエステルがCutibacterium spp.、Enhydrobacter spp.、Micrococcus spp.に対して最大の増殖を示したのに対し、セルロース系繊維、すなわちViscoseやTencelTMはStaphylococcus spp.を除くほとんどの腋窩細菌に対して低い微生物増殖率を示した [5], [34]。一方、コリネバクテリウム属菌は、綿、アクリル、ウール、ビスコース、ナイロン、フリース、ポリエステルには生息できず、このことは、着用した衣類からコリネバクテリウム属菌が少量しか分離できなかったことを説明している[5], [34]. 興味深いことに、Sterndorffらは、着用していない綿のTシャツにはアシネトバクター種が優勢なネイティブマイクロバイオームが存在するのに対し、着用していないポリエステルには検出可能な細菌微生物相が存在しないことを示しました。さらに、着用したポリエステル製Tシャツと比較して、着用した綿製Tシャツは、ヒトの皮膚微生物叢に見られるような細菌属の多様性が高いことが示されました[23]。これらの結果は、実際には、繊維の特性が微生物の付着、成長、コロニー形成に直接影響することを実証しています。合成繊維は、疎水性で吸着能力が低いため、微生物のコロニー形成に対して抵抗性があることが多い[29]。対照的に、天然繊維は高い保湿性を持ち、ポリマー結合が微生物の酵素によってより容易にアクセスされるため、微生物のコロニー形成に影響を受けやすく、特に保護層が取り除かれた布地加工後は、その影響を受けやすい。さらに、天然繊維は、炭水化物やタンパク質の形で微生物に栄養やエネルギー源を提供し、微生物の増殖やコロニー形成をサポートすることができます[43]。
繊維製品に微生物が関連することはよく知られているが、繊維製品が皮膚の微生物叢に与える影響については、まだ十分に報告されていない。しかしながら、皮膚微生物叢に対する衣料用繊維製品の影響は、主に次のように相関している：i）健康な皮膚微生物叢の生態系バランスに悪影響を及ぼさない［19］、ii）皮膚の恒常性、発汗、不快な臭いの変化［37］、iii）皮膚微生物叢の組成における特定の変化［6］、iv）皮膚微生物叢メンバーの病原性の変調［27］。
綿や亜麻などの天然繊維は、古くから皮膚に良い影響を与えるとして使用されてきましたが、皮膚の微生物叢、すなわち細菌に直接影響を与えることが、特に注目されています。例えば、綿と比較して、亜麻織物は、ケラチノサイトの細胞毒性を発揮しながら、S. aureusとS. epidermidisに対して強い抑制効果を発揮します[27]。また、繊維が粗いウールや合成繊維はアトピー性皮膚炎（AD）を悪化させる可能性がある一方、綿や絹は症状を緩和する効果があるため、従来からADの患者に推奨されてきました[38]。驚くべきことに、衣服と皮膚の関係は、皮膚微生物叢のメンバーの調節を通じて皮膚疾患の治療や緩和にテキスタイルをどのように使用できるかを探求する新しい分野として浮上しています [38], [39]。
皮膚科学的な用途も含め、通気性、防水性、速乾性、快適性（綿や絹と比較）、抗菌性などの機能を持つ繊維製品の改良は、繊維産業にとって重要なツールとして浮上している[33]、[40]。しかし、これらの新しいテキスタイルがバイオメディカルやよりパーソナライズされたアプリケーションを見つける可能性を与えるためには、それらが人間の皮膚微生物叢にどのように影響するかについて、より深く理解し、解明する必要があります。この知識は、微生物の増殖、コロニー形成、拡散、悪臭、アレルギーを回避しながら、皮膚疾患を緩和することができる、より微生物相に優しいテキスタイルや特定の抗菌テキスタイル製品の将来の設計と開発への扉を開くかもしれません。バイオアクティブテキスタイル： 市場に必要なもの
機能性テキスタイルは、バイオアクティブテキスタイルとも呼ばれ、消費者の健康や衛生に配慮し、消費者の幸福に貢献することを目的としています。そのために、抗酸化、抗炎症、撥水、防蚊、難燃、UVカット、抗菌など、新しい機能性がテキスタイルに付加されています[12]。この機能化は，エレクトロスピニング，ナノテクノロジー，プラズマ処理，重合，マイクロ/ナノカプセル化，レイヤーバイレイヤー，ゾルゲルなどの技術によって達成することができ，それによって有益な要素が徐放性の有無にかかわらず組み込まれる [12], [41], [42]. 特筆すべきは、ビタミン、プロバイオティクス、抗菌剤、酵素、香料、油、化学物質などが、生物活性テキスタイルに見られる成分の一般的な例である[12], [14], [41]。
現在、生物活性テキスタイル、特に抗菌テキスタイルは、例えば、患者、医療従事者、および医師の衣服が、よく知られた院内感染を促進する人から人へ微生物を拡散させる媒体となりやすい病院や医療施設において、本当に必要なものです[9], [10]. この点で、このような感染症は、Acinetobacter baumannii、Enterococcus spp.、Escherichia coli、Klebsiella pneumonia、Pseudomonas aeruginosa、Staphylococcus spp.によって頻繁に引き起こされるということが知られている[43]。注目すべきは、ブドウ球菌と腸球菌が、一般的に使用されている病院の布地で数ヶ月間生存できることが実証されたことです[44]。したがって、病院環境における繊維製品に起因する微生物の増殖とその拡散の可能性を最小限に抑えるために、例えば、抗菌活性を有する様々な医療用繊維製品が開発されている[11], [12], [13]．また、皮膚微生物の異常によって引き起こされる皮膚疾患に対する皮膚治療戦略として、抗菌性テキスタイルを使用することも求められています。この場合、主なターゲットは、抗菌性繊維を使用することにより、特定の皮膚科疾患の症状を改善するために、皮膚微生物叢の特定のメンバーを調節することです[14], [15]。
