Наначасціцы срэбра (AgNP) лічацца патэнцыйна карысным інструментам для барацьбы з рознымі патагенамі.Аднак ёсць заклапочанасць з нагоды выкіду AgNP ў навакольнае асяроддзе, паколькі яны могуць выклікаць неспрыяльныя наступствы для здароўя чалавека і экалогіі.У гэтым даследаванні мы распрацавалі і ацанілі новы магнітны гібрыдны калоід мікраметровага памеру (MHC), упрыгожаны AgNP рознага памеру (AgNP-MHC).Пасля прымянення для дэзінфекцыі гэтыя часціцы могуць быць лёгка выдзелены з навакольнага асяроддзя з дапамогай іх магнітных уласцівасцяў і застаюцца эфектыўнымі для інактывацыі вірусных узбуджальнікаў.Мы ацанілі эфектыўнасць AgNP-MHC для інактывацыі бактэрыяфага ϕX174, мышынага норавіруса (MNV) і адэнавірусу сератыпу 2 (AdV2).Гэтыя мэтавыя вірусы падвяргаліся ўздзеянню AgNP-MHCs на працягу 1, 3 і 6 гадзін пры 25 °C, а затым аналізаваліся з дапамогай аналізу бляшак і ПЦР TaqMan у рэальным часе.AgNP-MHCs былі падвергнуты ўздзеянню шырокага дыяпазону ўзроўняў pH і вадаправоднай і паверхневай вады, каб ацаніць іх супрацьвіруснае дзеянне ў розных умовах навакольнага асяроддзя.Сярод трох правераных тыпаў AgNP-MHC Ag30-MHC прадэманстраваў самую высокую эфектыўнасць для інактывацыі вірусаў.ϕX174 і MNV былі зніжаны больш чым на 2 log10 пасля ўздзеяння 4,6 × 109 Ag30-MHCs/мл на працягу 1 гадзіны.Гэтыя вынікі паказалі, што AgNP-MHC могуць быць выкарыстаны для інактывацыі вірусных узбуджальнікаў з мінімальнай верагоднасцю патэнцыйнага выкіду ў навакольнае асяроддзе.

Дзякуючы нядаўнім дасягненням у галіне нанатэхналогій, наначасціцам ва ўсім свеце надаецца павышаная ўвага ў галіне біятэхналогій, медыцыны і аховы здароўя (1,2).Дзякуючы высокаму стаўленню паверхні да аб'ёму, нанапамерныя матэрыялы, як правіла, ад 10 да 500 нм, маюць унікальныя фізіка-хімічныя ўласцівасці ў параўнанні з матэрыяламі большага памеру (1).Форму і памер нанаматэрыялаў можна кантраляваць, а на іх паверхні можна кан'югаваць пэўныя функцыянальныя групы для забеспячэння ўзаемадзеяння з пэўнымі вавёркамі або ўнутрыклеткавага паглынання (3,–5).

Наначасціцы срэбра (AgNP) шырока вывучаліся як антымікробны сродак (6).Срэбра выкарыстоўваецца ў стварэнні вытанчаных сталовых прыбораў, для ўпрыгожвання і ў лячэбных сродках.Злучэнні срэбра, такія як сульфадыязін срэбра і некаторыя солі, выкарыстоўваліся ў якасці сродкаў для догляду за ранамі і для лячэння інфекцыйных захворванняў дзякуючы іх антымікробным уласцівасцям (6,7).Нядаўнія даследаванні паказалі, што AgNP вельмі эфектыўныя для інактывацыі розных тыпаў бактэрый і вірусаў (8,–11).AgNPs і іёны Ag+, вызваленыя з AgNPs, непасрэдна ўзаемадзейнічаюць з біямалекуламі, якія змяшчаюць фосфар або серу, уключаючы ДНК, РНК і вавёркі (12,–14).Было таксама паказана, што яны ствараюць актыўныя формы кіслароду (АФК), выклікаючы пашкоджанне мембран у мікраарганізмаў (15).Памер, форма і канцэнтрацыя AgNP таксама з'яўляюцца важнымі фактарамі, якія ўплываюць на іх антымікробныя магчымасці (8,10,13,16,17).

Папярэднія даследаванні таксама вылучылі некалькі праблем, калі AgNP выкарыстоўваюцца для барацьбы з хваробатворнымі мікраарганізмамі ў водным асяроддзі.Па-першае, існуючыя даследаванні эфектыўнасці AgNP для інактывацыі вірусных узбуджальнікаў у вадзе абмежаваныя.Акрамя таго, монадысперсныя AgNP звычайна падвяргаюцца агрэгацыі часціц-часціц з-за іх малога памеру і вялікай плошчы паверхні, і гэтыя агрэгаты зніжаюць эфектыўнасць AgNP супраць мікробных патагенаў (7).Нарэшце, было паказана, што AgNPs аказваюць розныя цітотоксіческой эфекты (5,18,–20), і выкід AgNPs у воднае асяроддзе можа прывесці да здароўя чалавека і экалагічных праблем.

