อนุภาคนาโนเงิน (AgNPs) ถือเป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์ในการควบคุมเชื้อโรคต่างๆอย่างไรก็ตาม มีความกังวลเกี่ยวกับการปล่อย AgNPs สู่สื่อด้านสิ่งแวดล้อม เนื่องจากอาจก่อให้เกิดผลเสียต่อสุขภาพของมนุษย์และผลกระทบต่อระบบนิเวศในการศึกษานี้ เราได้พัฒนาและประเมินคอลลอยด์แม่เหล็กไฮบริดคอลลอยด์ (MHC) ขนาดไมโครมิเตอร์แบบใหม่ที่ตกแต่งด้วย AgNP ขนาดต่างๆ (AgNP-MHCs)หลังจากนำไปใช้ในการฆ่าเชื้อ อนุภาคเหล่านี้สามารถกู้คืนได้อย่างง่ายดายจากตัวกลางด้านสิ่งแวดล้อมโดยใช้คุณสมบัติทางแม่เหล็กและยังคงมีประสิทธิภาพในการยับยั้งเชื้อโรคไวรัสเราประเมินประสิทธิภาพของ AgNP-MHCs ในการยับยั้งแบคทีเรีย ϕX174, norovirus ของ murine (MNV) และ adenovirus serotype 2 (AdV2)ไวรัสเป้าหมายเหล่านี้สัมผัสกับ AgNP-MHCs เป็นเวลา 1, 3 และ 6 ชั่วโมงที่ 25°C จากนั้นวิเคราะห์โดยการทดสอบคราบจุลินทรีย์และ TaqMan PCR แบบเรียลไทม์AgNP-MHC สัมผัสกับระดับ pH ที่หลากหลาย และสัมผัสกับน้ำประปาและน้ำผิวดินเพื่อประเมินผลต้านไวรัสภายใต้สภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันในบรรดาการทดสอบ AgNP-MHC สามประเภทนั้น Ag30-MHC มีประสิทธิภาพสูงสุดในการยับยั้งไวรัสϕX174 และ MNV ลดลงมากกว่า 2 log10 หลังจากได้รับ 4.6 × 109 Ag30-MHCs/ml เป็นเวลา 1 ชั่วโมงผลลัพธ์เหล่านี้บ่งชี้ว่า AgNP-MHCs สามารถใช้เพื่อยับยั้งเชื้อโรคไวรัสโดยมีโอกาสปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมน้อยที่สุด

ด้วยความก้าวหน้าล่าสุดในนาโนเทคโนโลยี อนุภาคนาโนจึงได้รับความสนใจเพิ่มขึ้นทั่วโลกในด้านเทคโนโลยีชีวภาพ การแพทย์ และการสาธารณสุข (1-2-เนื่องจากอัตราส่วนพื้นผิวต่อปริมาตรสูง วัสดุขนาดนาโนซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 10 ถึง 500 นาโนเมตร จึงมีคุณสมบัติทางเคมีกายภาพที่เป็นเอกลักษณ์เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุที่มีขนาดใหญ่กว่า (1-สามารถควบคุมรูปร่างและขนาดของวัสดุนาโนได้ และสามารถรวมกลุ่มการทำงานเฉพาะบนพื้นผิวเพื่อให้เกิดปฏิกิริยากับโปรตีนบางชนิดหรือการดูดซึมภายในเซลล์ได้ (3,-5).

อนุภาคนาโนเงิน (AgNPs) ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางว่าเป็นสารต้านจุลชีพ (6-เงินถูกนำมาใช้ในการสร้างช้อนส้อมอันประณีต สำหรับประดับตกแต่ง และใช้เป็นยารักษาโรคสารประกอบเงิน เช่น ซิลเวอร์ซัลฟาไดอะซีนและเกลือบางชนิดถูกใช้เป็นผลิตภัณฑ์ดูแลบาดแผลและรักษาโรคติดเชื้อเนื่องจากคุณสมบัติต้านจุลชีพ (6-7-การศึกษาล่าสุดเปิดเผยว่า AgNP มีประสิทธิภาพมากในการยับยั้งแบคทีเรียและไวรัสประเภทต่างๆ (8,-11-ไอออน AgNP และ Ag+ ที่ปล่อยออกมาจาก AgNP จะโต้ตอบโดยตรงกับโมเลกุลชีวภาพที่มีฟอสฟอรัสหรือซัลเฟอร์ ซึ่งรวมถึง DNA, RNA และโปรตีน (12,-14-นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นว่าสร้างสายพันธุ์ออกซิเจนปฏิกิริยา (ROS) ทำให้เกิดความเสียหายต่อเมมเบรนในจุลินทรีย์ (15-ขนาด รูปร่าง และความเข้มข้นของ AgNP ยังเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อความสามารถในการต้านจุลชีพของสารเหล่านี้ (8-10-13-16-17).