一般的に、これらの生物活性テキスタイルは、微生物に対する特異性、すなわち抗菌、抗真菌、抗ウイルステキスタイルに基づく。処理方法と、使用され布地に保持される抗菌性化合物の濃度によって、抗菌性テキスタイルは殺生物剤または静菌剤となります[9]。殺生物剤が微生物を殺すのに対し、静菌剤は微生物の増殖を抑制する。興味深いことに、これらの特性は、市場で異なる用途を見出すことができます。例えば、殺生物性を持つ抗菌繊維は、微生物の拡散を避ける戦略として病院や医療機関でより有用である一方、静電的なメカニズムを持つ衣料用繊維は、特定の皮膚科学的な目的に適している可能性があります。
多くの抗菌繊維がデザインされているが、ヒトが使用するために市場に導入する前に、最低限の要件が必要である。例えば、消費者に無害であること、刺激やアレルギー反応を起こさないこと、特定の微生物に対して有効であること、繊維の加工や製造に適していること、洗濯後も効果が持続すること、繊維の品質や外観に影響を与えないこと、繊維と人の両方に臭いを与えないこと、環境に悪影響を与えずにリサイクルされることなどが挙げられる。
抗菌繊維の開発については、過去10年間に集中的な研究が行われましたが、その多くは微生物の増殖を抑える抗菌作用に焦点を当て、結果として繊維の生分解、臭気、微生物の拡散を回避することに成功しています。しかし、このような繊維製品がヒトの皮膚微生物に与える影響については、ほとんど知られていない。この問題を解決するために、次のトピックでは、抗菌性繊維製品（抗菌、抗真菌、抗ウイルス）が皮膚微生物相に及ぼす主な影響について概観し、今後の研究の必要性を指摘する。これにより、抗菌繊維が皮膚微生物叢に与える本当の影響を解明し、その応用可能な臨床的関連性を明らかにすることができる。
4.1. 抗菌性テキスタイル
抗菌繊維の開発は、微生物の増殖抑制、生分解、不快臭の発生、バイオフィルム形成、医療・ヘルスケア環境における微生物の増殖抑制、ダーマトセラピーの代替アプローチなど、様々な目的のために新たに必要となるものとして紹介されている。実際には、抗菌性繊維を得るための2つの主要な戦略がある：i）紡績工程で繊維に抗菌性成分を組み込むことによって、またはii）仕上げ段階で特定の抗菌剤を適用することによって。
通常、抗菌繊維は、活性成分、すなわち金属（銀、銅、亜鉛、コバルト、チタン）、第4級アンモニウム化合物、トリクロサンなどの合成成分［15］、［19］、［33］、［45］、［46］、竹、キトサン、アルギン酸、ビタミン、油などの天然成分［14］、［42］、または合成成分と天然成分の組み合わせ［47］を含む。成分の化学的性質と構造によって、微生物を殺すさまざまな方法を指す抗菌作用の可能なモードが決定される。このような作用機序の例としては、細胞壁や細胞膜の損傷、またはこれらの構造の合成の阻害があり、細胞の漏出や細胞死につながる [33] 。さらに、DNA/RNA、タンパク質合成の阻害、または細胞内の特定の代謝プロセスの阻害も、他の可能性の一つである[43]。
このような成分の組み込みは、綿、絹、亜麻、羊毛、ポリエステルなどの多様な繊維に応用されている[46]、[48]。その抗菌特性は、いくつかのin vitroアッセイで十分に評価されている[42], [49]。in vivo評価に関しては、抗菌性テキスタイルは、主に2種類のボランティア、すなわち健康な参加者、または特定のタイプの皮膚異常症を持つ患者でテストされています。この意味で、次のセクションでは、これらの特定のボランティアグループにおける利用可能な抗菌性テキスタイルの最も重要な影響に焦点を当てます。
4.1.1. 健常者における抗菌衣料の評価
前述したように、人間の皮膚微小環境は幅広い細菌多様性を含んでいます。これは健康な皮膚の重要な特徴であり、細菌の生態学的なバランスは自然のバリアとして機能し、病原体の過剰増殖から保護します[50]。病原体からの保護は、常在細菌叢が病原体の増殖に好ましくない条件を作り出し、常在細菌叢との競争によって病原体が皮膚に定着しないようにすることで行われます [28] 。その結果、皮膚細菌が宿主に対して病原性を示すことはほとんどなく、皮膚バリアを強化することで宿主に利益をもたらすのです [50]。逆に、繊維衣料に抗菌剤を使用すると、偶然にも皮膚生理が変化し、一過性の菌の過剰増殖や皮膚のマイクロバイオームバランスの崩壊につながる可能性があります。
そのため、抗菌加工を施した繊維と着用者の皮膚微小環境との相互作用を理解するためには、in vivo研究が必要かつ重要なツールとなっています。同様に、いくつかの抗菌繊維は、ヒトの皮膚微生物叢への潜在的な影響を評価することを目的として、健康なボランティアでテストされています[46]。例えば、3種類の抗菌加工を施した布（すなわち、布1：トリクロサン、布2：ジンクピリチオン誘導体、布3：塩化銀と二酸化チタン）を19人の健康な参加者の前腕に装着しました[46]。24時間後、布地1は、皮膚上の一般細菌集団を減少させる効果がわずかであった。この場合、トリクロサン処理した布地は、布地自体のブドウ球菌の個体数を減らすのに有効でしたが、全体の好気性細菌数には効果がありませんでした。生地2は明らかに最も強力な抗菌剤であり、生地コントロール（未処理）と比較して、細菌数を大幅に減少させました。塩化銀-酸化チタンで処理した布地3は、コントロールの布地と比較して、生体内で抗菌活性を示さなかった。不思議なことに、これらの結果は、ヒトの皮膚に接触するさまざまな抗菌性テキスタイルのin vivo評価の重要性を強調しています。しかし、この研究の限界は、体の1箇所（前腕、乾燥した皮膚領域とみなされる）しか評価しなかったことです。異なる皮膚微小環境を経時的に評価することで、ヒトの皮膚微生物叢におけるこれらの異なる抗菌性繊維の実際の影響について重要な洞察を得ることができる。
