In-nanopartiċelli tal-fidda (AgNPs) huma kkunsidrati bħala għodda potenzjalment utli għall-kontroll ta 'diversi patoġeni.Madankollu, hemm tħassib dwar ir-rilaxx ta 'AgNPs fil-midja ambjentali, peress li jistgħu jiġġeneraw effetti ħżiena għas-saħħa tal-bniedem u ekoloġiċi.F'dan l-istudju, żviluppajna u evalwajna kollojde ibridu manjetiku ġdid ta' daqs mikrometru (MHC) imżejjen b'AgNPs ta' daqs differenti (AgNP-MHCs).Wara li jiġu applikati għad-diżinfezzjoni, dawn il-partiċelli jistgħu jiġu rkuprati faċilment mill-midja ambjentali bl-użu tal-proprjetajiet manjetiċi tagħhom u jibqgħu effettivi għall-inattivazzjoni tal-patoġeni virali.Aħna evalwajna l-effikaċja ta 'AgNP-MHCs għall-inattivazzjoni tal-batterjofagi ϕX174, norovirus murina (MNV), u serotip ta' adenovirus 2 (AdV2).Dawn il-viruses fil-mira ġew esposti għal AgNP-MHCs għal 1, 3, u 6 sigħat f'25 ° C u mbagħad analizzati permezz ta 'assaġġ tal-plakka u TaqMan PCR f'ħin reali.L-AgNP-MHCs ġew esposti għal firxa wiesgħa ta 'livelli ta' pH u għall-ilma tal-vit u tal-wiċċ biex jevalwaw l-effetti antivirali tagħhom taħt kundizzjonijiet ambjentali differenti.Fost it-tliet tipi ta 'AgNP-MHCs ittestjati, Ag30-MHCs wrew l-ogħla effikaċja għall-inattivazzjoni tal-viruses.L-ϕX174 u l-MNV tnaqqsu b'aktar minn 2 log10 wara espożizzjoni għal 4.6 × 109 Ag30-MHCs/ml għal siegħa.Dawn ir-riżultati indikaw li l-AgNP-MHCs jistgħu jintużaw biex inattivaw patoġeni virali b'ċans minimu ta 'rilaxx potenzjali fl-ambjent.

Bl-avvanzi reċenti fin-nanoteknoloġija, in-nanopartiċelli qed jirċievu attenzjoni akbar madwar id-dinja fl-oqsma tal-bijoteknoloġija, il-mediċina, u s-saħħa pubblika (1,2).Minħabba l-proporzjon għoli tagħhom tal-wiċċ għall-volum, materjali ta’ daqs nano, tipikament li jvarjaw minn 10 sa 500 nm, għandhom proprjetajiet fiżikokimiċi uniċi meta mqabbla ma’ dawk ta’ materjali akbar (1).Il-forma u d-daqs tan-nanomaterjali jistgħu jiġu kkontrollati, u gruppi funzjonali speċifiċi jistgħu jiġu konjugati fuq l-uċuħ tagħhom biex jippermettu interazzjonijiet ma 'ċerti proteini jew assorbiment intraċellulari (3,–5).

In-nanopartiċelli tal-fidda (AgNPs) ġew studjati ħafna bħala aġent antimikrobiku (6).Il-fidda tintuża fil-ħolqien ta 'pożati fini, għall-ornamentazzjoni, u f'aġenti terapewtiċi.Komposti tal-fidda bħal sulfadiazine tal-fidda u ċerti melħ intużaw bħala prodotti għall-kura tal-feriti u bħala trattamenti għal mard infettiv minħabba l-proprjetajiet antimikrobiċi tagħhom (6,7).Studji reċenti wrew li AgNPs huma effettivi ħafna biex jinattivaw diversi tipi ta’ batterji u viruses (8,–11).AgNPs u joni Ag+ rilaxxati minn AgNPs jinteraġixxu direttament ma 'bijomolekuli li fihom fosfru jew kubrit, inklużi DNA, RNA, u proteini (12,–14).Intwera wkoll li jiġġeneraw speċi reattivi tal-ossiġnu (ROS), li jikkawżaw ħsara fil-membrana fil-mikro-organiżmi (15).Id-daqs, il-forma u l-konċentrazzjoni tal-AgNPs huma wkoll fatturi importanti li jaffettwaw il-kapaċitajiet antimikrobiċi tagħhom (8,10,13,16,17).