การศึกษาก่อนหน้านี้ยังได้เน้นถึงปัญหาหลายประการเมื่อใช้ AgNP เพื่อควบคุมเชื้อโรคในสภาพแวดล้อมของน้ำประการแรก การศึกษาที่มีอยู่เกี่ยวกับประสิทธิผลของ AgNP ในการยับยั้งเชื้อโรคไวรัสในน้ำนั้นมีจำกัดนอกจากนี้ AgNP ที่กระจายตัวแบบเดี่ยวมักขึ้นอยู่กับการรวมตัวของอนุภาค-อนุภาคเนื่องจากขนาดที่เล็กและพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ และการรวมตัวเหล่านี้จะลดประสิทธิภาพของ AgNP ต่อเชื้อโรคจุลินทรีย์ (7-ในที่สุด AgNP ก็แสดงให้เห็นว่ามีผลกระทบต่อเซลล์หลายชนิด (5-18,-20) และการปล่อย AgNP สู่สภาพแวดล้อมทางน้ำอาจส่งผลให้เกิดปัญหาสุขภาพของมนุษย์และระบบนิเวศ

เมื่อเร็วๆ นี้ เราได้พัฒนาคอลลอยด์แม่เหล็กไฮบริดคอลลอยด์ (MHC) ขนาดไมโครมิเตอร์แบบใหม่ที่ตกแต่งด้วย AgNP ขนาดต่างๆ (21-22-แกน MHC สามารถใช้เพื่อกู้คืนคอมโพสิต AgNP จากสภาพแวดล้อมเราประเมินประสิทธิภาพการต้านไวรัสของอนุภาคนาโนเงินเหล่านี้ใน MHCs (AgNP-MHCs) โดยใช้แบคทีเรีย ϕX174, murine norovirus (MNV) และ adenovirus ภายใต้สภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน

ผลต้านไวรัสของ AgNP-MHCs ที่ความเข้มข้นต่าง ๆ ต่อแบคทีเรีย ϕX174 (a), MNV (b) และ AdV2 (c)ไวรัสเป้าหมายถูกบำบัดด้วยความเข้มข้นที่แตกต่างกันของ AgNP-MHCs และด้วย OH-MHCs (4.6 × 109 อนุภาค/มล.) เป็นตัวควบคุมในตู้ฟักแบบเขย่า (150 รอบต่อนาที, 1 ชั่วโมง, 25°C)วิธีการทดสอบคราบจุลินทรีย์ใช้เพื่อวัดไวรัสที่ยังมีชีวิตรอดค่าคือค่าเฉลี่ย ± ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน (SD) จากการทดลองอิสระสามครั้งเครื่องหมายดอกจันระบุค่าที่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ (P< 0.05 โดยการวิเคราะห์ความแปรปรวนทางเดียวด้วยการทดสอบของ Dunnett)

การศึกษานี้แสดงให้เห็นว่า AgNP-MHCs มีประสิทธิภาพในการยับยั้งแบคทีริโอฟาจและ MNV ซึ่งเป็นตัวแทนของโนโรไวรัสของมนุษย์ในน้ำนอกจากนี้ AgNP-MHC สามารถกู้คืนได้อย่างง่ายดายด้วยแม่เหล็ก ซึ่งป้องกันการปล่อย AgNP ที่อาจเป็นพิษออกสู่สิ่งแวดล้อมได้อย่างมีประสิทธิภาพการศึกษาก่อนหน้านี้จำนวนหนึ่งแสดงให้เห็นว่าความเข้มข้นและขนาดอนุภาคของ AgNP เป็นปัจจัยสำคัญในการยับยั้งจุลินทรีย์เป้าหมาย (8-16-17-ผลต้านจุลชีพของ AgNP ยังขึ้นอยู่กับชนิดของจุลินทรีย์ด้วยประสิทธิภาพของ AgNP-MHCs สำหรับการปิดใช้งาน ϕX174 เป็นไปตามความสัมพันธ์ของการตอบสนองต่อขนาดยาในบรรดา AgNP-MHC ที่ทดสอบนั้น Ag30-MHC มีประสิทธิภาพสูงกว่าในการปิดใช้งาน ϕX174 และ MNVสำหรับ MNV มีเพียง Ag30-MHC เท่านั้นที่แสดงฤทธิ์ต้านไวรัส โดยที่ AgNP-MHC อื่นๆ ไม่ทำให้เกิดการยับยั้งการทำงานของ MNV ที่มีนัยสำคัญใดๆไม่มี AgNP-MHCs ใดที่มีฤทธิ์ต้านไวรัสที่มีนัยสำคัญต่อ AdV2