Нядаўна мы распрацавалі новы магнітны гібрыдны калоід мікраметровага памеру (MHC), упрыгожаны AgNP розных памераў (21,22).Ядро MHC можа быць выкарыстана для аднаўлення кампазітаў AgNP з навакольнага асяроддзя.Мы ацанілі супрацьвірусную эфектыўнасць гэтых наначасціц срэбра на MHCs (AgNP-MHCs) з выкарыстаннем бактэрыяфага ϕX174, мышынага норавіруса (MNV) і адэнавіруса ў розных умовах навакольнага асяроддзя.

Супрацьвірусныя эфекты AgNP-MHCs у розных канцэнтрацыях супраць бактэрыяфага ϕX174 (a), MNV (b) і AdV2 (c).Вірусы-мішэні апрацоўвалі рознымі канцэнтрацыямі AgNP-MHCs і OH-MHCs (4,6 × 109 часціц/мл) у якасці кантролю ў інкубатары для ўстрэсвання (150 абаротаў у хвіліну, 1 гадзіна, 25 ° C).Для вымярэння выжылых вірусаў выкарыстоўваўся метад аналізу бляшак.Значэнні ўяўляюць сабой сярэднія ± стандартныя адхіленні (SD) з трох незалежных эксперыментаў.Зорачкі абазначаюць значна розныя значэнні (P<0,05 паводле аднабаковага дысперсійнага аналізу з крытэрам Данэта).

Гэта даследаванне паказала, што AgNP-MHC эфектыўныя для інактывацыі бактэрыяфагаў і MNV, сурагату норавіруса чалавека, у вадзе.Акрамя таго, AgNP-MHCs можна лёгка аднавіць з дапамогай магніта, эфектыўна прадухіляючы выкід патэнцыйна таксічных AgNPs у навакольнае асяроддзе.Шэраг папярэдніх даследаванняў паказалі, што канцэнтрацыя і памер часціц AgNP з'яўляюцца крытычнымі фактарамі для інактывацыі мэтавых мікраарганізмаў (8,16,17).Антымікробныя эфекты AgNP таксама залежаць ад тыпу мікраарганізма.Эфектыўнасць AgNP-MHC для інактывацыі ϕX174 вызначалася залежнасцю доза-рэакцыя.Сярод правераных AgNP-MHCs Ag30-MHCs мелі больш высокую эфектыўнасць для інактывацыі ϕX174 і MNV.Для MNV толькі Ag30-MHCs дэманстравалі супрацьвірусную актыўнасць, а іншыя AgNP-MHCs не выклікалі значнай інактывацыі MNV.Ні адзін з AgNP-MHC не меў істотнай супрацьвіруснай актыўнасці супраць AdV2.

У дадатак да памеру часціц важная таксама была канцэнтрацыя срэбра ў AgNP-MHCs.Аказалася, што канцэнтрацыя срэбра вызначае эфектыўнасць супрацьвіруснага ўздзеяння AgNP-MHCs.Канцэнтрацыі срэбра ў растворах Ag07-MHCs і Ag30-MHCs пры 4,6 × 109 часціц/мл складалі 28,75 праміле і 200 праміле адпаведна і карэлявалі з узроўнем супрацьвіруснай актыўнасці.Табліца 2абагульняе канцэнтрацыі срэбра і плошчы паверхні правераных AgNP-MHCs.Ag07-MHC праявілі самую нізкую супрацьвірусную актыўнасць і мелі найменшую канцэнтрацыю срэбра і плошчу паверхні, што сведчыць аб тым, што гэтыя ўласцівасці звязаны з супрацьвіруснай актыўнасцю AgNP-MHC.

