تعتبر الجسيمات النانوية الفضية (AgNPs) أداة مفيدة للتحكم في مسببات الأمراض المختلفة.ومع ذلك، هناك مخاوف بشأن إطلاق AgNPs في الوسائط البيئية، لأنها قد تولد تأثيرات ضارة على صحة الإنسان والبيئة.في هذه الدراسة، قمنا بتطوير وتقييم غروانية هجينة مغناطيسية جديدة بحجم ميكرومتر (MHC) ومزينة بأحجام مختلفة من AgNPs (AgNP-MHCs).بعد تطبيقها للتطهير، يمكن استعادة هذه الجسيمات بسهولة من الوسائط البيئية باستخدام خصائصها المغناطيسية وتظل فعالة في تعطيل مسببات الأمراض الفيروسية.قمنا بتقييم فعالية AgNP-MHCs لتعطيل البكتيريا ϕX174، ونوروفيروس الفئران (MNV)، والنمط المصلي للفيروس الغدي 2 (AdV2).تم تعريض هذه الفيروسات المستهدفة إلى AgNP-MHCs لمدة 1 و3 و6 ساعات عند درجة حرارة 25 درجة مئوية ثم تم تحليلها بواسطة اختبار البلاك وTaqMan PCR في الوقت الحقيقي.تم تعريض AgNP-MHCs لمجموعة واسعة من مستويات الأس الهيدروجيني ولمياه الصنبور والمياه السطحية لتقييم آثارها المضادة للفيروسات في ظل ظروف بيئية مختلفة.من بين الأنواع الثلاثة من AgNP-MHCs التي تم اختبارها، أظهرت Ag30-MHCs أعلى فعالية لتعطيل الفيروسات.تم تقليل ϕX174 وMNV بأكثر من 2 log10 بعد التعرض لـ 4.6 × 109 Ag30-MHCs/ml لمدة ساعة واحدة.أشارت هذه النتائج إلى أنه يمكن استخدام AgNP-MHCs لتعطيل مسببات الأمراض الفيروسية مع الحد الأدنى من فرصة إطلاقها المحتمل في البيئة.

مع التطورات الحديثة في تكنولوجيا النانو، أصبحت الجسيمات النانوية تحظى باهتمام متزايد في جميع أنحاء العالم في مجالات التكنولوجيا الحيوية والطب والصحة العامة (1,2).نظرًا لنسبة سطحها إلى حجمها العالية، تتمتع المواد ذات الحجم النانوي، والتي تتراوح عادة من 10 إلى 500 نانومتر، بخصائص فيزيائية وكيميائية فريدة مقارنة بتلك الخاصة بالمواد الأكبر حجمًا (1).يمكن التحكم في شكل وحجم المواد النانوية، ويمكن تجميع مجموعات وظيفية محددة على أسطحها لتمكين التفاعلات مع بروتينات معينة أو الامتصاص داخل الخلايا (3,-5).

تمت دراسة الجسيمات النانوية الفضية (AgNPs) على نطاق واسع كعامل مضاد للميكروبات (6).تُستخدم الفضة في صناعة أدوات المائدة الفاخرة والزينة وفي العوامل العلاجية.تم استخدام مركبات الفضة مثل سلفاديازين الفضة وبعض الأملاح كمنتجات للعناية بالجروح وعلاج الأمراض المعدية بسبب خصائصها المضادة للميكروبات (6,7).كشفت الدراسات الحديثة أن AgNPs فعال جدًا في تعطيل أنواع مختلفة من البكتيريا والفيروسات (8,-11).تتفاعل أيونات AgNPs و+Ag المنطلقة من AgNPs مباشرة مع الجزيئات الحيوية المحتوية على الفوسفور أو الكبريت، بما في ذلك DNA وRNA والبروتينات (12,-14).وقد ثبت أيضًا أنها تولد أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS)، مما يتسبب في تلف الأغشية في الكائنات الحية الدقيقة (15).يعد حجم وشكل وتركيز AgNPs أيضًا من العوامل المهمة التي تؤثر على قدراتها المضادة للميكروبات (8,10,13,16,17).

وقد سلطت الدراسات السابقة الضوء أيضًا على العديد من المشكلات عند استخدام AgNPs للتحكم في مسببات الأمراض في البيئة المائية.أولاً، الدراسات الموجودة حول فعالية AgNPs لتعطيل مسببات الأمراض الفيروسية في الماء محدودة.بالإضافة إلى ذلك، تخضع عادةً AgNPs أحادية التشتت لتراكم الجسيمات بسبب صغر حجمها ومساحة سطحها الكبيرة، وتقلل هذه المجاميع من فعالية AgNPs ضد مسببات الأمراض الميكروبية (7).أخيرًا، ثبت أن AgNPs لها تأثيرات سامة للخلايا مختلفة (5,18,-20) ، وإطلاق AgNPs في بيئة مائية يمكن أن يؤدي إلى مشاكل صحية وبيئية.

