Les nanopartícules de plata (AgNP) es consideren una eina potencialment útil per controlar diversos patògens.Tanmateix, hi ha preocupacions sobre l'alliberament d'AgNPs als medis ambientals, ja que poden generar efectes ecològics i perjudicials per a la salut humana.En aquest estudi, hem desenvolupat i avaluat un nou col·loide híbrid magnètic (MHC) de mida micròmetre decorat amb AgNPs de diferents mides (AgNP-MHCs).Després de ser aplicades per a la desinfecció, aquestes partícules es poden recuperar fàcilment dels medis ambientals utilitzant les seves propietats magnètiques i es mantenen efectives per inactivar patògens virals.Es va avaluar l'eficàcia dels AgNP-MHC per inactivar el bacteriòfag ϕX174, el norovirus murí (MNV) i el serotip 2 d'adenovirus (AdV2).Aquests virus objectiu es van exposar a AgNP-MHC durant 1, 3 i 6 h a 25 ° C i després es van analitzar mitjançant assaig de placa i PCR TaqMan en temps real.Els AgNP-MHC es van exposar a una àmplia gamma de nivells de pH i a l'aigua de l'aixeta i de la superfície per avaluar els seus efectes antivirals en diferents condicions ambientals.Entre els tres tipus d'AgNP-MHC provats, els Ag30-MHC van mostrar la més alta eficàcia per inactivar els virus.El ϕX174 i el MNV es van reduir en més de 2 log10 després de l'exposició a 4, 6 × 109 Ag30-MHCs/ml durant 1 h.Aquests resultats van indicar que els AgNP-MHC es podrien utilitzar per inactivar patògens virals amb una possibilitat mínima d'alliberament potencial al medi ambient.

Amb els avenços recents en nanotecnologia, les nanopartícules han estat rebent una atenció creixent a tot el món en els camps de la biotecnologia, la medicina i la salut pública.1,2).A causa de la seva elevada relació superfície-volum, els materials de mida nanomètrica, que normalment oscil·len entre 10 i 500 nm, tenen propietats fisicoquímiques úniques en comparació amb les dels materials més grans (1).La forma i la mida dels nanomaterials es poden controlar i es poden conjugar grups funcionals específics a les seves superfícies per permetre interaccions amb determinades proteïnes o captació intracel·lular.3,–5).

Les nanopartícules de plata (AgNP) han estat àmpliament estudiades com a agent antimicrobià (6).La plata s'utilitza en la creació de coberteria fina, per a l'ornamentació i en agents terapèutics.Els compostos de plata com la sulfadiazina de plata i certes sals s'han utilitzat com a productes per a la cura de ferides i com a tractament de malalties infeccioses a causa de les seves propietats antimicrobianes (6,7).Estudis recents han revelat que els AgNP són molt efectius per inactivar diversos tipus de bacteris i virus (8,–11).Els AgNPs i els ions Ag+ alliberats dels AgNPs interaccionen directament amb biomolècules que contenen fòsfor o sofre, incloent l'ADN, l'ARN i les proteïnes (12,–14).També s'ha demostrat que generen espècies reactives d'oxigen (ROS), causant danys a la membrana en microorganismes (15).La mida, la forma i la concentració dels AgNP també són factors importants que afecten les seves capacitats antimicrobianes (8,10,13,16,17).

Estudis anteriors també han posat de manifest diversos problemes quan els AgNP s'utilitzen per controlar patògens en un ambient aquàtic.En primer lloc, els estudis existents sobre l'eficàcia dels AgNPs per inactivar patògens virals a l'aigua són limitats.A més, els AgNP monodisperses solen estar subjectes a l'agregació de partícules-partícules a causa de la seva petita mida i gran superfície, i aquests agregats redueixen l'eficàcia dels AgNP contra els patògens microbians.7).Finalment, s'ha demostrat que els AgNP tenen diversos efectes citotòxics (5,18,–20), i l'alliberament d'AgNP a un medi aquàtic podria provocar problemes ecològics i de salut humana.