Studji preċedenti enfasizzaw ukoll diversi problemi meta AgNPs jintużaw għall-kontroll tal-patoġeni f'ambjent tal-ilma.L-ewwel, studji eżistenti dwar l-effettività ta 'AgNPs għall-inattivazzjoni ta' patoġeni virali fl-ilma huma limitati.Barra minn hekk, AgNPs monodispers huma tipikament soġġetti għal aggregazzjoni ta 'partiċelli minħabba d-daqs żgħir u l-erja tal-wiċċ kbira tagħhom, u dawn l-aggregati jnaqqsu l-effettività ta' AgNPs kontra patoġeni mikrobiċi (7).Fl-aħħarnett, AgNPs intwerew li għandhom diversi effetti ċitotossiċi (5,18,–20), u r-rilaxx ta 'AgNPs f'ambjent ta' l-ilma jista 'jirriżulta fi problemi tas-saħħa tal-bniedem u ekoloġiċi.

Riċentement, żviluppajna kollojde ibridu manjetiku ġdid ta' daqs mikrometru (MHC) imżejjen b'AgNPs ta' daqsijiet varji (21,22).Il-qalba MHC tista 'tintuża biex tirkupra l-komposti AgNP mill-ambjent.Aħna evalwajna l-effikaċja antivirali ta 'dawn in-nanopartiċelli tal-fidda fuq MHCs (AgNP-MHCs) bl-użu ta' batterjofagi ϕX174, norovirus murini (MNV), u adenovirus taħt kundizzjonijiet ambjentali differenti.

Effetti antivirali ta 'AgNP-MHCs f'diversi konċentrazzjonijiet kontra batterjofagi ϕX174 (a), MNV (b), u AdV2 (c).Viruses fil-mira ġew ittrattati b'konċentrazzjonijiet differenti ta 'AgNP-MHCs, u b'OH-MHCs (4.6 × 109 partiċelli / ml) bħala kontroll, f'inkubatur li tħawwad (150 rpm, 1 h, 25 ° C).Il-metodu tal-assaġġ tal-plakka intuża biex ikejjel il-viruses superstiti.Il-valuri huma mezzi ± devjazzjonijiet standard (SD) minn tliet esperimenti indipendenti.L-asterisks jindikaw valuri differenti b'mod sinifikanti (P< 0.05 b'ANOVA one-way bit-test ta' Dunnett).

Dan l-istudju wera li AgNP-MHCs huma effettivi biex jinattivaw il-batterjofagi u l-MNV, surrogat għal norovirus uman, fl-ilma.Barra minn hekk, AgNP-MHCs jistgħu jiġu rkuprati faċilment b'kalamita, u b'mod effettiv jipprevjenu r-rilaxx ta 'AgNPs potenzjalment tossiċi fl-ambjent.Numru ta 'studji preċedenti wrew li l-konċentrazzjoni u d-daqs tal-partiċelli ta' AgNPs huma fatturi kritiċi għall-inattivazzjoni tal-mikroorganiżmu mmirat (8,16,17).L-effetti antimikrobiċi ta 'AgNPs jiddependu wkoll fuq it-tip ta' mikroorganiżmu.L-effikaċja ta' AgNP-MHCs għall-inattivazzjoni ta' ϕX174 segwiet relazzjoni bejn id-doża u r-rispons.Fost l-AgNP-MHCs ittestjati, l-Ag30-MHCs kellhom effikaċja ogħla biex jinattivaw ϕX174 u MNV.Għall-MNV, Ag30-MHCs biss wrew attività antivirali, bl-AgNP-MHCs l-oħra ma jiġġeneraw l-ebda inattivazzjoni sinifikanti tal-MNV.L-ebda wieħed mill-AgNP-MHCs ma kellu xi attività antivirali sinifikanti kontra AdV2.