لقد قمنا مؤخرًا بتطوير غروانية هجينة مغناطيسية جديدة بحجم ميكرومتر (MHC) ومزينة بـ AgNPs بأحجام مختلفة (21,22).يمكن استخدام قلب MHC لاستعادة مركبات AgNP من البيئة.قمنا بتقييم الفعالية المضادة للفيروسات لهذه الجسيمات الفضية النانوية على MHCs (AgNP-MHCs) باستخدام البكتيريا ϕX174، ونوروفيروس الفئران (MNV)، والفيروس الغدي في ظل ظروف بيئية مختلفة.

التأثيرات المضادة للفيروسات لـ AgNP-MHCs بتركيزات مختلفة ضد البكتيريا ϕX174 (a) وMNV (b) وAdV2 (c).تمت معالجة الفيروسات المستهدفة بتركيزات مختلفة من AgNP-MHCs، ومع OH-MHCs (4.6 × 10 جزيئات/مل) كعنصر تحكم، في حاضنة اهتزاز (150 دورة في الدقيقة، ساعة واحدة، 25 درجة مئوية).تم استخدام طريقة فحص البلاك لقياس الفيروسات الباقية.القيم تعني ± الانحرافات المعيارية (SD) من ثلاث تجارب مستقلة.تشير العلامات النجمية إلى قيم مختلفة بشكل كبير (P<0.05 بواسطة تحليل التباين الأحادي (ANOVA) مع اختبار دونيت).

أظهرت هذه الدراسة أن AgNP-MHCs فعالة في تعطيل العاثيات البكتيرية وMNV، وهو بديل لفيروس النوروفيروس البشري، في الماء.بالإضافة إلى ذلك، يمكن استعادة AgNP-MHCs بسهولة باستخدام المغناطيس، مما يمنع بشكل فعال إطلاق AgNPs السامة المحتملة في البيئة.أظهر عدد من الدراسات السابقة أن تركيز AgNPs وحجم جسيماتها يعدان عاملين حاسمين في تعطيل الكائنات الحية الدقيقة المستهدفة (8,16,17).تعتمد التأثيرات المضادة للميكروبات لـ AgNPs أيضًا على نوع الكائنات الحية الدقيقة.اتبعت فعالية AgNP-MHCs لتعطيل ϕX174 علاقة الجرعة والاستجابة.من بين AgNP-MHCs التي تم اختبارها، كان لدى Ag30-MHCs فعالية أعلى في تعطيل تنشيط ϕX174 وMNV.بالنسبة لـ MNV، أظهرت Ag30-MHCs فقط نشاطًا مضادًا للفيروسات، بينما لم تولد AgNP-MHCs الأخرى أي تعطيل كبير لـ MNV.لم يكن لدى أي من AgNP-MHCs أي نشاط مضاد للفيروسات ضد AdV2.

بالإضافة إلى حجم الجسيمات، كان تركيز الفضة في AgNP-MHCs مهمًا أيضًا.يبدو أن تركيز الفضة يحدد مدى فعالية التأثيرات المضادة للفيروسات لـ AgNP-MHCs.كانت تركيزات الفضة في محاليل Ag07-MHCs وAg30-MHCs عند 4.6 × 10 جزيئات/مل 28.75 جزء في المليون و200 جزء في المليون على التوالي، وترتبط بمستوى النشاط المضاد للفيروسات.الجدول 2يلخص تركيزات الفضة والمساحات السطحية لـ AgNP-MHCs التي تم اختبارها.أظهر Ag07-MHCs أدنى نشاط مضاد للفيروسات وكان له أدنى تركيز للفضة ومساحة سطحية، مما يشير إلى أن هذه الخصائص مرتبطة بالنشاط المضاد للفيروسات لـ AgNP-MHCs.

