نانوذرات نقره (AgNPs) به عنوان یک ابزار بالقوه مفید برای کنترل پاتوژن های مختلف در نظر گرفته می شوند.با این حال، نگرانی‌هایی در مورد انتشار AgNPs در رسانه‌های محیطی وجود دارد، زیرا ممکن است اثرات نامطلوبی بر سلامت انسان و زیست‌محیطی ایجاد کنند.در این مطالعه، ما یک کلوئید هیبریدی مغناطیسی جدید با اندازه میکرومتر (MHC) که با نقره‌های نقره با اندازه‌های مختلف (AgNP-MHCs) تزئین شده بود، توسعه و ارزیابی کردیم.پس از استفاده برای گندزدایی، این ذرات می توانند به راحتی از محیط های محیطی با استفاده از خواص مغناطیسی خود بازیابی شوند و برای غیرفعال کردن پاتوژن های ویروسی موثر باقی بمانند.ما کارایی AgNP-MHCs را برای غیرفعال کردن باکتریوفاژ φX174، نوروویروس موشی (MNV) و سروتیپ آدنوویروس 2 (AdV2) ارزیابی کردیم.این ویروس های هدف به مدت 1، 3 و 6 ساعت در دمای 25 درجه سانتیگراد در معرض AgNP-MHCs قرار گرفتند و سپس با روش سنجش پلاک و TaqMan PCR بلادرنگ آنالیز شدند.AgNP-MHCs در معرض طیف وسیعی از سطوح pH و در معرض آب و آب سطحی قرار گرفتند تا اثرات ضد ویروسی خود را تحت شرایط مختلف محیطی ارزیابی کنند.در میان سه نوع AgNP-MHCs آزمایش شده، Ag30-MHCs بالاترین کارایی را برای غیرفعال کردن ویروس ها نشان داد.ϕX174 و MNV پس از قرار گرفتن در معرض 4.6 × 109 Ag30-MHCs / ml به مدت 1 ساعت، بیش از 2 log10 کاهش یافت.این نتایج نشان داد که AgNP-MHCs را می توان برای غیرفعال کردن پاتوژن های ویروسی با حداقل شانس انتشار بالقوه در محیط استفاده کرد.

با پیشرفت‌های اخیر در فناوری نانو، نانوذرات در سراسر جهان در زمینه‌های بیوتکنولوژی، پزشکی و بهداشت عمومی مورد توجه قرار گرفته‌اند.1،2).به دلیل نسبت سطح به حجم بالا، مواد با اندازه نانو، معمولاً بین 10 تا 500 نانومتر، در مقایسه با مواد بزرگتر، خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فردی دارند.1).شکل و اندازه نانومواد را می‌توان کنترل کرد و گروه‌های عاملی خاصی را می‌توان روی سطوح آن‌ها کونژوگه کرد تا برهمکنش با پروتئین‌های خاص یا جذب درون سلولی امکان‌پذیر شود.3,–5).

نانوذرات نقره (AgNPs) به طور گسترده ای به عنوان یک عامل ضد میکروبی مورد مطالعه قرار گرفته اند.6).نقره در ساخت کارد و چنگال خوب، برای تزئین و در عوامل درمانی استفاده می شود.ترکیبات نقره مانند سولفادیازین نقره و نمک های خاص به دلیل خواص ضد میکروبی به عنوان محصولات مراقبت از زخم و به عنوان درمان بیماری های عفونی مورد استفاده قرار می گیرند.6،7).مطالعات اخیر نشان داده است که نانوذرات نقره برای غیرفعال کردن انواع مختلف باکتری ها و ویروس ها بسیار موثر هستند.8,–11).یون‌های AgNP و Ag+ آزاد شده از نانوذرات نقره مستقیماً با مولکول‌های زیستی حاوی فسفر یا گوگرد، از جمله DNA، RNA و پروتئین‌ها تعامل دارند.12,–14).همچنین نشان داده شده است که آنها گونه های فعال اکسیژن (ROS) تولید می کنند که باعث آسیب غشاء در میکروارگانیسم ها می شود.15).اندازه، شکل و غلظت نانوذرات نقره نیز از عوامل مهمی هستند که بر قابلیت های ضد میکروبی آنها تأثیر می گذارد.8،10،13،16،17).

مطالعات قبلی همچنین مشکلات متعددی را در هنگام استفاده از نانوذرات نقره برای کنترل پاتوژن‌ها در یک محیط آبی برجسته کرده‌اند.اول، مطالعات موجود در مورد اثربخشی نانوذرات نقره برای غیرفعال کردن پاتوژن های ویروسی در آب محدود است.علاوه بر این، نانوذرات نقره تک پراکنده معمولاً به دلیل اندازه کوچک و مساحت سطح بزرگ، در معرض تجمع ذرات-ذره قرار می‌گیرند و این سنگدانه‌ها کارایی نانوذرات نقره در برابر پاتوژن‌های میکروبی را کاهش می‌دهند.7).در نهایت، نشان داده شده است که نانوذرات نقره دارای اثرات سیتوتوکسیک مختلفی هستند.5،18,–20و انتشار نانوذرات نقره در محیط آبی می تواند منجر به سلامت انسان و مشکلات اکولوژیکی شود.