金属の中でも銀は、グラム陽性菌と陰性菌の両方に対して幅広い抗菌特性を持つため、繊維産業で最も使用されている抗菌剤の1つです[51]。ヒトの皮膚微生物叢への影響を評価するために、60人の健康なボランティアを対象に、プラセボ対照のサイド・ツー・サイド試験が行われました[19]。各参加者は、銀仕上げまたは銀を含む繊維からなる抗菌性の半分と、非抗菌性の対照側という2つの半分で構成されたTシャツを受け取りました。その際、肩甲骨の皮膚の微生物相を6週間にわたり毎週分析した。対照側と比較して、抗菌性のある半製品は、皮膚の微生物相の数や組成を乱すことはなかった。著者らによると、銀の抗菌効果にもかかわらず、銀系抗菌服は健康な皮膚微生物叢の生態系バランスに悪影響を及ぼすことはなかった。別の研究では、異なる濃度の塩化銀（SC）で処理したポリエステル織物が腋臭の低減に与える影響を評価し、複数回の洗濯の前後で細菌集団を評価しました [49]。処理した布地を未処理の対照布地と合わせ、健康な男性8人の腋窩に装着しました。その結果、SC処理布は未処理布と比較して、2日後に臭気強度を低下させないことが示されました。また、SC処理布から抽出した細菌数も、in vitro試験で抗菌活性が確認されたにもかかわらず、有意に低下することはありませんでした。しかし、この研究の限界は、サンプルのサイズが小さく、評価期間が短かったことです。12人のボランティアを12週間モニターした別の研究では、抗菌衣服によって誘発される変化は、個人差はあるものの、性別や体の部位によってより明確であることが実証されました[52]。銀糸のないTシャツと比較して、銀糸のあるTシャツは、ほとんどのボランティアで皮膚の微生物バイオマスを増加させました。最も豊富な分類群は影響を受けなかったが、銀色のTシャツは、低存在細菌の多様性と豊かさの増加、および皮膚の化学的多様性の減少を引き起こした。この2つの影響は、主に女性参加者に観察されました。これらの結果は、時間軸と性別で分析すると、銀糸を使った衣服が皮膚の微生物叢と化学に顕著な影響を与えることを示唆しています。
合成化学物質や金属ベースの抗菌繊維は、in vitroおよびin vivoの両方で開発およびテストに成功していますが、その正確な影響に関する情報がまだ限られているため、環境を破壊する脅威となるようです。そのため、天然化合物による繊維の機能化について、集中的な研究が行われています。このアプローチにより、外部病原細菌に対して優れた抗菌性能を発揮しながら、特に皮膚微生物に対して高い生物学的安全性を有する抗菌性繊維を提供できる可能性があります。
天然成分の中でもキトサンは、その入手のしやすさと、生体適合性、生分解性、保水性、抗菌性、免疫調節性などの優れた固有特性から、現在、最も魅力的で持続可能なバイオポリマーの1つとして使用されています[53]。これらの特性により、キトサンは、化粧品や繊維産業など、さまざまな応用分野において、合成成分や化学成分の魅力的な代替品となっている[54]、[55]。実際、ポリカチオン性であるため、アニオン性染料と組み合わせたり、繊維材料と強いイオン結合を形成することができます[56]。キトサンは、Staphylococcus属、Acinetobacter baumanni、Pseudomonas aeruginosa、Cutibacterium acnesなどの病原性細菌に対してin vitroで抗菌特性がよく示されているにもかかわらず[42], [57] 、キトサンを用いた繊維製品が、健康体の皮膚マイクロバイオータに直接影響を与えるかどうかはあまり調査されていない。このような制限を克服する試みとして、異なる濃度のキトサンを含浸させた綿布を使用して、14人の健康な人の皮膚から分離された特定の細菌メンバーにおけるその効果を評価しました [55]。ここでは、キトサンに対するStaphylococcus種の感受性は、特定の病原性因子およびキトサンの濃度と相関していました。最も効率的な組み合わせは高濃度の分子量であり、接触後24時間以内に分離株の半数が生存数を無視できるレベルまで減少させたが、低濃度では減少率は常に50%以下であった。S. epidermidisと比較して、S. aureusにおけるキトサンの抗菌効果は、生菌数の減少という点で、より顕著であった。このことは、キトサンが異なる細菌株に対して選択的に作用することを示唆している。キトサンの抗菌活性の正確なメカニズムは解明されていないが、著者らは、ポリカチオン性キトサンと細胞表面の電気陰性電荷との相互作用による細胞膜透過性の変化、拡散した加水分解産物と微生物DNAとの相互作用、金属や必須栄養素のキレート化と相関させている。この結果は、キトサンがヒト用繊維製品に配合された場合、皮膚マイクロバイオーム調節化合物として有用である可能性を強調しています。さらに、これらの結果は、キトサンをベースとしたテキスタイルが、主に特定の皮膚不適合者を対象にテストされる理由にもなっています。
これらの結果から、開発されたほとんどの抗菌性繊維が皮膚マイクロバイオータに大きな影響を与えないにもかかわらず、使用された異なる抗菌性繊維の間に重要な違いが存在することが示されたことが示唆されました。しかし、この違いは、標準化されたプロトコルが存在しないまま実施された異なる研究デザインの仕様と相関している可能性がある。このことを明らかにするためには、個々のパラメータ（年齢、性別、遺伝、着用者の健康状態、身体部位、肌タイプ、化粧品や薬の使用状況など）と繊維の特性（繊維と抗菌剤の性質・組成、繊維の添加・機能化プロセスなど）を組み合わせて集中的に調査し、相関を取る必要があります。この評価は、臨床的な関連性を明らかにしながら、抗菌処理された繊維がヒトの皮膚微生物叢に与える実際の影響を評価するための基本的な前提条件となるものである。
4.1.2. 皮膚疾患における抗菌衣料の評価
前述したように、アトピー性皮膚炎や脂漏性皮膚炎、ニキビ、脱毛症、乾癬などの皮膚疾患は、通常、微生物によるディスバイオシスから生じる[20], [22]．このような観点から，皮膚の微生物群集に特異的な変化を引き起こす能力を有する抗菌性テキスタイルの使用は，このような症状の治療，制御，または症状の緩和のための治療戦略として浮上している[39], [45], [48], [58], [59]．