Minbarra d-daqs tal-partiċelli, il-konċentrazzjoni tal-fidda fl-AgNP-MHCs kienet importanti wkoll.Il-konċentrazzjoni tal-fidda dehret li tiddetermina l-effikaċja tal-effetti antivirali tal-AgNP-MHCs.Il-konċentrazzjonijiet tal-fidda f'soluzzjonijiet ta 'Ag07-MHCs u Ag30-MHCs f'4.6 × 109 partiċelli/ml kienu 28.75 ppm u 200 ppm, rispettivament, u korrelatati mal-livell ta' attività antivirali.Tabella 2jiġbor fil-qosor il-konċentrazzjonijiet tal-fidda u l-erjas tal-wiċċ tal-AgNP-MHCs ittestjati.Ag07-MHCs wrew l-inqas attività antivirali u kellhom l-inqas konċentrazzjoni tal-fidda u erja tal-wiċċ, li jissuġġerixxu li dawn il-proprjetajiet huma relatati mal-attività antivirali ta 'AgNP-MHCs.

L-istudju preċedenti tagħna indika li l-mekkaniżmi antimikrobiċi ewlenin ta 'AgNP-MHCs huma l-estrazzjoni kimika ta' joni Mg2+ jew Ca2+ minn membrani mikrobjali, il-ħolqien ta 'kumplessi ma' gruppi thiol li jinsabu fil-membrani, u l-ġenerazzjoni ta 'speċi ta' ossiġnu reattiv (ROS) (21).Minħabba li AgNP-MHCs għandhom daqs ta 'partiċelli relattivament kbir (~500 nm), huwa improbabbli li jistgħu jippenetraw kapsid virali.Minflok, AgNP-MHCs jidhru li jinteraġixxu ma 'proteini tal-wiċċ virali.AgNPs fuq il-komposti għandhom it-tendenza li jorbtu bijomolekuli li fihom grupp thiol inkorporati fil-proteini tal-kisja tal-viruses.Għalhekk, il-proprjetajiet bijokimiċi tal-proteini tal-kapsid virali huma importanti għad-determinazzjoni tas-suxxettibilità tagħhom għal AgNP-MHCs.Figura 1juri s-suxxettibiltajiet differenti tal-viruses għall-effetti tal-AgNP-MHCs.Il-batterjofagi ϕX174 u MNV kienu suxxettibbli għal AgNP-MHCs, iżda AdV2 kien reżistenti.Il-livell għoli ta 'reżistenza ta' AdV2 x'aktarx li jkun assoċjat mad-daqs u l-istruttura tiegħu.L-adenoviruses ivarjaw fid-daqs minn 70 sa 100 nm (30), li jagħmluhom ħafna akbar minn ϕX174 (27 sa 33 nm) u MNV (28 sa 35 nm) (31,32).Minbarra d-daqs kbir tagħhom, l-adenoviruses għandhom DNA doppju, b'differenza minn viruses oħra, u huma reżistenti għal diversi stress ambjentali bħas-sħana u r-radjazzjoni UV (33,34).L-istudju preċedenti tagħna rrapporta li kważi tnaqqis ta’ 3-log10 ta’ MS2 seħħ b’Ag30-MHCs fi żmien 6 sigħat (21).MS2 u ϕX174 għandhom daqsijiet simili b'tipi differenti ta 'aċidu nuklejku (RNA jew DNA) iżda għandhom rati simili ta' inattivazzjoni minn Ag30-MHCs.Għalhekk, in-natura tal-aċidu nuklejku ma tidhirx li hija l-fattur ewlieni għar-reżistenza għall-AgNP-MHCs.Minflok, id-daqs u l-forma tal-partiċelli virali dehru li huma aktar importanti, minħabba li l-adenovirus huwa virus ħafna akbar.L-Ag30-MHCs kisbu kważi tnaqqis ta' 2-log10 ta' M13 fi żmien 6 sigħat (id-dejta mhux ippubblikata tagħna).M13 huwa virus tad-DNA single-stranded (35) u huwa ta' ~880 nm fit-tul u 6.6 nm fid-dijametru (36).Ir-rata ta 'inattivazzjoni tal-batterjofagu filamentuża M13 kienet intermedja bejn dawk ta' viruses żgħar u strutturati tondi (MNV, ϕX174, u MS2) u virus kbir (AdV2).