Recentment, hem desenvolupat un nou col·loide híbrid magnètic (MHC) de mida micròmetre decorat amb AgNPs de diverses mides (21,22).El nucli MHC es pot utilitzar per recuperar els compostos AgNP del medi ambient.Es va avaluar l'eficàcia antiviral d'aquestes nanopartícules de plata sobre MHC (AgNP-MHCs) mitjançant el bacteriòfag ϕX174, norovirus murí (MNV) i adenovirus en diferents condicions ambientals.

Efectes antivirals dels AgNP-MHC a diverses concentracions contra el bacteriòfag ϕX174 (a), MNV (b) i AdV2 (c).Els virus objectiu es van tractar amb diferents concentracions d'AgNP-MHC i amb OH-MHC (4, 6 × 109 partícules/ml) com a control, en una incubadora agitada (150 rpm, 1 h, 25 ° C).Es va utilitzar el mètode d'assaig de placa per mesurar els virus supervivents.Els valors són mitjans ± desviacions estàndard (DE) de tres experiments independents.Els asteriscs indiquen valors significativament diferents (P< 0,05 per ANOVA unidireccional amb la prova de Dunnett).

Aquest estudi va demostrar que els AgNP-MHC són efectius per inactivar bacteriòfags i MNV, un substitut del norovirus humà, a l'aigua.A més, els AgNP-MHC es poden recuperar fàcilment amb un imant, evitant eficaçment l'alliberament d'AgNP potencialment tòxics al medi ambient.Diversos estudis anteriors han demostrat que la concentració i la mida de partícules dels AgNP són factors crítics per inactivar el microorganisme objectiu (8,16,17).Els efectes antimicrobians dels AgNPs també depenen del tipus de microorganisme.L'eficàcia dels AgNP-MHC per inactivar ϕX174 va seguir una relació dosi-resposta.Entre els AgNP-MHC provats, els Ag30-MHC tenien una major eficàcia per inactivar ϕX174 i MNV.Per al MNV, només els Ag30-MHC mostraven activitat antiviral, i els altres AgNP-MHC no van generar cap inactivació significativa de MNV.Cap dels AgNP-MHC va tenir cap activitat antiviral significativa contra AdV2.

A més de la mida de les partícules, la concentració de plata en els AgNP-MHCs també va ser important.La concentració de plata semblava determinar l'eficàcia dels efectes antivirals dels AgNP-MHC.Les concentracions de plata en solucions d'Ag07-MHCs i Ag30-MHCs a 4,6 × 109 partícules/ml van ser de 28,75 ppm i 200 ppm, respectivament, i es correlacionaven amb el nivell d'activitat antiviral.Taula 2resumeix les concentracions de plata i les àrees superficials dels AgNP-MHC provats.Els Ag07-MHC van mostrar l'activitat antiviral més baixa i van tenir la concentració i la superfície de plata més baixes, cosa que suggereix que aquestes propietats estan relacionades amb l'activitat antiviral dels AgNP-MHC.