アトピー性皮膚炎（AD）は、抗菌繊維衣料による治療の最も有望な候補の一つである[14], [45], [48], [59]。ADは、皮膚バリア機能の障害、酸化的な細胞ストレスの増加、黄色ブドウ球菌のコロニー形成の増加を特徴とする、慢性で再発性の炎症性皮膚疾患である[60]。黄色ブドウ球菌による過剰感染を抑制することで、皮膚炎症が減少し、再燃が改善されることから、皮膚における黄色ブドウ球菌のコロニー形成を局所的に抑制することが目標とされてきました。この意味で、酸化亜鉛（ZnO）機能性繊維は、in vitroおよびin vivoで良好な生体適合性と抗菌活性を実証しました[45]。ZnO繊維を一晩中、連続3日間着用したAD患者は、ADの重症度、そう痒症、睡眠の質が急速に改善されたことが示された。これらの結果は、ZnOテキスタイルの酸化能力と、黄色ブドウ球菌と肺炎桿菌に対する強い抗菌活性と相関していました。これらの結果は、衣服にZnOを組み込むことで、黄色ブドウ球菌のコロニー形成を抑制し、ADの重症度改善に寄与する可能性を示唆しています。同様の方法で、15人のAD患者に、片方の腕に銀をコーティングした織物、もう片方の腕に未処理の綿で肘の屈曲部を7日間覆った[48]。この場合、臨床的な改善は、未処理の綿と比較して、銀でコーティングされた綿の部位でS. aureusの数が有意に少ないことと相関していた。実際、金属、すなわち銀を綿に組み込むことで、綿の特徴である着心地の良さでADの臨床症状を軽減しながら、in vivoで強力な抗菌活性を示すことができた[59]。
また、別のアプローチでは、黄色ブドウ球菌感染皮膚モデルを用いて抗菌力を測定しました[15]。そのために、ADの治療において臨床的な効果が証明されている5つの市販の衣類を使用しました： サンプル#1（リヨセル74％、スマートセル高感度繊維19％、スパンデックス7％からなるリヨジンク）、サンプル#2（フィブロインのみからなるシルクの純粋形態で、抗菌剤として不溶性の無色・無臭アンモニウムであるAEGIS AEM 5772/5の仕上げを含むシルクエイジス； サンプル#3（Padycare、ポリアミド82％、ライクラ18％、銀含有率20％の銀糸を織り込んだマイクロメッシュ素材（130g/m2）、サンプル#4（Smart-Zinc、スーピマ綿70％、リヨセル18％、エラスタン12％のSmartcel sensitive）、サンプル#5（Modal Silver、ビナメッドの79％、銀糸14％、ライクラ7％）である。乾燥した皮膚の微小環境をシミュレートした実使用環境では、すべてのサンプルで黄色ブドウ球菌を減少させることができませんでした。銀と亜鉛のファブリックは、非現実的な湿潤条件下でのみわずかな活性を示しました。標準的な懸濁試験を用いた場合、サンプルの抗菌効果にはかなりの差があり、銀と亜鉛を含む繊維はAEGISを配合した絹織物よりも優れていました。また、実用的な（乾燥した）着用条件下では、衣服が濡れることで効果を発揮することはあっても、黄色ブドウ球菌の皮膚コロニー形成に影響を与えることはありませんでした。これらの結果から、従来のAD衣料の抗菌効果に興味深い違いがあること、また、黄色ブドウ球菌のコロニー形成をよりよく制御するための理想的な条件が明らかになりました。
別の興味深い研究では、銀の経皮浸透とその皮膚への炎症効果を評価しました[61]。健常者15名とAD患者15名を対象に、13％の銀を含む衣服を5日間8時間着用させ、試験を行った。尿中への銀の排泄から、5日後の銀の経皮吸収は低く、全身への影響はないことがわかった。さらに、調査した布地から銀を経皮的に摂取しても、皮膚のインターロイキン-1のレベルは変化せず、局所的な炎症促進作用がないことが示されました。著者らによれば、現在の基準量を超えない銀含有衣服着用後の銀の経皮吸収は、健康なボランティアとAD患者の間で有意な差はなく、角質層における炎症性シグナルのレベルの上昇につながることはなかったという。同じ系統の他の研究では、ADに罹患した16人の子供を対象に、アルコキシシラン第四級アンモニウムでコーティングした絹織物（MICROAIR DermaSilk®）の有効性を評価しました [58]。7日後、この抗菌布でできた筒状のアームカバーを着用した子供たちは、「局所SCORAD」指数の平均値に有意な改善がみられた。この特殊な絹織物はADの皮膚病変を改善することができると思われるが、in vitroで示されたようなin vivoでのS. aureusに対する特定の抗菌活性を示すことはできなかった。
また、キトサンも同じ目的で試験されています。先に述べたように、キトサンをベースにした繊維は、皮膚微生物叢の調節因子として有用である可能性があります。この仮説を検証するために、ADのボランティア78名を用いて、キトサンをコーティングした綿パジャマとコーティングしていない綿パジャマの効果を8週間にわたって検証しました［14］。キトサンを塗布したパジャマは、塗布していないパジャマと比較して、忍容性が高く、疾患の重症度が改善する傾向がみられました。著者らによると、これらのデータは、キトサンが黄色ブドウ球菌に対して特異的な抑制効果を発揮する一方で、他のブドウ球菌種の増殖は許容しているという事実と関連しています。特にAD患者における皮膚微生物叢の調節に対する抗菌性繊維のポジティブな効果を考慮し、いくつかの臨床試験が進行中である。すなわち、銀またはキトサンに基づく抗菌性治療衣の治療可能性を中程度から重度のADで評価することである [62]. この場合、通常のケアを継続しながら、12ヶ月の介入期間中、すべての治療用衣類を夜間に着用することになっている。このような試験の主要目的は、抗菌性衣類（銀およびキトサン群）の有効性を評価し、対照と比較することである。主なアウトカムは、異なるグループ間で観察された湿疹面積と重症度指数、黄色ブドウ球菌の皮膚コロニー形成、安全性と相関があります。このようなアプローチにより、中等度および重度のAD患者における抗菌衣料の臨床効率について、重要な解明を得ることができます。ADにもかかわらず、さらなる研究により、抗菌性に基づく繊維や衣服は、医療関連感染（HAI）指標を低減するための入院中の慢性人工呼吸器依存患者[63]、抗菌性創傷被覆材としての傷口[64], [65] 、病院スクラブの汚染を減らす[66]、皮膚がん細胞と戦う[67]など、さらなる生物医学的用途も見つけられることが実証された。