أشارت دراستنا السابقة إلى أن الآليات الرئيسية المضادة للميكروبات في AgNP-MHCs هي الاستخلاص الكيميائي لأيونات Mg2+ أو Ca2+ من الأغشية الميكروبية، وإنشاء مجمعات تحتوي على مجموعات الثيول الموجودة في الأغشية، وتوليد أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) (21).نظرًا لأن AgNP-MHCs لها حجم جسيم كبير نسبيًا (∼ 500 نانومتر)، فمن غير المرجح أن تتمكن من اختراق القفيصة الفيروسية.وبدلاً من ذلك، يبدو أن AgNP-MHCs تتفاعل مع البروتينات السطحية الفيروسية.تميل AgNPs الموجودة في المركبات إلى ربط الجزيئات الحيوية المحتوية على مجموعة الثيول والمضمنة في بروتينات غلاف الفيروسات.ولذلك، فإن الخواص الكيميائية الحيوية لبروتينات القفيصة الفيروسية مهمة لتحديد مدى قابليتها للإصابة بـ AgNP-MHCs.شكل 1يُظهر الحساسيات المختلفة للفيروسات لتأثيرات AgNP-MHCs.كانت العاثيات ϕX174 وMNV عرضة لـ AgNP-MHCs، لكن AdV2 كان مقاومًا.من المحتمل أن يرتبط مستوى المقاومة العالي لـ AdV2 بحجمه وبنيته.يتراوح حجم الفيروسات الغدية من 70 إلى 100 نانومتر (30) ، مما يجعلها أكبر بكثير من ϕX174 (27 إلى 33 نانومتر) وMNV (28 إلى 35 نانومتر) (31,32).بالإضافة إلى حجمها الكبير، تحتوي الفيروسات الغدية على حمض نووي مزدوج، على عكس الفيروسات الأخرى، وهي مقاومة للضغوط البيئية المختلفة مثل الحرارة والأشعة فوق البنفسجية (33,34).ذكرت دراستنا السابقة أن ما يقرب من 3-log10 حدث انخفاض في MS2 مع Ag30-MHCs خلال 6 ساعات (21).MS2 وϕX174 لهما أحجام متشابهة مع أنواع مختلفة من الحمض النووي (RNA أو DNA) ولكن لهما معدلات مماثلة من التعطيل بواسطة Ag30-MHCs.لذلك، لا يبدو أن طبيعة الحمض النووي هي العامل الرئيسي لمقاومة AgNP-MHCs.وبدلا من ذلك، بدا أن حجم وشكل الجسيمات الفيروسية أكثر أهمية، لأن الفيروس الغدي هو فيروس أكبر بكثير.حققت Ag30-MHCs تقريبًا انخفاضًا قدره 2-log10 لـ M13 خلال 6 ساعات (بياناتنا غير المنشورة).M13 هو فيروس الحمض النووي المفرد الذين تقطعت بهم السبل (35) ويبلغ طولها ∼ 880 نانومتر وقطرها 6.6 نانومتر (36).كان معدل تعطيل البكتيريا الخيطية M13 متوسطًا بين تلك الخاصة بالفيروسات الصغيرة مستديرة البنية (MNV، ϕX174، وMS2) والفيروس الكبير (AdV2).

في هذه الدراسة، كانت حركية تعطيل MNV مختلفة بشكل كبير في اختبار البلاك ومقايسة RT-PCR (الشكل 2 بوج).ج).من المعروف أن الاختبارات الجزيئية مثل RT-PCR تقلل بشكل كبير من معدلات تعطيل الفيروسات (25,28)، كما وجدنا في دراستنا.نظرًا لأن AgNP-MHCs تتفاعل بشكل أساسي مع السطح الفيروسي، فمن المرجح أن تلحق الضرر ببروتينات الغلاف الفيروسي بدلاً من الأحماض النووية الفيروسية.ولذلك، فإن اختبار RT-PCR لقياس الحمض النووي الفيروسي قد يقلل بشكل كبير من تأثير تعطيل الفيروسات.يجب أن يكون تأثير أيونات Ag+ وتوليد أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) مسؤولاً عن تعطيل نشاط الفيروسات التي تم اختبارها.ومع ذلك، لا تزال العديد من جوانب الآليات المضادة للفيروسات في AgNP-MHCs غير واضحة، ويلزم إجراء مزيد من الأبحاث باستخدام أساليب التكنولوجيا الحيوية لتوضيح آلية المقاومة العالية لـ AdV2.

أخيرًا، قمنا بتقييم قوة النشاط المضاد للفيروسات لـ Ag30-MHCs من خلال تعريضها لمجموعة واسعة من قيم الأس الهيدروجيني وأخذ عينات من المياه السطحية قبل قياس نشاطها المضاد للفيروسات (تين. 3وو4).4).).أدى التعرض لظروف درجة الحموضة المنخفضة للغاية إلى الخسارة الجسدية و/أو الوظيفية لـ AgNPs من MHC (بيانات غير منشورة).في ظل وجود جزيئات غير محددة، أظهرت Ag30-MHCs باستمرار نشاطًا مضادًا للفيروسات، على الرغم من انخفاض النشاط المضاد للفيروسات ضد MS2.كان النشاط المضاد للفيروسات في أدنى مستوياته في المياه السطحية غير المفلترة، حيث أن التفاعل بين Ag30-MHCs والجزيئات غير المحددة في المياه السطحية شديدة التعكر ربما تسبب في انخفاض النشاط المضاد للفيروسات (الجدول 3).ولذلك، ينبغي إجراء تقييمات ميدانية لـ AgNP-MHCs في أنواع مختلفة من الماء (على سبيل المثال، بتركيزات ملح مختلفة أو حمض الدبالية) في المستقبل.

في الختام، تتمتع مركبات Ag الجديدة، AgNP-MHCs، بقدرات ممتازة مضادة للفيروسات ضد العديد من الفيروسات، بما في ذلك ϕX174 وMNV.تحافظ AgNP-MHCs على فعالية قوية في ظل ظروف بيئية مختلفة، ويمكن استعادة هذه الجزيئات بسهولة باستخدام المغناطيس، وبالتالي تقليل آثارها الضارة المحتملة على صحة الإنسان والبيئة.أظهرت هذه الدراسة أن مركب AgNP يمكن أن يكون مضادًا فعالًا للفيروسات في بيئات بيئية مختلفة، دون مخاطر بيئية كبيرة.