Silfur nanóagnir (AgNP) eru taldar vera mögulega gagnlegt tæki til að stjórna ýmsum sýkla.Hins vegar eru áhyggjur af losun AgNPs í umhverfismiðla, þar sem þau geta valdið skaðlegum heilsu manna og vistfræðilegum áhrifum.Í þessari rannsókn þróuðum við og metum nýjan míkrómetra-stærð segulblendingskolloid (MHC) skreytt með mismunandi stærðum AgNPs (AgNP-MHCs).Eftir að hafa verið sótthreinsuð er auðvelt að endurheimta þessar agnir úr umhverfismiðlum með því að nota segulmagnaðir eiginleikar þeirra og halda áfram að virka til að óvirkja veirusýkla.Við metum virkni AgNP-MHCs til að óvirkja bakteríufaga ϕX174, músa nóróveiru (MNV) og adenovirus sermisgerð 2 (AdV2).Þessar markveirur voru útsettar fyrir AgNP-MHC í 1, 3 og 6 klst við 25°C og síðan greindar með skellugreiningu og rauntíma TaqMan PCR.AgNP-MHC-efnin voru útsett fyrir margs konar pH-gildum og krana- og yfirborðsvatni til að meta veirueyðandi áhrif þeirra við mismunandi umhverfisaðstæður.Meðal þriggja tegunda AgNP-MHCs sem prófaðar voru sýndu Ag30-MHC mesta virkni til að gera vírusana óvirka.ϕX174 og MNV voru minnkuð um meira en 2 log10 eftir útsetningu fyrir 4,6 × 109 Ag30-MHCs/ml í 1 klst.Þessar niðurstöður gáfu til kynna að hægt væri að nota AgNP-MHC til að óvirkja veirusýkla með lágmarkslíkum á hugsanlegri losun út í umhverfið.

Með nýlegum framförum í nanótækni hafa nanóagnir verið að fá aukna athygli um allan heim á sviði líftækni, læknisfræði og lýðheilsu (1,2).Vegna mikils yfirborðs og rúmmáls hlutfalls hafa nanóstærð efni, venjulega á bilinu 10 til 500 nm, einstaka eðlisefnafræðilega eiginleika miðað við stærri efni (1).Hægt er að stjórna lögun og stærð nanóefna og hægt er að tengja sérstaka starfræna hópa á yfirborð þeirra til að gera samskipti við ákveðin prótein eða upptöku innan frumu (3,–5).

Silfur nanóagnir (AgNP) hafa verið mikið rannsakaðar sem sýklalyf (6).Silfur er notað til að búa til fínan hnífapör, til skrauts og í lækningaefni.Silfursambönd eins og silfursúlfadíazín og ákveðin sölt hafa verið notuð sem sáravörn og sem meðferð við smitsjúkdómum vegna örverueyðandi eiginleika þeirra (6,7).Nýlegar rannsóknir hafa leitt í ljós að AgNPs eru mjög áhrifarík til að óvirkja ýmsar tegundir baktería og veira (8,–11).AgNP og Ag+ jónir sem losnar frá AgNP hafa bein samskipti við lífsameindir sem innihalda fosfór eða brennistein, þar á meðal DNA, RNA og prótein (12,–14).Einnig hefur verið sýnt fram á að þau mynda hvarfgjarnar súrefnistegundir (ROS), sem valda himnuskemmdum í örverum (15).Stærð, lögun og styrkur AgNPs eru einnig mikilvægir þættir sem hafa áhrif á sýklalyfjagetu þeirra (8,10,13,16,17).

Fyrri rannsóknir hafa einnig bent á nokkur vandamál þegar AgNP eru notuð til að stjórna sýkla í vatnsumhverfi.Í fyrsta lagi eru núverandi rannsóknir á virkni AgNPs til að óvirkja veirusýkla í vatni takmarkaðar.Að auki eru eindreifð AgNP venjulega háð agna-agnasamsöfnun vegna smæðar þeirra og stórs yfirborðsflatar, og þessir agneppur draga úr virkni AgNPs gegn örverusýkingum (7).Að lokum hefur verið sýnt fram á að AgNP hefur ýmis frumudrepandi áhrif (5,18,–20), og losun AgNPs í vatnsumhverfi gæti leitt til heilsu manna og vistfræðilegra vandamála.