この意味で、二重盲検比較試験では、病院の繊維を酸化銅含浸繊維に置き換えることで、入院中の慢性人工呼吸器依存患者における抗生物質治療の開始イベント、発熱日数、および抗生物質の使用量が減少したことが実証されており [63] 、含浸殺菌繊維が長期ケア医療環境におけるHAI削減を目指す重要な対策になる可能性を示唆しています。さらに、抗菌性創傷被覆材は創傷床を覆うことができ、免疫不全患者の皮膚再生を刺激しながら、細菌が創傷に侵入するのを防ぐバリアとして機能する[64]。さらに、抗菌テキスタイルは、皮膚がん細胞を標的としながら、皮膚関連感染症を制御するように設計することもできる[67]。しかし、これらの特定の生物医学的応用を裏付けるためには、ヒトの皮膚微生物叢におけるこのような製品の本当の影響、ならびにその機能性と臨床的関連性を評価するために、さらなる調査と臨床試験が必要である。
4.2. 抗真菌テキスタイル
真菌感染症は、毎年170万人以上の死者を出す巨大な世界的問題である[68]。真菌が増殖する主な宿主は、食用作物、動物種、繊維製品です。特に繊維製品は、適切な水分、栄養分、温度を提供するため、真菌の付着・増殖に最適な基質となります。このことを考慮すると、汚染された繊維素材はいくつかの真菌の拡散に大きく寄与しており、特に病院環境では、こうした素材が専門家や患者を容易に感染させます[9]。このような複雑なシナリオにもかかわらず、地球温暖化とそれに伴う気候変動は、多くの真菌疾患の発生を増加させる結果となっています [69]。このような背景から、真菌症を予防・治療するための新たな戦略が必須となっています。特に、抗真菌繊維の開発は、多くの用途に対応できる魅力的な選択肢として浮上している[70], [71], [72], [73]。
この意味で、真菌の拡散を避けるために、抗真菌成分を繊維に組み込むことが特別に注目されている。例えば、グアナゾール、銀、亜鉛でコーティングした綿布は、細菌だけでなく真菌の病原菌、すなわちAspergillus niger、Fusarium chlamydosporum、Penicillium sp.に対して幅広い抗菌性を示した[74]。また、Phanerochaete chrysosporiumを用いて菌類が合成した酸化亜鉛（ZnO）ナノ粒子（NP）を含むセルロース繊維は、日和見病原性のAspergillus. niger, Geotrichum candidum, Phanerochaete chrysosporiumに対して抗真菌活性を示した[75]。また、ZnO NPs-セルロースは、黄色ブドウ球菌と大腸菌に対して抗菌活性を示した。これらのアプローチは、試験管内でより環境に優しい抗真菌繊維の開発に成功した例であるが、そのほとんどは、まだヒトでテストされてはいない。驚くべきことに、抗真菌繊維がヒトの皮膚微生物叢にどのような影響を与えるかについての情報がないことが、その臨床使用に関する最も重要な制限であり続けています。
カンジダ・アルビカンスや非カンジダ・アルビカンスなどの真菌感染症を引き起こす病原体は広範囲に存在し、局所的で表在性の粘膜皮膚障害から、複数の器官系を巻き込み生命を脅かす侵襲性疾患まで、さまざまな臨床症状を引き起こすことがあります [76]. 世界的には、10億人近くの人間が皮膚真菌症、数千万人が粘膜カンジダ症、1億5000万人以上の患者が深刻な真菌症に苦しんでいると推定されており、その中でもカンジダ症は最も一般的である[77]。また、カンジダ症の治療に推奨されているアゾール系誘導体、すなわちフルコナゾールやケトコナゾールは、肝毒性、内分泌障害、肝障害などいくつかの副作用と関連している[77]。さらに、アゾール系耐性真菌の大幅な増加により、新しい抗真菌療法や少なくとも2種類の抗真菌剤または戦略を用いた併用療法が開発されるようになった。不思議なことに、抗真菌繊維は、表在性真菌症の治療において、抗真菌剤の経口摂取を減らすための戦略として、単独または現在の治療との併用で有望な選択肢として浮上してきた。
実際、創傷被覆材、すなわち包帯、ガーゼ、ストリップにおける局所的な皮膚への適用には、大きな期待が寄せられている[70]。この範囲では、ケトコナゾールとβ-シクロデキストリンを含む綿の創傷包帯は、皮膚真菌、すなわちC. albicansとA. nigerに対する殺菌活性を持つこれらの抗真菌化合物の制御された遅い放出を示した [71]．しかし、抗菌性テキスタイルとは逆に、抗真菌性テキスタイルの効果は、ほとんどが動物モデルで実験されてきた。例えば、硝酸エコナゾール（ECN）の脂質微粒子を刷り込んだ医薬用繊維は、幅広いカンジダ種に対してin vitroで抗真菌活性を示した[72]。In vivoモデルへの応用では、ECN繊維は皮膚カンジダ症のマウスで抗真菌効果を維持した。興味深いことに、経皮吸収試験により、医薬用繊維から放出されたECNは、皮膚の表在性真菌症が発生する皮膚の上層部でより濃縮されることが示されました。銅の幅広い殺生物性を考慮すると、銅を創傷被覆材に導入すれば、創傷や被覆材の汚染リスクを減らすだけでなく、創傷の修復を促進するという仮説が立てられた [73] 。この仮説を検証するために、吸収性の高い内側のメッシュ生地と外側の不織布からなる非粘着性ドレッシングを作り、それぞれに酸化銅粒子を含浸させた[73]。遺伝子操作した糖尿病マウスの創傷に適用したところ、血管新生因子の遺伝子およびその場でのアップレギュレーションが増加し、血管形成が促進され、創傷の閉鎖が促進されました。本研究では、これらの創傷被覆材の強力な広域抗真菌特性と、ウサギおよびブタの創傷モデルで測定された副作用の欠如の両方を報告しています。また、多機能繊維、ヘルスケア、フレキシブルスキンエレクトロニクスへの応用が期待される新規抗菌材料として、ボルネオール修飾キトサン（BMC）を同様のアプローチで検討しました[57]。この材料は、in vitroおよびin vivoで接着性を示し、大腸菌、枯草菌、A. nigerに対して抗菌活性を示した。モルモットの皮膚に接触させると、この素材は皮膚微生物相を保護しながら病原体を防御することに成功しました。これらの結果は、表在性真菌症の治療用衣料を開発する上で、この技術が有望な戦略であるという考えを補強しています。
