Las nanopartículas de plata (AgNP) se consideran una herramienta potencialmente útil para controlar diversos patógenos.Sin embargo, existen preocupaciones sobre la liberación de AgNP en los medios ambientales, ya que pueden generar efectos adversos para la salud humana y la ecología.En este estudio, desarrollamos y evaluamos un nuevo coloide híbrido magnético (MHC) de tamaño micrométrico decorado con AgNP de diversos tamaños (AgNP-MHC).Después de aplicarse para desinfección, estas partículas se pueden recuperar fácilmente de los medios ambientales utilizando sus propiedades magnéticas y siguen siendo efectivas para inactivar patógenos virales.Evaluamos la eficacia de AgNP-MHC para inactivar el bacteriófago ϕX174, el norovirus murino (MNV) y el adenovirus serotipo 2 (AdV2).Estos virus diana se expusieron a AgNP-MHC durante 1, 3 y 6 h a 25 °C y luego se analizaron mediante ensayo de placa y PCR TaqMan en tiempo real.Los AgNP-MHC se expusieron a una amplia gama de niveles de pH y al agua del grifo y de la superficie para evaluar sus efectos antivirales en diferentes condiciones ambientales.Entre los tres tipos de AgNP-MHC probados, los Ag30-MHC mostraron la mayor eficacia para inactivar los virus.El ϕX174 y el MNV se redujeron en más de 2 log10 después de la exposición a 4,6 × 109 Ag30-MHC/ml durante 1 h.Estos resultados indicaron que los AgNP-MHC podrían usarse para inactivar patógenos virales con una probabilidad mínima de liberación potencial al medio ambiente.

Con los recientes avances en nanotecnología, las nanopartículas han recibido mayor atención en todo el mundo en los campos de la biotecnología, la medicina y la salud pública (1,2).Debido a su alta relación superficie-volumen, los materiales de tamaño nanométrico, que normalmente oscilan entre 10 y 500 nm, tienen propiedades fisicoquímicas únicas en comparación con las de materiales más grandes.1).La forma y el tamaño de los nanomateriales se pueden controlar y se pueden conjugar grupos funcionales específicos en sus superficies para permitir interacciones con ciertas proteínas o la absorción intracelular.3,–5).

Las nanopartículas de plata (AgNP) han sido ampliamente estudiadas como agentes antimicrobianos (6).La plata se utiliza en la creación de cubertería fina, para ornamentación y en agentes terapéuticos.Los compuestos de plata como la sulfadiazina de plata y ciertas sales se han utilizado como productos para el cuidado de heridas y como tratamientos para enfermedades infecciosas debido a sus propiedades antimicrobianas.6,7).Estudios recientes han revelado que las AgNP son muy efectivas para inactivar varios tipos de bacterias y virus (8,–11).Las AgNP y los iones Ag+ liberados de las AgNP interactúan directamente con biomoléculas que contienen fósforo o azufre, incluidos el ADN, el ARN y las proteínas.12,–14).También se ha demostrado que generan especies reactivas de oxígeno (ROS), que causan daño a las membranas de los microorganismos (15).El tamaño, la forma y la concentración de las AgNP también son factores importantes que afectan sus capacidades antimicrobianas.8,10,13,16,17).

Estudios anteriores también han puesto de relieve varios problemas cuando se utilizan AgNP para controlar patógenos en un entorno acuático.En primer lugar, los estudios existentes sobre la eficacia de las AgNP para inactivar patógenos virales en el agua son limitados.Además, las AgNP monodispersas generalmente están sujetas a agregación entre partículas debido a su pequeño tamaño y gran área de superficie, y estos agregados reducen la efectividad de las AgNP contra patógenos microbianos.7).Finalmente, se ha demostrado que las AgNP tienen varios efectos citotóxicos (5,18,–20), y la liberación de AgNP en un entorno acuático podría provocar problemas ecológicos y de salud humana.

