In vitro efficacy of an automatic UVC-LED device for disinfection of the stethoscope diaphragm against bacteria, fungi and enveloped respiratory viruses
275 nm에서 방출되는 자동 UVC-LED 장치는 청진기 판(diaphragm)에 있는 광범위한 내성 박테리아, 진균 및 외피 보유 호흡기 바이러스를 감염력을 없애는 상당한 유전체 손상을 일으킴으로써 효과적으로 불활성화하였으며, 이는 일관성 없는 화학적 소독에 대한 신뢰할 수 있고 운영자 독립적인 대안을 제공하였다.
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청진기는 의학에서 가장 신뢰받는 도구 중 하나로, 심장의 박동과 호흡의 리듬을 듣는 단순한 기구이다. 그러나 환자 케어에 있어 그 중요성에도 불구하고, 청진기는 하루에도 수십 번씩 한 사람에게서 다른 사람으로 이동하는 조용한 여행자이기도 하다. 수십 년 동안 과학자들은 청진기의 고무 다이어프램이 환자의 피부와 의복으로부터 박테리아, 곰팡이, 바이러스를 채집한다는 사실을 알고 있었으며, 이는 감염의 잠재적인 가교를 형성한다. 의사들은 환자 사이마다 기구를 소독하도록 교육받지만, 바쁜 진료 현장의 현실이 종종 이를 방해한다. 소독은 사람이 직접 물티슈를 집어 들고, 화학 용액을 찾고, 시간을 들여 문지르는 기억력에 의존한다. 이러한 행동의 사슬이 끊어질 때, 기구는 오염된 상태로 남아 다음 환자를 검사할 때 보이지 않는 불청객을 옮기게 된다.
이 문제를 해결하기 위해 연구자들은 다른 종류의 빛에 주목했다. 화학 물질이나 인간의 기억력에 의존하는 대신, 그들은 자외선 C(UVC)라고 불리는 특정한 종류의 보이지 않는 빛을 사용하는 장치를 테스트하고 있다. 이 빛은 살아있는 세포 내부의 유전 물질을 타격하여, 그들이 더 이상 번식할 수 없도록 지침을 뒤섞어 놓는 방식으로 작동한다. 빛은 버튼을 누르면 자동으로 작업을 수행하기 때문에, 사람이 물티슈를 챙기거나 근처에 두어야 할 필요를 없애준다. 문제는 작은 자동화 장치가 청진기의 곡면에 충분한 빛을 전달하여, 일반적인 약물에 저항하는 법을 배운 위험한 세균들을 포함한 다양한 병원균을 죽일 수 있느냐 하는 것이다.
이탈리아의 시에나 대학교와 VisMederi의 과학자 팀은 이 작업을 위해 특별히 설계된 새로운 자동 장치를 테스트하기 위해 모였다. 이 기계는 275 나노미터의 정점 파장으로 빛을 내는 세 개의 작은 발광 다이오드를 탑und하고 있는데, 이 주파수는 유전 물질을 손상시키는 데 매우 효과적인 것으로 알려져 있다. 장치는 청진기 다이어프램을 담고 150초 동안 단일한 고정 주기를 실행하도록 제작되었다. 실험의 효능을 확인하기 위해 연구진은 실제 환자나 더러운 병실을 사용하지 않았다. 대신, 그들은 청진기 표면을 모사한 투명한 석영 디스크 위에 9종류의 박테리아와 곰팡이, 그리고 4종류의 호흡기 바이러스를 포함한 액체 방울을 떨어뜨려 통제된 실험실 환경을 조성했다. 연구진은 의학계에서 알려진 가장 끈질긴 세균 중 일부인 다제내성 효모인 칸디다 아우리스(Candida auris), 빛으로 죽이기 까다롭기로 유명한 곰팡이, 그리고 많은 화학 물질에 저항하며 빠르게 증식하는 박테리아 유형을 포함시켰다. 또한 독감 및 기타 호흡기 질환을 일으키는 바이러스들도 테스트했는데, 이들은 딱딱한 표면에서 며칠 동안 생존하는 것으로 알려져 있다.