実際、表在性真菌感染症、すなわち皮膚糸状菌症の予防と治療のための抗真菌繊維の開発は、次の現実になり得るのです。現在、皮膚糸状菌症は、皮膚、毛髪、爪などのケラチン化組織を侵す、世界中で広く見られる問題である[78]。分類学的には、皮膚糸状菌は3つの属、すなわちTrichophyton、Microsporum、Epidermophytonに属している。皮膚糸状菌感染症の臨床症状は、一般に、罹患した解剖学的部位を示す「白癬」と呼ばれる。したがって、頭皮やひげなどの毛髪の感染症はそれぞれ「頭部白癬」「鬚部白癬」、爪の感染症は「爪白癬」、膚の感染症は「体部白癬」、足や手の感染症の場合はそれぞれ「足白癬」「手白癬」と呼ばれる。これらの場合、患者は感染部位の皮膚ユニットを直接、または日用品を介して伝播することで病原体を拡散するため、患部の皮膚に直接接触する繊維製品が主要な病原体キャリアであることが示唆される。従って、感染した皮膚に接触する繊維製品は、菌の繁殖のためのキャリアとして機能することができるが、抗菌性繊維製品は、感染と伝播の連鎖を断ち切ることによって、皮膚糸状菌症の制御に貢献することができると考えられる。したがって、抗菌性繊維の抗真菌活性とヒトの皮膚微生物相への潜在的な影響に関する試験は、皮膚糸状菌症の予防と治療に対する臨床的関連性を評価するための基本的な前提条件となる。
塩化ジデシルジメチルアンモニウム（DDAC）、ポリヘキサメチレンビグアニド、銅、および2濃度の塩化銀で仕上げられた生地は、Trichophyton rubrum、Trichophyton mentagrophytes、C. albicansに対する抗真菌活性をテストしました [79]. すべてのサンプルがC. albicansに対して明確な阻害を示したが、Trichophyton sp.に対する活性は大きく変化した。例えば、DDACはT. rubrumの成長を完全に阻害したが、T. mentagrophytesの成長は繊維に直接触れても影響を受けなかった。これらの結果は、繊維の皮膚糸状菌有効性試験において、T. mentagrophytesを試験菌として加えることの重要性を示しています。さらに、テルビナフィンの使用に関する欠点を克服するために、テルビナフィンをカプセル化した革新的なケラチンベースキャリアが設計されました。テルビナフィンをカプセル化したケラチンベースの粒子（100%ケラチン；80%ケラチン／20%ケラチン-PEG）を機能化した治療用テキスタイルを開発し、機能化テキスタイルからのテルビナフィンの制御放出と、Trichophyton rubrumに対する抗真菌活性を評価しました [80]. 80%ケラチン/20%ケラチン-PEGカプセル化テルビナフィンを機能化したテキスタイルは、100%ケラチン-カプセル化テルビナフィンを含むテキスタイルと比較して、2倍の阻害ハローを示した。しかし、テルビナフィンを含まないケラチンベースの粒子で機能化したテキスタイルでは、活性は観察されなかった。これらの戦略は、皮膚糸状菌症に対する治療の可能性を示しているが、ほとんどの研究はまだin vitroでのアプローチに限られている。その結果、抗真菌繊維がヒトの皮膚微生物相にどのような影響を与えるかについての知見はない。残念ながら、この情報不足は、抗真菌繊維の生物医学的応用や臨床応用の可能性を制限しています。
皮膚糸状菌症と同じように、抗真菌繊維のもう一つの可能性は、足白癬の予防と治療のための抗真菌靴下の使用であろう。足白癬は、高齢者や糖尿病患者によく見られる予防可能な皮膚病です。予防には毎日の足洗いが効果的ですが、多くの患者さんにとって困難なことです。また、従来の方法では、真菌が侵入しやすい角層内の真菌を除去することができませんでした。この代替策を探そうと、ポリヘキサメチレンビグアニド（PHMB）とソホロリピッドを混合した不織布の抗真菌効果、細胞毒性、浸透性、有効性を調べた興味深い研究があります [81]. 臨床的に分離された白癬菌を4人の健康なボランティアの足に塗布し、すぐに次の方法で処理した：石鹸で洗う、洗わない、PHMBを含む不織布テキスタイル、PHMBを含まない織物。様々な濃度のSophorolipidは、PHMBの角質層への浸透を著しく促進した。30分後に有意な抗真菌効果が得られ、細胞毒性も低かった。PHMBを含むテキスタイルは、健康なボランティアの真菌のCFUを石鹸洗浄と同等のレベルまで有意に減少させた。これらの結果は、臨床現場における足白癬予防のためのPHMBテキスタイルの有用性を示している。例えば、これらの知見は、抗真菌繊維がヒトの皮膚マイクロバイオータメンバーに及ぼす影響、および皮膚糸状菌症の予防と治療におけるその役割を評価し、明らかにするために、より多くのin vivo研究が重要であることを強調しています。
全体として、今回発表された知見は、抗真菌繊維が、病原性真菌の拡散を避けながら、いくつかの表在性真菌感染症の予防と治療において重要な役割を果たす可能性があるという考えを強めるものである。しかし、このような製品がヒトの皮膚微生物叢に与える実際の影響について、より深く理解することが、生物医学的および/または個人的な応用を推進するために必要である。
4.3. 抗ウイルステキスタイル
抗ウイルス繊維の開発の主な提案は、主にヘルペス、インフルエンザ、コロナウイルスによって引き起こされるものを含む、いくつかのウイルス感染の伝播と伝達を低減する可能性である[82], [83], [84], [85], [86]．繊維素材、特に衣料品は、微生物の攻撃に対して脆弱であるため、感染症の蔓延や伝播に大きな役割を果たすことが知られています。変色、生分解、および臭気は、通常、繊維製品、特に細菌や真菌による微生物のコロニー形成と相関しているにもかかわらず、これらのシグナルは、繊維製品上のウイルスの存在によって観察されることはない[87]。これらとは異なり、ウイルスは繁殖と生存のために宿主細胞に依存しているため、「生きている」とはみなされません。そのため、ウイルスは繊維表面で複製したり増殖したりすることはできませんが、多くの繊維材料では感染性のウイルス粒子として数時間から数日間残存することができます[87]。結果として、繊維製品は、直接的または間接的な接触によってウイルスを拡散・感染させる重要な手段となっています[10]。