นอกจากขนาดอนุภาคแล้ว ความเข้มข้นของเงินใน AgNP-MHC ก็มีความสำคัญเช่นกันความเข้มข้นของธาตุเงินดูเหมือนจะกำหนดประสิทธิภาพของผลต้านไวรัสของ AgNP-MHCsความเข้มข้นของธาตุเงินในสารละลายของ Ag07-MHCs และ Ag30-MHCs ที่ 4.6 × 109 อนุภาค/มล. เท่ากับ 28.75 ppm และ 200 ppm ตามลำดับ และมีความสัมพันธ์กับระดับการออกฤทธิ์ของไวรัสตารางที่ 2สรุปความเข้มข้นของธาตุเงินและพื้นที่ผิวของ AgNP-MHC ที่ทดสอบAg07-MHCs แสดงฤทธิ์ต้านไวรัสต่ำที่สุด และมีความเข้มข้นของธาตุเงินและพื้นที่ผิวต่ำที่สุด ซึ่งบ่งชี้ว่าคุณสมบัติเหล่านี้เกี่ยวข้องกับฤทธิ์ต้านไวรัสของ AgNP-MHCs

การศึกษาก่อนหน้านี้ของเราระบุว่ากลไกการต้านจุลชีพที่สำคัญของ AgNP-MHCs คือการดึงทางเคมีของไอออน Mg2+ หรือ Ca2+ จากเยื่อหุ้มจุลินทรีย์ การสร้างสารเชิงซ้อนที่มีหมู่ไทออลอยู่ที่เยื่อหุ้ม และการสร้างสายพันธุ์ออกซิเจนที่เกิดปฏิกิริยา (ROS) (21-เนื่องจาก AgNP-MHCs มีขนาดอนุภาคค่อนข้างใหญ่ (∼ 500 นาโนเมตร) จึงไม่น่าเป็นไปได้ที่พวกมันจะสามารถเจาะแคปซิดของไวรัสได้ดูเหมือนว่า AgNP-MHCs จะมีปฏิกิริยากับโปรตีนบนพื้นผิวของไวรัสแทนAgNP บนคอมโพสิตมีแนวโน้มที่จะจับกับโมเลกุลชีวโมเลกุลที่มีกลุ่ม thiol ที่ฝังอยู่ในโปรตีนเคลือบของไวรัสดังนั้นคุณสมบัติทางชีวเคมีของโปรตีนแคปซิดของไวรัสจึงมีความสำคัญต่อการพิจารณาความไวต่อ AgNP-MHCsรูปที่ 1แสดงให้เห็นถึงความอ่อนแอที่แตกต่างกันของไวรัสต่อผลกระทบของ AgNP-MHCแบคทีเรีย ϕX174 และ MNV ไวต่อ AgNP-MHCs แต่ AdV2 สามารถต้านทานได้ระดับความต้านทานสูงของ AdV2 มีแนวโน้มที่จะสัมพันธ์กับขนาดและโครงสร้างของมันAdenoviruses มีขนาดตั้งแต่ 70 ถึง 100 นาโนเมตร (30) ทำให้มีขนาดใหญ่กว่า ϕX174 (27 ถึง 33 nm) และ MNV (28 ถึง 35 nm) มาก (31-32-นอกจากขนาดที่ใหญ่แล้ว อะดีโนไวรัสยังมี DNA แบบเกลียวคู่ ซึ่งแตกต่างจากไวรัสอื่นๆ และทนทานต่อความเครียดจากสิ่งแวดล้อมต่างๆ เช่น ความร้อนและรังสี UV (33-34-การศึกษาก่อนหน้าของเรารายงานว่าการลด MS2 เกือบ 3-log10 เกิดขึ้นกับ Ag30-MHCs ภายใน 6 ชั่วโมง (21-MS2 และ ϕX174 มีขนาดใกล้เคียงกับกรดนิวคลีอิกประเภทต่างๆ (RNA หรือ DNA) แต่มีอัตราการยับยั้งที่ใกล้เคียงกันโดย Ag30-MHCsดังนั้นธรรมชาติของกรดนิวคลีอิกจึงไม่ใช่ปัจจัยสำคัญในการต้านทาน AgNP-MHCขนาดและรูปร่างของอนุภาคไวรัสดูเหมือนจะมีความสำคัญมากกว่า เนื่องจากอะดีโนไวรัสเป็นไวรัสที่มีขนาดใหญ่กว่ามากAg30-MHC สามารถลด M13 ได้เกือบ 2-log10 ภายใน 6 ชั่วโมง (ข้อมูลที่ยังไม่ได้เผยแพร่ของเรา)M13 เป็นไวรัส DNA สายเดี่ยว (35) และมีความยาว ∼880 นาโนเมตร และมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 6.6 นาโนเมตร (36-อัตราการยับยั้งการทำงานของแบคทีเรียชนิดเส้นใย M13 อยู่ในระดับปานกลางระหว่างไวรัสที่มีโครงสร้างทรงกลมขนาดเล็ก (MNV, ϕX174 และ MS2) และไวรัสขนาดใหญ่ (AdV2)