Наша папярэдняе даследаванне паказала, што асноўнымі антымікробнымі механізмамі AgNP-MHC з'яўляюцца хімічная абстракцыя іёнаў Mg2+ або Ca2+ з мікробных мембран, стварэнне комплексаў з тиоловыми групамі, размешчанымі на мембранах, і генерацыя актыўных формаў кіслароду (АФК) (21).Паколькі AgNP-MHCs маюць адносна вялікі памер часціц (∼500 нм), малаверагодна, што яны могуць пранікаць праз вірусны капсід.Замест гэтага AgNP-MHC, падобна, узаемадзейнічаюць з павярхоўнымі вавёркамі віруса.AgNP на кампазітах, як правіла, звязваюць біямалекулы, якія змяшчаюць тыолавыя групы, убудаваныя ў вавёркі абалонкі вірусаў.Такім чынам, біяхімічныя ўласцівасці вірусных капсидных бялкоў важныя для вызначэння іх успрымальнасці да AgNP-MHCs.Малюнак 1паказвае розную адчувальнасць вірусаў да ўздзеяння AgNP-MHCs.Бактэрыяфагі ϕX174 і MNV былі адчувальныя да AgNP-MHCs, але AdV2 быў устойлівым.Высокі ўзровень устойлівасці AdV2, верагодна, звязаны з яго памерам і структурай.Адэнавірусы маюць памеры ад 70 да 100 нм (30), што робіць іх значна большымі, чым ϕX174 (ад 27 да 33 нм) і MNV (ад 28 да 35 нм) (31,32).У дадатак да вялікага памеру, адэнавірусы маюць двухцепочечную ДНК, у адрозненне ад іншых вірусаў, і ўстойлівыя да розных стрэсаў навакольнага асяроддзя, такіх як цяпло і УФ-выпраменьванне (33,34).Наша папярэдняе даследаванне паказала, што амаль 3-log10 зніжэнне MS2 адбылося з Ag30-MHCs на працягу 6 гадзін (21).MS2 і ϕX174 маюць падобныя памеры з рознымі тыпамі нуклеінавых кіслот (РНК або ДНК), але маюць аднолькавую хуткасць інактывацыі Ag30-MHC.Такім чынам, прырода нуклеінавай кіслаты не з'яўляецца галоўным фактарам устойлівасці да AgNP-MHCs.Замест гэтага памер і форма віруснай часціцы аказаліся больш важнымі, таму што адэнавірус значна большы вірус.Ag30-MHCs дасягнулі амаль 2-log10 зніжэння M13 на працягу 6 гадзін (нашы неапублікаваныя дадзеныя).M13 - вірус з адналанцуговай ДНК (35) і мае ~880 нм у даўжыню і 6,6 нм у дыяметры (36).Хуткасць інактывацыі ніткападобнага бактэрыяфага M13 была прамежкавай паміж малымі вірусамі круглай структуры (MNV, ϕX174 і MS2) і буйнымі вірусамі (AdV2).

У дадзеным даследаванні кінетыка інактывацыі MNV істотна адрознівалася ў аналізе налёту і аналізе RT-PCR (Мал. 2бііc).c).Вядома, што малекулярныя аналізы, такія як RT-PCR, значна недаацэньваюць хуткасць інактывацыі вірусаў (25,28), як было выяўлена ў нашым даследаванні.Паколькі AgNP-MHC ўзаемадзейнічаюць галоўным чынам з паверхняй віруса, яны з большай верагоднасцю пашкоджваюць бялкі абалонкі віруса, а не нуклеінавыя кіслоты віруса.Такім чынам, аналіз RT-PCR для вымярэння нуклеінавай кіслаты віруса можа значна недаацаніць інактывацыю вірусаў.Уплыў іёнаў Ag+ і генерацыя актыўных формаў кіслароду (АФК) павінны быць прычынай інактывацыі доследных вірусаў.Тым не менш, многія аспекты супрацьвірусных механізмаў AgNP-MHCs па-ранейшаму няясныя, і для высвятлення механізму высокай устойлівасці AdV2 патрабуюцца далейшыя даследаванні з выкарыстаннем біятэхналагічных падыходаў.

Нарэшце, мы ацанілі ўстойлівасць супрацьвіруснай актыўнасці Ag30-MHCs, падвяргаючы іх уздзеянню шырокага дыяпазону значэнняў pH і пробам вадаправоднай і паверхневай вады перад вымярэннем іх супрацьвіруснай актыўнасці (Малюнак 3іі4).4).Уздзеянне ва ўмовах надзвычай нізкага pH прывяло да фізічнай і/або функцыянальнай страты AgNP з MHC (неапублікаваныя дадзеныя).У прысутнасці неспецыфічных часціц Ag30-MHC паслядоўна дэманстраваў супрацьвірусную актыўнасць, нягледзячы на ​​​​зніжэнне супрацьвіруснай актыўнасці супраць MS2.Супрацьвірусная актыўнасць была самай нізкай у нефільтраванай паверхневай вадзе, паколькі ўзаемадзеянне паміж Ag30-MHC і неспецыфічнымі часціцамі ў моцна каламутнай паверхневай вадзе, верагодна, выклікала зніжэнне супрацьвіруснай актыўнасці (Табліца 3).Такім чынам, палявыя ацэнкі AgNP-MHCs у розных тыпах вады (напрыклад, з рознымі канцэнтрацыямі солі або гумінавых кіслот) павінны быць выкананы ў будучыні.

У заключэнне, новыя кампазіты Ag, AgNP-MHC, валодаюць выдатнымі супрацьвіруснымі здольнасцямі супраць некалькіх вірусаў, у тым ліку ϕX174 і MNV.AgNP-MHC захоўваюць моцную эфектыўнасць у розных умовах навакольнага асяроддзя, і гэтыя часціцы можна лёгка аднавіць з дапамогай магніта, што зніжае іх патэнцыйнае шкоднае ўздзеянне на здароўе чалавека і навакольнае асяроддзе.Гэта даследаванне паказала, што кампазіт AgNP можа быць эфектыўным супрацьвірусным сродкам у розных умовах навакольнага асяроддзя без значных экалагічных рызык.