実際、繊維材料中のウイルスの生存粒子の存在は、特に呼吸器系ウイルスの拡散を回避する必要性が出てきたことから、ここ数年研究されてきました[86]。例えば、感染性ウイルスの寿命、生存、安定性は、繊維製品の性質や組成によって異なることを示す研究もあります[88]。この範囲では、ポリオウイルスとワクシニアウイルスが、過去にウイルスにさらされたウール生地からそれぞれ20週間と14週間まで回復したが、綿生地ではより短い期間持続することが実証された[89]。一方、ヒトコロナウイルスは、綿では24時間未満[88]、[90]、ポリエステルでは72時間以上、ポリコットンでは6時間以上生存している[90]。これらの結果は、繊維製品が、ヒト・コロナウィルスを含むいくつかのウィルスのフォマイトとして機能する可能性があることを強調しています。
このように、COVID-19の大流行により、重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2（SARS-CoV-2）の拡散を抑えるために、物理的距離、換気、医療保護服、フェイスマスクなどの重要な公共医療措置が必要になったことは一致しています。その結果、個人用保護具（PPE）の対策は、主に次のように細分化された戦略の2つの主要なアプローチを生み出した：i）汚染された繊維製品、衣類、マスク、手袋などの管理 [91] と ii）効果的な抗ウイルス活性を持つ保護繊維の開発 [85]. 実際、汚染された繊維製品からウイルスを除去したり、不活性化したりするために、様々な洗濯サイクル、温度、乾燥、紫外線照射など、様々な戦略が実証されている [90], [91]．この分野ではいくつかの有望な結果が得られているものの、例えば、日常的に行われる一般的な家庭や商業的な手順で、繊維製品の再利用のための効率的な除染を行うことはまだ困難である。一方、COVID-19のパンデミック[92]によって生じた巨額の損失は、防護服、医療外科用マスク、N95マスクの活用を通じてウイルスの拡散を抑える潜在的なツールとして、抗ウイルス繊維の研究開発にプラスの影響を与えた[84], [87]．ここで、抗ウイルステキスタイルは、ウイルスの拡散を大幅に減少させ、交差感染や再感染のリスクを減少させ、人々の健康と安全を保護することができます。
この目的のために、有機化合物（第4級アンモニウム化合物、トリクロサン、ポリヘキサメチレンビグアニド、N-ハルミン）、合成または天然ポリマー（ポリピロール、キトサン、天然色素）などの様々な抗ウイルス剤を使用します、 グラフェン材料、金属ベース材料（銅、銀、亜鉛、およびそれらの酸化物や塩）、ハイブリッドペプチド、さらには石鹸がさまざまな繊維材料に組み込まれている [82], [84], [85], [86], [93], [94], [95]. これらの多くは殺菌と殺ウイルスの両方の特性を発揮するが、細菌とウイルスの構造や行動の違いによって、異なる主要な反応が指示されており、まだ対処する必要がある [87].
注目すべきは、いくつかのin vitroアッセイで、生体適合性と抗ウイルス性能の良好な割合が実証されており、また、抗ウイルステキスタイルの能力は、このような材料におけるウイルスの死滅、不活性化、付着の減少の効果的なメカニズムを通じて、ウイルスの拡散を防止しながらウイルスの生存能力を破壊することである [85], [86], [93], [94], [96]. 一方、in vivoモデル、特にそのような材料がヒトの皮膚マイクロバイオームにどのような影響を与えるかを評価するための翻訳については、ほとんど検討され、文書化されていない。この分野の情報が不足している一方で、ほとんどの研究は、抗ウイルス成分を含む抗菌剤を含浸させた防護マスクと皮膚微小環境との相互作用に主に焦点を当てている。
現在までに、市場の要求を満たすために、保護性能、快適性、抗ウイルス活性のレベルが異なる様々なタイプの防護マスクが開発されています[95], [97], [98]．マスクの内側と外側の両方からウイルスの拡散を抑えることができるフェイスマスクの設計や、除染後の有効性に注目が集まっていますが、マスク着用時に生じる微小環境、特にマスク-皮膚マイクロバイオームも、集中的に調査すべき重要な側面として考慮されるべきです。一般に、マスクの微小環境に関連する最も重要な影響は、皮膚の刺激や不快感、および他の様々な皮膚科疾患、すなわちニキビ、酒さ、湿疹、脂漏性皮膚炎と相関する局所微生物叢異常である [99], [100].
簡潔に言えば、フェイスマスクの長期使用は、皮膚微小環境における顔の熱、水分、および皮脂の蓄積を引き起こす可能性がある [33], [101] 。これらの生理学的変化は、マスクの下に新しい微気候を作り出し、現在、皮膚微生物叢の変化とニキビ再燃の著しい増加に関連している [33], [40]．いわゆる「マスクネ」は、繊維と皮膚の継続的な密着と摩擦によって生じる機械的なニキビの新しい形態であり、新しい診断と既存のニキビ状発疹の悪化の両方に言及している [101]. この場合、フェイスマスクの長期使用に関連する皮脂の過剰分泌は、皮膚微生物叢のバランスを崩し、かなりのディスバイオシスを引き起こす。この効果により、選択された種、すなわち、皮脂ゾーンの最も一般的な住人であり、にきびやその他の皮膚病理の主要メンバーであるCutibacterium acnesの増殖とコロニー化が促進されます [101]. マスクネにもかかわらず、黄色ブドウ球菌のコロニー形成に関連した湿疹の再燃、Fusobacteria、黄色ブドウ球菌、Streptococcusに関連した脂漏性皮膚炎、Demodex follicolorumに関連した酒さなど、微生物叢異常による他の皮膚科疾患の発生も起こりうる [2].