Nýlega þróuðum við nýjan míkrómetra-stærð segulblendingskolloid (MHC) skreytt með AgNP af ýmsum stærðum (21,22).MHC kjarna er hægt að nota til að endurheimta AgNP samsett efni úr umhverfinu.Við metum veirueyðandi verkun þessara silfur nanóagna á MHCs (AgNP-MHCs) með því að nota bakteríufaga ϕX174, músanóróveiru (MNV) og adenóveiru við mismunandi umhverfisaðstæður.

Veirueyðandi áhrif AgNP-MHCs í ýmsum styrkjum gegn bakteríufrumum ϕX174 (a), MNV (b) og AdV2 (c).Markvírusar voru meðhöndlaðir með mismunandi styrk AgNP-MHCs, og með OH-MHCs (4,6 × 109 agnir/ml) sem viðmiðunartæki, í hristingarkassa (150 rpm, 1 klst, 25°C).Plaque prófunaraðferðin var notuð til að mæla eftirlifandi vírusa.Gildi eru meðaltal ± staðalfrávik (SD) frá þremur sjálfstæðum tilraunum.Stjörnumerki gefa til kynna verulega mismunandi gildi (P< 0,05 með einstefnu ANOVA með Dunnett prófi).

Þessi rannsókn sýndi fram á að AgNP-MHC eru áhrifarík til að óvirkja bakteríufrumur og MNV, staðgönguefni fyrir nóróveiru manna, í vatni.Að auki er auðvelt að endurheimta AgNP-MHCs með segli, sem kemur í veg fyrir losun hugsanlegra eitraðra AgNPs út í umhverfið.Fjöldi fyrri rannsókna hefur sýnt að styrkur og kornastærð AgNPs eru mikilvægir þættir til að óvirkja markvissa örveru (8,16,17).Örverueyðandi áhrif AgNP fer einnig eftir tegund örvera.Virkni AgNP-MHCs til að óvirkja ϕX174 fylgdi skammta-svörunarsambandi.Meðal AgNP-MHCs sem voru prófuð höfðu Ag30-MHCs meiri virkni til að óvirkja ϕX174 og MNV.Fyrir MNV sýndu aðeins Ag30-MHC veirueyðandi virkni, en hin AgNP-MHC mynduðu ekki neina marktæka óvirkjun á MNV.Ekkert AgNP-MHCs hafði neina marktæka veirueyðandi virkni gegn AdV2.

Auk kornastærðar var styrkur silfurs í AgNP-MHCs einnig mikilvægur.Styrkur silfurs virtist ákvarða virkni veirueyðandi áhrifa AgNP-MHCs.Silfurstyrkur í lausnum af Ag07-MHCs og Ag30-MHCs við 4,6 × 109 agnir/ml var 28,75 ppm og 200 ppm, í sömu röð, og hafði fylgni við magn veirueyðandi áhrifa.Tafla 2tekur saman silfurstyrk og yfirborðsflatarmál AgNP-MHCs sem prófuð voru.Ag07-MHCs sýndu lægstu veirueyðandi virkni og höfðu lægsta silfurstyrk og yfirborðsflatarmál, sem bendir til þess að þessir eiginleikar séu tengdir veirueyðandi virkni AgNP-MHCs.