결과는 결정적이었다. 단 한 번의 150초 주기 후에, 연구진은 디스크 위에 놓았던 액체 방울에서 살아있는 박테리아나 곰팡이를 더 이상 발견할 수 없었다. 이 기계는 이러한 병원균의 수를 최소 5개 차수(orders of magnitude) 이상 감소시켰는데, 이는 측정 기기가 감지할 수 있는 한계치 미만으로 수치를 낮춘 수준이다. 이는 곰팡이와 약물 내성 효모를 포함하여 테스트된 가장 저항력이 강한 유기체들에 대해서도 동일하게 적용되었다. 바이러스의 경우에도 결과는 명확했다. 네 종류의 호흡기 바이러스는 세포를 감염시키는 능력을 완전히 상실했다. 연구진은 세포 배양을 통해 바이러스를 배양함으로써 이를 측정했는데, 빛 처리를 거친 바이러스들은 가장 낮은 농도에서도 세포를 병들게 하지 못했다.
바이러스에 정확히 어떤 일이 일어났는지 이해하기 위해, 과학자들은 단순히 병원균이 살아있는지를 넘어 더 깊이 조사했다. 그들은 긴 RNA 가닥으로 구성된 인플루엔자 바이러스의 유전 코드를 조사했다. 그들은 두 가지 다른 방법으로 이 코드를 읽었다. 첫 번째 방법은 책에서 단어 하나를 확인하는 것과 유사하게 매우 짧은 유전 코드 조각을 찾는 것이었다. 이 짧은 확인 작업에서는 아주 작은 변화만이 관찰되었는데, 이는 대부분의 유전 물질이 여전히 존재함을 시사했다. 그러나 두 번째 방법은 마치 책의 전체 장(chapter)을 읽으려는 것처럼 훨씬 긴 코드 구간을 살펴보는 것이었다. 긴 구간을 읽으려고 시도했을 때, 신호가 완전히 사라졌다. 긴 유전 가닥들이 잘게 부서져 쓸모없는 파편이 된 것이다. 이는 빛이 바이러스를 단순히 숨기거나 찾기 어렵게 만든 것이 아니라, 바이러스가 복제하는 데 필요한 지침을 물리적으로 산산조각 냈음을 확인시켜 주었다. 짧은 유전 조각들은 너무 작아서 파괴될 만큼 충분한 타격을 입지 않았기에 살아남았지만, 길고 기능적인 가닥들은 파괴되어 바이러스를 무해하게 만들었다.
이 연구는 우리가 일반적으로 세균을 테스트하는 방식과 소독에 대해 생각해야 하는 방식 사이의 결정적인 차이를 강조한다. 많은 현대적 검사법은 표면이 오염되었는지 판단하기 위해 작은 유전 코드 조각을 찾는 것에 의ло한다. 이 새로운 연구는 그러한 검사가 UVC 처리를 거친 후에는 오해를 불러일으킬 수 있음을 보여준다. 검사법은 죽은 바이러스의 아주 작은 파편들을 여전히 감지할 수 있으며, 이로 인해 실제로는 안전함에도 불구하고 표면이 여전히 위험해 보이게 만들 수 있다. 이 자동 장치는 단 한 번의, 운영자의 개입이 필요 없는 주기가 약물이나 빛에 저항하는 것들을 포함하여 의도적으로 광범위하게 구성된 위험한 유기체들을 제거할 수 있음을 입증했다. 연구진은 깨끗한 실험실에서의 결과는 강력했지만, 다음 단계는 이 장치가 실제 상황의 오염물이나 체액이 묻은 청진기에서도 똑같이 작동하는지 확인하는 것이라고 언급했다. 그때까지 이 연구는 자동화된 빛 주기가 인간의 노력(기억력)이 흔히 실패하는 지점, 즉 의료 기구의 완전하고 신뢰할 수 있는 초기화를 달성할 수 있다는 강력한 증거를 제공한다.
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