As nanopartículas de prata (AgNPs) considéranse unha ferramenta potencialmente útil para controlar varios patóxenos.Non obstante, hai preocupacións sobre a liberación de AgNPs nos medios ambientais, xa que poden xerar efectos negativos para a saúde humana e ecolóxicos.Neste estudo, desenvolvemos e avaliamos un novo coloide híbrido magnético (MHC) de tamaño micrómetro decorado con AgNPs de varios tamaños (AgNP-MHCs).Despois de ser aplicadas para a desinfección, estas partículas pódense recuperar facilmente dos medios ambientais usando as súas propiedades magnéticas e seguen sendo eficaces para inactivar os patóxenos virais.Avaliamos a eficacia dos AgNP-MHC para inactivar o bacteriófago ϕX174, o norovirus murino (MNV) e o adenovirus serotipo 2 (AdV2).Estes virus obxectivo expuxéronse a AgNP-MHC durante 1, 3 e 6 h a 25 °C e despois analizáronse mediante ensaio de placas e PCR TaqMan en tempo real.Os AgNP-MHC expuxéronse a un amplo rango de niveis de pH e á auga da billa e da superficie para avaliar os seus efectos antivirais en diferentes condicións ambientais.Entre os tres tipos de AgNP-MHCs probados, os Ag30-MHC mostraron a maior eficacia para inactivar os virus.O ϕX174 e o MNV reducíronse en máis de 2 log10 despois da exposición a 4,6 × 109 Ag30-MHCs/ml durante 1 h.Estes resultados indicaron que os AgNP-MHC poderían usarse para inactivar patóxenos virais cunha posibilidade mínima de liberación potencial no medio ambiente.

Cos avances recentes na nanotecnoloxía, as nanopartículas están a recibir unha maior atención en todo o mundo nos campos da biotecnoloxía, a medicina e a saúde pública (1,2).Debido á súa elevada relación superficie-volume, os materiais nano-tamaños, que normalmente oscilan entre 10 e 500 nm, teñen propiedades fisicoquímicas únicas en comparación coas dos materiais máis grandes.1).A forma e o tamaño dos nanomateriais poden ser controlados, e grupos funcionais específicos poden ser conxugados nas súas superficies para permitir interaccións con determinadas proteínas ou a captación intracelular.3,–5).

As nanopartículas de prata (AgNP) foron amplamente estudadas como axente antimicrobiano (6).A prata utilízase na creación de cubertos finos, para a ornamentación e en axentes terapéuticos.Compostos de prata como a sulfadiazina de prata e certas sales utilizáronse como produtos para o coidado de feridas e como tratamento de enfermidades infecciosas debido ás súas propiedades antimicrobianas.6,7).Estudos recentes revelaron que os AgNP son moi eficaces para inactivar varios tipos de bacterias e virus.8,–11).Os AgNP e os ións Ag+ liberados a partir dos AgNP interactúan directamente con biomoléculas que conteñen fósforo ou xofre, incluíndo ADN, ARN e proteínas.12,–14).Tamén se demostrou que xeran especies reactivas do osíxeno (ROS), que causan danos na membrana dos microorganismos.15).O tamaño, a forma e a concentración dos AgNP tamén son factores importantes que afectan ás súas capacidades antimicrobianas.8,10,13,16,17).

Estudos anteriores tamén destacaron varios problemas cando se usan AgNPs para controlar os patóxenos nun ambiente acuático.En primeiro lugar, os estudos existentes sobre a eficacia dos AgNPs para inactivar patóxenos virais na auga son limitados.Ademais, os AgNP monodispersos adoitan estar suxeitos á agregación partícula-partícula debido ao seu pequeno tamaño e gran superficie, e estes agregados reducen a eficacia dos AgNP fronte aos patóxenos microbianos.7).Finalmente, demostrouse que os AgNP teñen varios efectos citotóxicos (5,18,–20), e a liberación de AgNPs nun ambiente acuático podería producir problemas ecolóxicos e de saúde humana.