اخیرا، ما یک کلوئید هیبریدی مغناطیسی جدید به اندازه میکرومتر (MHC) ایجاد کردیم که با نانوذرات نقره در اندازه‌های مختلف تزئین شده است.21،22).از هسته MHC می توان برای بازیابی کامپوزیت های AgNP از محیط استفاده کرد.ما کارایی ضد ویروسی این نانوذرات نقره را بر روی MHCs (AgNP-MHCs) با استفاده از باکتریوفاژ φX174، نوروویروس موشی (MNV) و آدنوویروس تحت شرایط محیطی مختلف ارزیابی کردیم.

اثرات ضد ویروسی AgNP-MHCs در غلظت های مختلف بر علیه باکتریوفاژ φ X174 (a)، MNV (b)، و AdV2 (c).ویروس‌های هدف با غلظت‌های مختلف AgNP-MHCs و با OH-MHCs (4.6 × 109 ذرات در میلی‌لیتر) به عنوان شاهد، در انکوباتور تکان دهنده (150 دور در دقیقه، 1 ساعت، 25 درجه سانتی‌گراد) تیمار شدند.برای اندازه گیری ویروس های زنده مانده از روش سنجش پلاک استفاده شد.مقادیر میانگین ± انحراف استاندارد (SD) از سه آزمایش مستقل هستند.ستاره ها مقادیر بسیار متفاوتی را نشان می دهند (P< 0.05 توسط ANOVA یک طرفه با آزمون Dunnett).

این مطالعه نشان داد که AgNP-MHCs برای غیرفعال کردن باکتریوفاژها و MNV، جانشین نورویروس انسانی، در آب موثر هستند.علاوه بر این، AgNP-MHCs را می توان به راحتی با آهنربا بازیابی کرد و به طور موثر از انتشار AgNP های سمی بالقوه در محیط جلوگیری کرد.تعدادی از مطالعات قبلی نشان داده اند که غلظت و اندازه ذرات نقره فاکتورهای حیاتی برای غیرفعال کردن میکروارگانیسم های هدف هستند.8،16،17).اثرات ضد میکروبی نانوذرات نقره به نوع میکروارگانیسم نیز بستگی دارد.اثربخشی AgNP-MHCs برای غیرفعال کردن φX174 یک رابطه دوز-پاسخ را دنبال کرد.در میان AgNP-MHC های آزمایش شده، Ag30-MHCs کارایی بالاتری برای غیرفعال کردن φX174 و MNV داشتند.برای MNV، تنها Ag30-MHCs فعالیت ضد ویروسی را نشان دادند، در حالی که سایر AgNP-MHC ها هیچ گونه غیرفعال سازی قابل توجهی از MNV را ایجاد نکردند.هیچ یک از AgNP-MHC ها فعالیت ضد ویروسی قابل توجهی در برابر AdV2 نداشتند.

علاوه بر اندازه ذرات، غلظت نقره در AgNP-MHCs نیز مهم بود.غلظت نقره برای تعیین اثربخشی اثرات ضد ویروسی AgNP-MHCs به نظر می رسد.غلظت نقره در محلول‌های Ag07-MHCs و Ag30-MHCs در 4.6 × 109 ذرات در میلی‌لیتر به ترتیب ppm 28.75 و ppm 200 بود و با سطح فعالیت ضد ویروسی همبستگی داشت.جدول 2غلظت نقره و مساحت سطح AgNP-MHCs آزمایش شده را خلاصه می کند.Ag07-MHCها کمترین فعالیت ضد ویروسی را نشان دادند و کمترین غلظت نقره و سطح سطح را داشتند، که نشان می‌دهد این خواص به فعالیت ضد ویروسی AgNP-MHCs مربوط می‌شود.