Fyrri rannsókn okkar gaf til kynna að helstu sýklalyfjaaðferðir AgNP-MHCs eru efnafræðileg frádráttur Mg2+ eða Ca2+ jóna úr örveruhimnum, myndun fléttna með tíólhópum staðsettum við himnurnar og myndun hvarfgefna súrefnistegunda (ROS) (21).Vegna þess að AgNP-MHCs hafa tiltölulega stóra kornastærð (~500 nm), er ólíklegt að þau geti komist í gegnum veiruhylki.Þess í stað virðast AgNP-MHCs hafa samskipti við yfirborðsprótein veiru.AgNPs á samsettum efnum hafa tilhneigingu til að binda lífsameindir sem innihalda tíólhópa sem eru felldar inn í hjúpprótein veira.Þess vegna eru lífefnafræðilegir eiginleikar veirukapsíðpróteina mikilvægir til að ákvarða næmi þeirra fyrir AgNP-MHC.Mynd 1sýnir mismunandi næmi veiranna fyrir áhrifum AgNP-MHCs.Bakteríufarnir ϕX174 og MNV voru næmar fyrir AgNP-MHCs, en AdV2 var ónæmur.Hátt viðnámsstig AdV2 er líklega tengt stærð þess og uppbyggingu.Eitlaveiru er á bilinu 70 til 100 nm að stærð (30), sem gerir þá miklu stærri en ϕX174 (27 til 33 nm) og MNV (28 til 35 nm) (31,32).Auk stórrar stærðar hafa adenoveirur tvíþátta DNA, ólíkt öðrum vírusum, og eru ónæmar fyrir ýmsum umhverfisálagi eins og hita og UV geislun (33,34).Fyrri rannsókn okkar greindi frá því að næstum 3-log10 lækkun MS2 átti sér stað með Ag30-MHC innan 6 klst.21).MS2 og ϕX174 hafa svipaðar stærðir með mismunandi gerðum af kjarnsýrum (RNA eða DNA) en hafa svipaða hraða óvirkjunar með Ag30-MHC.Þess vegna virðist eðli kjarnsýrunnar ekki vera aðalþátturinn fyrir ónæmi fyrir AgNP-MHC.Þess í stað virtist stærð og lögun veiruagna vera mikilvægari, því adenóveira er miklu stærri veira.Ag30-MHCs náðu næstum 2-log10 minnkun M13 innan 6 klst (óbirt gögn okkar).M13 er einþátta DNA veira (35) og er ~880 nm á lengd og 6,6 nm í þvermál (36).Hraði óvirkjunar þráðlaga bakteríufagans M13 var millibili á milli lítilla, hringlaga veira (MNV, ϕX174 og MS2) og stórrar veiru (AdV2).

Í þessari rannsókn var óvirkjunarhvörf MNV marktækt mismunandi í skelluprófinu og RT-PCR prófinu (Mynd 2bogandc).c).Vitað er að sameindapróf eins og RT-PCR vanmeta verulega óvirkjunartíðni veira (25,28), eins og kom fram í rannsókn okkar.Vegna þess að AgNP-MHCs hafa samskipti fyrst og fremst við veiruyfirborðið, eru líklegri til að skemma veiruhjúpsprótein frekar en veirukjarnsýrur.Þess vegna getur RT-PCR próf til að mæla veirukjarnsýrur vanmetið verulega óvirkjun veira.Áhrif Ag+ jóna og myndun hvarfgjarnra súrefnistegunda (ROS) ættu að vera ábyrg fyrir óvirkjun á prófuðu vírusunum.Hins vegar eru margir þættir veirueyðandi verkunar AgNP-MHCs enn óljósir, og frekari rannsóknir með líftæknilegum aðferðum eru nauðsynlegar til að skýra fyrirkomulagið á háu ónæmi AdV2.

Að lokum metum við styrkleika veirueyðandi virkni Ag30-MHCs með því að útsetja þau fyrir margs konar pH-gildum og fyrir krana- og yfirborðsvatnssýni áður en veirueyðandi virkni þeirra var mæld (Mynd 3ogog4).4).Útsetning fyrir mjög lágu pH-skilyrðum leiddi til líkamlegs og/eða starfræns taps á AgNP frá MHC (óbirt gögn).Í nærveru ósértækra agna sýndu Ag30-MHC stöðugt veirueyðandi virkni, þrátt fyrir samdrátt í veirueyðandi virkni gegn MS2.Veirueyðandi virknin var minnst í ósíuðu yfirborðsvatni, þar sem víxlverkun milli Ag30-MHCs og ósértækra agna í mjög gruggu yfirborðsvatninu olli líklega minnkun á veirueyðandi virkni (Tafla 3).Því ætti að framkvæma vettvangsmat á AgNP-MHC í ýmsum tegundum vatns (td með mismunandi saltstyrk eða huminsýru) í framtíðinni.

Að lokum, nýju Ag samsett efni, AgNP-MHC, hafa framúrskarandi veirueyðandi getu gegn nokkrum vírusum, þar á meðal ϕX174 og MNV.AgNP-MHCs viðhalda sterkri virkni við mismunandi umhverfisaðstæður og auðvelt er að endurheimta þessar agnir með segli og draga þannig úr hugsanlegum skaðlegum áhrifum þeirra á heilsu manna og umhverfið.Þessi rannsókn sýndi að AgNP samsetningin getur verið áhrifarík veirueyðandi í ýmsum umhverfisaðstæðum, án verulegrar vistfræðilegrar áhættu.