Recientemente, desarrollamos un novedoso coloide híbrido magnético (MHC) de tamaño micrométrico decorado con AgNP de varios tamaños (21,22).El núcleo MHC se puede utilizar para recuperar los compuestos de AgNP del medio ambiente.Evaluamos la eficacia antiviral de estas nanopartículas de plata en MHC (AgNP-MHC) utilizando el bacteriófago ϕX174, norovirus murino (MNV) y adenovirus en diferentes condiciones ambientales.

Efectos antivirales de AgNP-MHC en diversas concentraciones contra el bacteriófago ϕX174 (a), MNV (b) y AdV2 (c).Los virus diana se trataron con diferentes concentraciones de AgNP-MHC y con OH-MHC (4,6 × 109 partículas/ml) como control, en una incubadora con agitación (150 rpm, 1 h, 25 °C).Se utilizó el método de ensayo de placas para medir los virus supervivientes.Los valores son medias ± desviaciones estándar (DE) de tres experimentos independientes.Los asteriscos indican valores significativamente diferentes (P< 0,05 mediante ANOVA unidireccional con la prueba de Dunnett).

Este estudio demostró que los AgNP-MHC son eficaces para inactivar bacteriófagos y MNV, un sustituto del norovirus humano, en el agua.Además, los AgNP-MHC se pueden recuperar fácilmente con un imán, lo que previene eficazmente la liberación de AgNP potencialmente tóxicos al medio ambiente.Varios estudios previos han demostrado que la concentración y el tamaño de las partículas de AgNP son factores críticos para inactivar los microorganismos objetivo.8,16,17).Los efectos antimicrobianos de las AgNP también dependen del tipo de microorganismo.La eficacia de AgNP-MHC para inactivar ϕX174 siguió una relación dosis-respuesta.Entre los AgNP-MHC probados, los Ag30-MHC tuvieron una mayor eficacia para inactivar ϕX174 y MNV.Para MNV, solo los Ag30-MHC mostraron actividad antiviral, y los otros AgNP-MHC no generaron ninguna inactivación significativa de MNV.Ninguno de los AgNP-MHC tuvo actividad antiviral significativa contra AdV2.

Además del tamaño de las partículas, también fue importante la concentración de plata en los AgNP-MHC.La concentración de plata pareció determinar la eficacia de los efectos antivirales de los AgNP-MHC.Las concentraciones de plata en soluciones de Ag07-MHC y Ag30-MHC a 4,6 × 109 partículas/ml fueron 28,75 ppm y 200 ppm, respectivamente, y se correlacionaron con el nivel de actividad antiviral.Tabla 2Resume las concentraciones de plata y las áreas de superficie de los AgNP-MHC probados.Los Ag07-MHC mostraron la actividad antiviral más baja y tuvieron la menor concentración de plata y área de superficie, lo que sugiere que estas propiedades están relacionadas con la actividad antiviral de los AgNP-MHC.