مطالعه قبلی ما نشان داد که مکانیسم‌های ضد میکروبی اصلی AgNP-MHCs عبارتند از انتزاع شیمیایی یون‌های Mg2+ یا Ca2+ از غشاهای میکروبی، ایجاد کمپلکس‌هایی با گروه‌های تیول واقع در غشاها، و تولید گونه‌های اکسیژن فعال (ROS)21).از آنجایی که AgNP-MHC ها اندازه ذرات نسبتاً بزرگی دارند (حدود 500 نانومتر)، بعید است که بتوانند به کپسید ویروسی نفوذ کنند.در عوض، به نظر می‌رسد که AgNP-MHCs با پروتئین‌های سطح ویروسی تعامل دارند.نانوذرات نقره روی کامپوزیت ها تمایل دارند بیومولکول های حاوی گروه تیول را که در پروتئین های پوششی ویروس ها جاسازی شده اند، متصل کنند.بنابراین، خواص بیوشیمیایی پروتئین های کپسید ویروسی برای تعیین حساسیت آنها به AgNP-MHC ها مهم است.شکل 1حساسیت های مختلف ویروس ها به اثرات AgNP-MHC ها را نشان می دهد.باکتریوفاژها ϕX174 و MNV به AgNP-MHCs حساس بودند، اما AdV2 مقاوم بود.سطح مقاومت بالای AdV2 احتمالاً با اندازه و ساختار آن مرتبط است.اندازه آدنوویروس ها بین 70 تا 100 نانومتر است.30، آنها را بسیار بزرگتر از φX174 (27 تا 33 نانومتر) و MNV (28 تا 35 نانومتر) می کند.31،32).علاوه بر اندازه بزرگ، آدنوویروس‌ها برخلاف سایر ویروس‌ها دارای DNA دو رشته‌ای هستند و در برابر استرس‌های محیطی مختلف مانند گرما و اشعه ماوراء بنفش مقاوم هستند.33،34).مطالعه قبلی ما گزارش داد که تقریباً کاهش 3-log10 MS2 با Ag30-MHCs در عرض 6 ساعت رخ داده است.21).MS2 و φX174 دارای اندازه های مشابه با انواع مختلف اسید نوکلئیک (RNA یا DNA) هستند اما نرخ غیرفعال سازی مشابهی توسط Ag30-MHCs دارند.بنابراین، به نظر نمی رسد که ماهیت اسید نوکلئیک عامل اصلی مقاومت در برابر AgNP-MHCs باشد.در عوض، اندازه و شکل ذرات ویروسی مهم تر به نظر می رسد، زیرا آدنوویروس یک ویروس بسیار بزرگتر است.Ag30-MHC ها تقریباً به کاهش 2-log10 M13 در عرض 6 ساعت دست یافتند (داده های منتشر نشده ما).M13 یک ویروس DNA تک رشته ای است (35) و 880 نانومتر طول و 6.6 نانومتر قطر دارد (36).نرخ غیرفعال شدن باکتریوفاژ رشته‌ای M13 بین ویروس‌های کوچک و با ساختار گرد (MNV، φX174 و MS2) و یک ویروس بزرگ (AdV2) متوسط ​​بود.

در مطالعه حاضر، سینتیک غیرفعال سازی MNV در سنجش پلاک و روش RT-PCR تفاوت معنی‌داری داشت.شکل 2bوو ج).ج).سنجش های مولکولی مانند RT-PCR به طور قابل توجهی نرخ غیرفعال شدن ویروس ها را دست کم می گیرند.25،28) همانطور که در مطالعه ما پیدا شد.از آنجایی که AgNP-MHC ها عمدتاً با سطح ویروسی تعامل دارند، به جای اسیدهای نوکلئیک ویروسی، احتمال آسیب رساندن به پروتئین های پوشش ویروسی بیشتر است.بنابراین، یک روش RT-PCR برای اندازه گیری اسید نوکلئیک ویروسی ممکن است به طور قابل توجهی غیرفعال شدن ویروس ها را دست کم بگیرد.اثر یون های Ag+ و تولید گونه های اکسیژن فعال (ROS) باید مسئول غیرفعال شدن ویروس های آزمایش شده باشد.با این حال، بسیاری از جنبه‌های مکانیسم‌های ضد ویروسی AgNP-MHCs هنوز نامشخص هستند و تحقیقات بیشتری با استفاده از رویکردهای بیوتکنولوژیکی برای روشن کردن مکانیسم مقاومت بالای AdV2 مورد نیاز است.

در نهایت، ما استحکام فعالیت ضد ویروسی Ag30-MHCs را با قرار دادن آنها در معرض طیف وسیعی از مقادیر pH و نمونه‌های آب سطحی و شیری قبل از اندازه‌گیری فعالیت ضد ویروسی آن‌ها ارزیابی کردیم.شکل 3وو 4).4).قرار گرفتن در معرض شرایط pH بسیار پایین منجر به از دست دادن فیزیکی و/یا عملکردی نانوذرات نقره از MHC (داده‌های منتشر نشده) شد.در حضور ذرات غیراختصاصی، Ag30-MHCs به طور مداوم فعالیت ضد ویروسی نشان دادند، علیرغم کاهش فعالیت ضد ویروسی در برابر MS2.فعالیت ضد ویروسی در آب های سطحی فیلتر نشده کمترین میزان بود، زیرا برهمکنش بین Ag30-MHCs و ذرات غیر اختصاصی در آب های سطحی بسیار کدر احتمالاً باعث کاهش فعالیت ضد ویروسی می شود.جدول 3).بنابراین، ارزیابی میدانی AgNP-MHCs در انواع مختلف آب (به عنوان مثال، با غلظت های مختلف نمک یا اسید هیومیک) باید در آینده انجام شود.

در نتیجه، کامپوزیت های جدید Ag، AgNP-MHCs، دارای قابلیت های ضد ویروسی عالی در برابر چندین ویروس، از جمله φ X174 و MNV هستند.AgNP-MHCs در شرایط محیطی مختلف کارایی قوی دارند و این ذرات را می توان به راحتی با استفاده از آهنربا بازیابی کرد، بنابراین اثرات مضر بالقوه آنها بر سلامت انسان و محیط زیست کاهش می یابد.این مطالعه نشان داد که کامپوزیت AgNP می تواند یک ضد ویروس موثر در محیط های مختلف محیطی، بدون خطرات زیست محیطی قابل توجه باشد.