ในการศึกษานี้ จลนพลศาสตร์ของการยับยั้งการทำงานของ MNV แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญในการวิเคราะห์คราบจุลินทรีย์และการวิเคราะห์ RT-PCR (รูปที่ 2bและ​และค)ค-การตรวจวิเคราะห์ระดับโมเลกุล เช่น RT-PCR เป็นที่ทราบกันดีว่าประเมินอัตราการหยุดการทำงานของไวรัสต่ำเกินไปอย่างมีนัยสำคัญ (25-28) ตามที่พบในการศึกษาของเราเนื่องจาก AgNP-MHC มีปฏิกิริยากับพื้นผิวของไวรัสเป็นหลัก จึงมีแนวโน้มที่จะทำลายโปรตีนเคลือบไวรัสมากกว่ากรดนิวคลีอิกของไวรัสดังนั้นการทดสอบ RT-PCR เพื่อวัดกรดนิวคลีอิกของไวรัสอาจดูถูกดูแคลนการหยุดการทำงานของไวรัสอย่างมีนัยสำคัญผลกระทบของไอออน Ag+ และการสร้างสายพันธุ์ออกซิเจนปฏิกิริยา (ROS) ควรมีส่วนในการยับยั้งการทำงานของไวรัสที่ทดสอบอย่างไรก็ตาม กลไกการต้านไวรัสของ AgNP-MHCs หลายประการยังไม่ชัดเจน และจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมโดยใช้แนวทางเทคโนโลยีชีวภาพเพื่ออธิบายกลไกของการต้านทานสูงของ AdV2

สุดท้ายนี้ เราประเมินความทนทานของฤทธิ์ต้านไวรัสของ Ag30-MHC โดยการเปิดเผยค่า pH ที่หลากหลาย และตัวอย่างน้ำประปาและน้ำผิวดินก่อนที่จะวัดฤทธิ์ต้านไวรัส (มะเดื่อ 3และ​และ4).4-การสัมผัสกับสภาวะ pH ที่ต่ำมากส่งผลให้เกิดการสูญเสีย AgNP ทางกายภาพและ/หรือการทำงานของ MHC (ข้อมูลที่ยังไม่ได้เผยแพร่)ในการมีอยู่ของอนุภาคที่ไม่จำเพาะ Ag30-MHC จะแสดงฤทธิ์ต้านไวรัสอย่างสม่ำเสมอ แม้ว่าฤทธิ์ต้านไวรัสต่อ MS2 จะลดลงก็ตามฤทธิ์ต้านไวรัสต่ำที่สุดในน้ำผิวดินที่ไม่มีการกรอง เนื่องจากปฏิสัมพันธ์ระหว่าง Ag30-MHCs และอนุภาคที่ไม่จำเพาะในน้ำผิวดินที่มีความขุ่นสูงอาจทำให้ฤทธิ์ต้านไวรัสลดลง (ตารางที่ 3-ดังนั้น การประเมินภาคสนามของ AgNP-MHC ในน้ำประเภทต่างๆ (เช่น ที่มีความเข้มข้นของเกลือหรือกรดฮิวมิกต่างกัน) ควรดำเนินการในอนาคต

โดยสรุป คอมโพสิต Ag ใหม่ AgNP-MHCs มีความสามารถในการต้านไวรัสได้ดีเยี่ยมในการต่อต้านไวรัสหลายชนิด รวมถึง ϕX174 และ MNVAgNP-MHC รักษาประสิทธิภาพที่แข็งแกร่งภายใต้สภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน และอนุภาคเหล่านี้สามารถกู้คืนได้อย่างง่ายดายโดยใช้แม่เหล็ก ซึ่งช่วยลดผลกระทบที่เป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์และสิ่งแวดล้อมการศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าคอมโพสิต AgNP สามารถเป็นยาต้านไวรัสที่มีประสิทธิผลในสภาพแวดล้อมต่างๆ โดยไม่มีความเสี่ยงต่อระบบนิเวศที่มีนัยสำคัญ