El nostre estudi anterior va indicar que els principals mecanismes antimicrobians dels AgNP-MHC són l'abstracció química d'ions Mg2+ o Ca2+ de les membranes microbianes, la creació de complexos amb grups tiol situats a les membranes i la generació d'espècies reactives d'oxigen (ROS) (21).Com que els AgNP-MHC tenen una mida de partícula relativament gran (∼500 nm), és poc probable que puguin penetrar una càpsida viral.En canvi, els AgNP-MHC semblen interactuar amb proteïnes de superfície virals.Els AgNP dels compostos tendeixen a unir biomolècules que contenen grups tiol incrustades a les proteïnes de la capa dels virus.Per tant, les propietats bioquímiques de les proteïnes de la càpsida viral són importants per determinar la seva susceptibilitat als AgNP-MHC.figura 1mostra les diferents susceptibilitats dels virus als efectes dels AgNP-MHC.Els bacteriòfags ϕX174 i MNV eren susceptibles als AgNP-MHC, però AdV2 era resistent.És probable que l'alt nivell de resistència d'AdV2 estigui associat amb la seva mida i estructura.La mida dels adenovirus oscil·len entre 70 i 100 nm (30), fent-los molt més grans que ϕX174 (27 a 33 nm) i MNV (28 a 35 nm) (31,32).A més de la seva gran mida, els adenovirus tenen ADN de doble cadena, a diferència d'altres virus, i són resistents a diverses tensions ambientals com la calor i la radiació UV (33,34).El nostre estudi anterior va informar que gairebé una reducció de 3-log10 de MS2 es va produir amb Ag30-MHC en 6 hores (21).MS2 i ϕX174 tenen mides similars amb diferents tipus d'àcid nucleic (ARN o ADN), però tenen taxes d'inactivació similars per Ag30-MHC.Per tant, la naturalesa de l'àcid nucleic no sembla ser el principal factor de resistència als AgNP-MHC.En canvi, la mida i la forma de la partícula viral semblaven ser més importants, perquè l'adenovirus és un virus molt més gran.Els Ag30-MHC van aconseguir una reducció gairebé de 2-log10 de M13 en 6 hores (les nostres dades no publicades).M13 és un virus d'ADN monocatenari (35) i fa ∼880 nm de longitud i 6,6 nm de diàmetre (36).La taxa d'inactivació del bacteriòfag filamentos M13 va ser intermèdia entre la dels virus petits i d'estructura rodona (MNV, ϕX174 i MS2) i un virus gran (AdV2).

En el present estudi, la cinètica d'inactivació de MNV va ser significativament diferent en l'assaig de placa i en l'assaig RT-PCR (Fig. 2biic).c).Se sap que els assaigs moleculars com la RT-PCR subestimen significativament les taxes d'inactivació dels virus (25,28), tal com es va trobar en el nostre estudi.Com que els AgNP-MHC interaccionen principalment amb la superfície viral, és més probable que danyin les proteïnes de la capa viral en lloc dels àcids nucleics virals.Per tant, un assaig RT-PCR per mesurar l'àcid nucleic viral pot subestimar significativament la inactivació dels virus.L'efecte dels ions Ag+ i la generació d'espècies reactives d'oxigen (ROS) hauria de ser responsable de la inactivació dels virus provats.No obstant això, molts aspectes dels mecanismes antivirals dels AgNP-MHC encara no estan clars, i es requereix més investigació amb enfocaments biotecnològics per dilucidar el mecanisme de l'alta resistència d'AdV2.

Finalment, es va avaluar la robustesa de l'activitat antiviral dels Ag30-MHC exposant-los a una àmplia gamma de valors de pH i a mostres d'aigua de l'aixeta i superficial abans de mesurar la seva activitat antiviral (Fig. 3ii 4).4).L'exposició a condicions de pH extremadament baixes va provocar la pèrdua física i/o funcional d'AgNPs del MHC (dades no publicades).En presència de partícules inespecífiques, els Ag30-MHC van mostrar constantment activitat antiviral, malgrat una disminució de l'activitat antiviral contra MS2.L'activitat antiviral va ser més baixa a l'aigua superficial no filtrada, ja que una interacció entre Ag30-MHCs i partícules inespecífiques a l'aigua superficial altament tèrbol probablement va provocar una reducció de l'activitat antiviral.Taula 3).Per tant, en el futur s'haurien de realitzar avaluacions de camp dels AgNP-MHC en diversos tipus d'aigua (per exemple, amb diferents concentracions de sal o àcid húmic).

En conclusió, els nous compostos Ag, AgNP-MHC, tenen excel·lents capacitats antivirals contra diversos virus, inclosos ϕX174 i MNV.Els AgNP-MHC mantenen una forta eficàcia en diferents condicions ambientals, i aquestes partícules es poden recuperar fàcilment mitjançant un imant, reduint així els seus possibles efectes nocius sobre la salut humana i el medi ambient.Aquest estudi va demostrar que el compost AgNP pot ser un antiviral eficaç en diversos entorns ambientals, sense riscos ecològics significatius.