Nuestro estudio anterior indicó que los principales mecanismos antimicrobianos de AgNP-MHC son la abstracción química de iones Mg2+ o Ca2+ de las membranas microbianas, la creación de complejos con grupos tiol ubicados en las membranas y la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) (21).Debido a que los AgNP-MHC tienen un tamaño de partícula relativamente grande (aproximadamente 500 nm), es poco probable que puedan penetrar una cápside viral.En cambio, los AgNP-MHC parecen interactuar con las proteínas de la superficie viral.Las AgNP en los compuestos tienden a unirse a biomoléculas que contienen grupos tiol incrustadas en las proteínas de la cubierta de los virus.Por lo tanto, las propiedades bioquímicas de las proteínas de la cápside viral son importantes para determinar su susceptibilidad a los AgNP-MHC.Figura 1muestra las diferentes susceptibilidades de los virus a los efectos de los AgNP-MHC.Los bacteriófagos ϕX174 y MNV eran susceptibles a AgNP-MHC, pero AdV2 era resistente.Es probable que el alto nivel de resistencia del AdV2 esté asociado con su tamaño y estructura.Los adenovirus varían en tamaño de 70 a 100 nm (30), haciéndolos mucho más grandes que ϕX174 (27 a 33 nm) y MNV (28 a 35 nm) (31,32).Además de su gran tamaño, los adenovirus tienen ADN de doble cadena, a diferencia de otros virus, y son resistentes a diversas tensiones ambientales como el calor y la radiación ultravioleta.33,34).Nuestro estudio anterior informó que se produjo casi una reducción de 3-log10 de MS2 con Ag30-MHC en 6 h (21).MS2 y ϕX174 tienen tamaños similares con diferentes tipos de ácido nucleico (ARN o ADN), pero tienen tasas similares de inactivación por Ag30-MHC.Por lo tanto, la naturaleza del ácido nucleico no parece ser el factor principal de resistencia a los AgNP-MHC.En cambio, el tamaño y la forma de la partícula viral parecían ser más importantes, porque el adenovirus es un virus mucho más grande.Los Ag30-MHC lograron casi una reducción de 2 log10 de M13 en 6 h (nuestros datos no publicados).M13 es un virus de ADN monocatenario (35) y tiene aproximadamente 880 nm de longitud y 6,6 nm de diámetro (36).La tasa de inactivación del bacteriófago filamentoso M13 fue intermedia entre la de virus pequeños de estructura redonda (MNV, ϕX174 y MS2) y un virus grande (AdV2).

En el presente estudio, la cinética de inactivación de MNV fue significativamente diferente en el ensayo de placa y el ensayo de RT-PCR (Figura 2by​yc).c).Se sabe que los ensayos moleculares como la RT-PCR subestiman significativamente las tasas de inactivación de los virus (25,28), como se encontró en nuestro estudio.Debido a que los AgNP-MHC interactúan principalmente con la superficie viral, es más probable que dañen las proteínas de la cubierta viral en lugar de los ácidos nucleicos virales.Por lo tanto, un ensayo de RT-PCR para medir el ácido nucleico viral puede subestimar significativamente la inactivación de los virus.El efecto de los iones Ag+ y la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) deberían ser responsables de la inactivación de los virus probados.Sin embargo, muchos aspectos de los mecanismos antivirales de AgNP-MHC aún no están claros y se requiere más investigación utilizando enfoques biotecnológicos para dilucidar el mecanismo de la alta resistencia de AdV2.

Finalmente, evaluamos la solidez de la actividad antiviral de los Ag30-MHC exponiéndolos a una amplia gama de valores de pH y a muestras de agua superficial y del grifo antes de medir su actividad antiviral (Fig. 3y​y4).4).La exposición a condiciones de pH extremadamente bajo resultó en la pérdida física y/o funcional de AgNP del MHC (datos no publicados).En presencia de partículas inespecíficas, los Ag30-MHC mostraron consistentemente actividad antiviral, a pesar de una disminución en la actividad antiviral contra MS2.La actividad antiviral fue más baja en el agua superficial sin filtrar, ya que una interacción entre Ag30-MHC y partículas no específicas en el agua superficial altamente turbia probablemente causó una reducción de la actividad antiviral (Tabla 3).Por lo tanto, en el futuro deberían realizarse evaluaciones de campo de AgNP-MHC en varios tipos de agua (por ejemplo, con diferentes concentraciones de sal o ácido húmico).

En conclusión, los nuevos compuestos de Ag, AgNP-MHC, tienen excelentes capacidades antivirales contra varios virus, incluidos ϕX174 y MNV.Los AgNP-MHC mantienen una gran eficacia en diferentes condiciones ambientales y estas partículas se pueden recuperar fácilmente mediante un imán, lo que reduce sus posibles efectos nocivos para la salud humana y el medio ambiente.Este estudio demostró que el compuesto AgNP puede ser un antiviral eficaz en diversos entornos ambientales, sin riesgos ecológicos significativos.