Fl-istudju preżenti, il-kinetika ta' inattivazzjoni ta' MNV kienet differenti b'mod sinifikanti fl-assaġġ tal-plakka u fl-assaġġ RT-PCR (Fig. 2bu​uċ).ċ).Assaġġi molekulari bħal RT-PCR huma magħrufa li jissottovalutaw b'mod sinifikanti r-rati ta' inattivazzjoni tal-viruses (25,28), kif instab fl-istudju tagħna.Minħabba li AgNP-MHCs jinteraġixxu primarjament mal-wiċċ virali, huma aktar probabbli li jagħmlu ħsara lill-proteini tal-kisja virali aktar milli lill-aċidi nuklejċi virali.Għalhekk, assaġġ RT-PCR biex ikejjel l-aċidu nuklejku virali jista’ jissottovaluta b’mod sinifikanti l-inattivazzjoni tal-viruses.L-effett tal-joni Ag+ u l-ġenerazzjoni ta 'speċi ta' ossiġnu reattiv (ROS) għandhom ikunu responsabbli għall-inattivazzjoni tal-viruses ittestjati.Madankollu, ħafna aspetti tal-mekkaniżmi antivirali ta 'AgNP-MHCs għadhom mhux ċari, u aktar riċerka li tuża approċċi bijoteknoloġiċi hija meħtieġa biex jiġi eluċidat il-mekkaniżmu tar-reżistenza għolja ta' AdV2.

Fl-aħħarnett, aħna evalwajna r-robustezza tal-attività antivirali tal-Ag30-MHCs billi esponewhom għal firxa wiesgħa ta 'valuri tal-pH u għal kampjuni tal-ilma tal-vit u tal-wiċċ qabel ma nkejlu l-attività antivirali tagħhom (Fig. 3u​u4).4).L-espożizzjoni għal kundizzjonijiet ta 'pH estremament baxxi rriżultat fit-telf fiżiku u/jew funzjonali ta' AgNPs mill-MHC (dejta mhux ippubblikata).Fil-preżenza ta 'partiċelli mhux speċifiċi, Ag30-MHCs wera b'mod konsistenti attività antivirali, minkejja tnaqqis fl-attività antivirali kontra MS2.L-attività antivirali kienet l-aktar baxxa fl-ilma tal-wiċċ mhux iffiltrat, peress li interazzjoni bejn Ag30-MHCs u partiċelli mhux speċifiċi fl-ilma tal-wiċċ mdardar ħafna probabbilment ikkawżat tnaqqis fl-attività antivirali (Tabella 3).Għalhekk, evalwazzjonijiet fuq il-post ta 'AgNP-MHCs f'diversi tipi ta' ilma (eż., b'konċentrazzjonijiet differenti ta 'melħ jew aċidu umiku) għandhom jitwettqu fil-futur.

Bħala konklużjoni, il-komposti Ag ġodda, AgNP-MHCs, għandhom kapaċitajiet antivirali eċċellenti kontra diversi viruses, inklużi ϕX174 u MNV.AgNP-MHCs iżommu effikaċja qawwija taħt kundizzjonijiet ambjentali differenti, u dawn il-partiċelli jistgħu jiġu rkuprati faċilment bl-użu ta 'kalamita, u b'hekk inaqqsu l-effetti ta' ħsara potenzjali tagħhom fuq is-saħħa tal-bniedem u l-ambjent.Dan l-istudju wera li l-kompost AgNP jista 'jkun antivirali effettiv f'ambjenti ambjentali varji, mingħajr riskji ekoloġiċi sinifikanti.