フェイスマスクが皮膚微小環境、特に皮膚微生物叢に与える影響を指摘する研究もあるが、フェイスマスクの裏側に沿った特定の微生物変化を特徴付け、定量化し、さらに生物学的な微生物叢の異常が発生する病態生理メカニズムと年代について、系統的かつ臨床的に制御された研究が必要である。全体として、このような分野での集中的な調査が最優先されるべきであり、例えば、以下の3つのパラメータ間の本質的な相関を調べる必要がある（図2）：
i)
繊維の性質：性質、組成、層数、透湿性、通気性、粘着性、抗菌剤の種類、調製方法。
ii)
人体パラメータ：年齢、性別、遺伝、健康状態、衛生習慣、化粧品や薬の使用状況。
iii)
環境要因：湿気、温度、地理的な場所、気候。
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図2. ヒトの皮膚マイクロバイオータと本質的に相関するパラメータ。皮膚微生物叢は、皮膚とマスクの繊維の直接的な相互作用だけでなく、繊維材料の特性、個々のパラメータ、環境要因の組み合わせによって影響や変調を受けることがあります。
この知識は、通常および長時間のマスク着用による局所的な影響と、皮膚微生物叢への実際の影響を判断する上で非常に重要である。より包括的な評価のためには、皮膚とマスクの直接的な相互作用だけでなく、個々のパラメータや環境要因も考慮する必要があるため、よりダイナミックな調査の必要性が明らかになった。フェイスマスク以外にも、これらのパラメータの組み合わせは、他の抗ウイルス・抗菌テキスタイルが皮膚微生物叢に及ぼす影響を評価することにも転用できるだろう。キーポイントと最終的なコメント
バイオアクティブテキスタイルは、最もダイナミックな研究分野の一つであり、その幅広い用途を考慮すると、革新的な技術や製品に目を向ける必要があるものである。抗菌繊維や衣料品については、繊維素材とヒトの皮膚微生物叢に対する主な効果によって、価値ある用途を見つけることができます（図3）。一般的に、抗菌繊維は以下のような用途に使用されます：
繊維の攻撃とコロニー形成を減少させる。
繊維の生物学的劣化と変色を減少させる。
繊維素材と人間の両方において、不快な臭いを避けることができる。
いくつかの感染症の繁殖と感染を減少させる。
抗菌性の衣服、パジャマ、手袋、靴下などを使用することで、細菌異常や表在性真菌感染症など、皮膚微生物相の調節不全を予防、制御、治療する。
例えば、抗菌性の創傷被覆材として、微生物の侵入やコロニー形成を防ぐとともに、皮膚の再生を促進するバリアとして機能する。
表在性皮膚がんの微小環境をターゲットとし、皮膚がん細胞と戦いながら、皮膚微生物叢の調整役として機能する。
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図3. 抗菌テキスタイルの用途を、テキスタイルとヒトの皮膚微生物叢に対する主な効果に従って模式的に表したもの。さまざまな抗菌テキスタイルは、微生物によるテキスタイルの攻撃やコロニー形成、生物学的劣化、変色、不快な臭いに対して、テキスタイル素材と人間の両方で保護を提供できます。また、このような製品は、いくつかの感染症の繁殖とその結果としての感染を大幅に減少させるために使用することができます。ヒトの皮膚微生物叢に直接作用することから、抗菌性繊維は多くの生物医学的用途も見出すことができます。2）抗菌性創傷被覆材。微生物の侵入やコロニー形成を防ぐバリアとして機能すると同時に、皮膚の再生を促進する。3）皮膚がんの微小環境をターゲットに、皮膚がん細胞と闘いながら皮膚微生物叢のレギュレーターとして機能する。
現在、抗菌繊維が環境に与える影響については、まだ非常に限られた情報しか得られていません。そのため、抗菌加工を施した繊維製品を廃棄する際には、プラスチックや化学物質、適応抵抗性微生物などの問題を回避するために、計画的な管理体制が必要です。そのため、グリーン、安全、高効率、高性能といった主要な特性や利点を持ち、かつ製造工程の工業的パラメータを満たす抗菌性繊維製品を作るための技術や天然成分について考えることが不可欠である。このような困難な分野では、バイオテクノロジー、繊維材料科学、微生物学、細胞生物学、医学、化学、薬学などの異なる専門家の協力が、安全な抗菌繊維製品への現在の需要を満たすために必要かつ重要であろう。
著者貢献
CSOは、コンセプト立案、文献調査、原案作成、執筆、レビュー、編集に貢献した。FKTは、執筆-レビュー-編集、検証を担当した。すべての著者は、提出されたバージョンに目を通し、承認した。
競合利益宣言
著者らは、本論文で報告された研究に影響を及ぼすと思われる競合する金銭的利益や個人的な関係がないことを宣言するものである。
謝辞
本研究は、2021年から2026年までの期間、次世代EUの枠組みの中で、欧州連合（EU）の回復・復元メカニズム（RRP）によりポルトガルに割り当てられた欧州資金のうち、環境基金によるコンポーネント12-持続的バイオエコノミーの促進（投資番号02/C12-i01/202）、国家バイオ経済を強化する統合プロジェクトBe@t - Textile Bioeconomyにより、支援されました。本研究は、FCT（Fundação para a Ciência e a Tecnologia）のUIDB/50016/2020プロジェクトによる国家資金の支援も受けました。すべての図はBiorender.comを使用して作成されました。
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本論文に記載された研究に使用されたデータはありません。
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© 2023 Universidade Católica Portuguesa. 発行：エルゼビアB.V.
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