Recentemente, desenvolvemos un novo coloide híbrido magnético (MHC) de tamaño micrómetro decorado con AgNPs de varios tamaños (21,22).O núcleo MHC pódese usar para recuperar os compostos AgNP do medio ambiente.Avaliamos a eficacia antiviral destas nanopartículas de prata sobre MHCs (AgNP-MHCs) mediante o bacteriófago ϕX174, norovirus murino (MNV) e adenovirus en diferentes condicións ambientais.

Efectos antivirais dos AgNP-MHC en varias concentracións contra o bacteriófago ϕX174 (a), MNV (b) e AdV2 (c).Os virus obxectivo tratáronse con diferentes concentracións de AgNP-MHC e con OH-MHC (4,6 × 109 partículas/ml) como control, nunha incubadora con axitación (150 rpm, 1 h, 25 °C).Utilizouse o método de ensaio de placas para medir os virus superviventes.Os valores son medias ± desviacións estándar (DE) de tres experimentos independentes.Os asteriscos indican valores significativamente diferentes (P< 0,05 por ANOVA unidireccional coa proba de Dunnett).

Este estudo demostrou que os AgNP-MHC son eficaces para inactivar bacteriófagos e MNV, un substituto do norovirus humano, na auga.Ademais, os AgNP-MHC pódense recuperar facilmente cun imán, evitando eficazmente a liberación de AgNPs potencialmente tóxicos ao medio ambiente.Varios estudos previos demostraron que a concentración e o tamaño das partículas dos AgNP son factores críticos para inactivar o microorganismo obxectivo.8,16,17).Os efectos antimicrobianos dos AgNP tamén dependen do tipo de microorganismo.A eficacia dos AgNP-MHC para inactivar ϕX174 seguiu unha relación dose-resposta.Entre os AgNP-MHCs probados, os Ag30-MHC tiñan unha maior eficacia para inactivar ϕX174 e MNV.Para o MNV, só os Ag30-MHC mostraron actividade antiviral, e os outros AgNP-MHC non xeraron ningunha inactivación significativa do MNV.Ningún dos AgNP-MHC tiña ningunha actividade antiviral significativa contra AdV2.

Ademais do tamaño das partículas, tamén foi importante a concentración de prata nos AgNP-MHC.A concentración de prata parecía determinar a eficacia dos efectos antivirais dos AgNP-MHC.As concentracións de prata en solucións de Ag07-MHCs e Ag30-MHCs a 4,6 × 109 partículas/ml foron de 28,75 ppm e 200 ppm, respectivamente, e correlacionáronse co nivel de actividade antiviral.Táboa 2resume as concentracións de prata e as áreas superficiais dos AgNP-MHCs probados.Os Ag07-MHC mostraron a actividade antiviral máis baixa e tiñan a menor concentración de prata e área de superficie, o que suxire que estas propiedades están relacionadas coa actividade antiviral dos AgNP-MHC.

O noso estudo anterior indicaba que os principais mecanismos antimicrobianos dos AgNP-MHC son a abstracción química de ións Mg2+ ou Ca2+ das membranas microbianas, a creación de complexos con grupos tiol situados nas membranas e a xeración de especies reactivas do osíxeno (ROS) (21).Debido a que os AgNP-MHC teñen un tamaño de partícula relativamente grande (~500 nm), é pouco probable que poidan penetrar nunha cápside viral.En cambio, os AgNP-MHC parecen interactuar coas proteínas da superficie virais.Os AgNP dos compostos tenden a unirse a biomoléculas que conteñen grupos tiol incrustadas nas proteínas de revestimento dos virus.Polo tanto, as propiedades bioquímicas das proteínas da cápside virais son importantes para determinar a súa susceptibilidade aos AgNP-MHC.Figura 1mostra as diferentes susceptibilidades dos virus aos efectos dos AgNP-MHC.Os bacteriófagos ϕX174 e MNV eran susceptibles aos AgNP-MHC, pero o AdV2 era resistente.É probable que o alto nivel de resistencia de AdV2 estea asociado co seu tamaño e estrutura.Os adenovirus varían en tamaño de 70 a 100 nm (30), facéndoos moito máis grandes que ϕX174 (27 a 33 nm) e MNV (28 a 35 nm) (31,32).Ademais do seu gran tamaño, os adenovirus teñen ADN de dobre cadea, a diferenza doutros virus, e son resistentes a diversas tensións ambientais como a calor e a radiación UV (33,34).O noso estudo anterior informou de que case unha redución de 3-log10 de MS2 produciuse con Ag30-MHCs en 6 h.21).MS2 e ϕX174 teñen tamaños similares con diferentes tipos de ácidos nucleicos (ARN ou ADN) pero teñen taxas similares de inactivación por Ag30-MHC.Polo tanto, a natureza do ácido nucleico non parece ser o principal factor de resistencia aos AgNP-MHC.Pola contra, o tamaño e a forma da partícula viral parecían ser máis importantes, porque o adenovirus é un virus moito máis grande.Os Ag30-MHC lograron case unha redución de 2-log10 de M13 en 6 h (os nosos datos inéditos).M13 é un virus de ADN monocatenario (35) e ten ∼880 nm de lonxitude e 6,6 nm de diámetro (36).A taxa de inactivación do bacteriófago filamentoso M13 foi intermedia entre a dos virus pequenos de estrutura redonda (MNV, ϕX174 e MS2) e un virus grande (AdV2).

No presente estudo, a cinética de inactivación do MNV foi significativamente diferente no ensaio de placas e no ensaio RT-PCR (Figura 2beec).c).Sábese que os ensaios moleculares como a RT-PCR subestiman significativamente as taxas de inactivación dos virus.25,28), como se atopou no noso estudo.Debido a que os AgNP-MHC interactúan principalmente coa superficie viral, é máis probable que danen as proteínas da capa viral en lugar dos ácidos nucleicos virais.Polo tanto, un ensaio RT-PCR para medir o ácido nucleico viral pode subestimar significativamente a inactivación dos virus.O efecto dos ións Ag+ e a xeración de especies reactivas do osíxeno (ROS) deberían ser responsables da inactivación dos virus probados.Non obstante, moitos aspectos dos mecanismos antivirais dos AgNP-MHC aínda non están claros, e é necesario realizar máis investigacións utilizando enfoques biotecnolóxicos para dilucidar o mecanismo da alta resistencia do AdV2.

Finalmente, avaliamos a robustez da actividade antiviral dos Ag30-MHCs expoñéndoos a un amplo rango de valores de pH e a mostras de auga da billa e da superficie antes de medir a súa actividade antiviral.Fig. 3ee 4).4).A exposición a condicións de pH extremadamente baixos provocou a perda física e/ou funcional de AgNPs do MHC (datos non publicados).En presenza de partículas inespecíficas, os Ag30-MHC mostraron constantemente actividade antiviral, a pesar do descenso da actividade antiviral contra a MS2.A actividade antiviral foi máis baixa nas augas superficiais non filtradas, xa que unha interacción entre Ag30-MHCs e partículas inespecíficas na auga superficial altamente turbia probablemente provocou unha redución da actividade antiviral.Táboa 3).Polo tanto, no futuro deberían realizarse avaliacións de campo dos AgNP-MHC en varios tipos de auga (por exemplo, con diferentes concentracións de sal ou ácido húmico).

En conclusión, os novos compostos de Ag, AgNP-MHC, teñen excelentes capacidades antivirais contra varios virus, incluíndo ϕX174 e MNV.Os AgNP-MHC manteñen unha forte eficacia en diferentes condicións ambientais, e estas partículas pódense recuperar facilmente mediante un imán, reducindo así os seus potenciais efectos nocivos sobre a saúde humana e o medio ambiente.Este estudo demostrou que o composto AgNP pode ser un antiviral eficaz en varios escenarios ambientais, sen riscos ecolóxicos significativos.