Sidabro nanodalelės (AgNP) laikomos potencialiai naudinga priemone kontroliuoti įvairius patogenus.Tačiau susirūpinimą kelia AgNP patekimas į aplinkos terpę, nes jie gali sukelti neigiamą poveikį žmonių sveikatai ir ekologiniam poveikiui.Šiame tyrime sukūrėme ir įvertinome naują mikrometro dydžio magnetinį hibridinį koloidą (MHC), papuoštą įvairaus dydžio AgNP (AgNP-MHC).Panaudojus dezinfekcijai, šios dalelės gali būti lengvai pašalinamos iš aplinkos terpės, naudojant jų magnetines savybes ir išlieka veiksmingos virusinių patogenų inaktyvavimui.Įvertinome AgNP-MHC veiksmingumą inaktyvuojant bakteriofagą ϕX174, pelių norovirusą (MNV) ir 2 serotipo adenovirusą (AdV2).Šie tiksliniai virusai buvo veikiami AgNP-MHC 1, 3 ir 6 valandas 25 ° C temperatūroje, o po to analizuojami apnašų tyrimu ir realaus laiko TaqMan PGR.AgNP-MHC buvo veikiami įvairių pH lygių ir vandentiekio bei paviršinio vandens, kad būtų įvertintas jų antivirusinis poveikis skirtingomis aplinkos sąlygomis.Iš trijų tirtų AgNP-MHC tipų Ag30-MHC parodė didžiausią veiksmingumą inaktyvuojant virusus.ϕX174 ir MNV sumažėjo daugiau nei 2 log10 po 4, 6 × 109 Ag30-MHC / ml poveikio 1 val.Šie rezultatai parodė, kad AgNP-MHC gali būti naudojami virusiniams patogenams inaktyvuoti su minimalia galimo patekimo į aplinką tikimybe.

Pastaruoju metu tobulėjant nanotechnologijoms, nanodalelėms visame pasaulyje skiriamas didesnis dėmesys biotechnologijų, medicinos ir visuomenės sveikatos srityse.1,2).Dėl didelio paviršiaus ir tūrio santykio nano dydžio medžiagos, kurios paprastai svyruoja nuo 10 iki 500 nm, turi unikalių fizikinių ir cheminių savybių, palyginti su didesnėmis medžiagomis (1).Nanomedžiagų formą ir dydį galima kontroliuoti, o specifines funkcines grupes galima konjuguoti ant jų paviršių, kad būtų galima sąveikauti su tam tikrais baltymais arba įsisavinti ląstelėje.3,–5).

Sidabro nanodalelės (AgNP) buvo plačiai ištirtos kaip antimikrobinis agentas.6).Sidabras naudojamas kuriant dailius stalo įrankius, dekoravimui ir terapinėms priemonėms.Sidabro junginiai, tokie kaip sidabro sulfadiazinas ir tam tikros druskos, dėl jų antimikrobinių savybių buvo naudojami kaip žaizdų priežiūros produktai ir kaip infekcinių ligų gydymas.6,7).Naujausi tyrimai atskleidė, kad AgNP yra labai veiksmingi įvairių tipų bakterijoms ir virusams inaktyvuoti.8,–11).AgNP ir Ag+ jonai, išsiskiriantys iš AgNP, tiesiogiai sąveikauja su fosforo arba sieros turinčiomis biomolekulėmis, įskaitant DNR, RNR ir baltymus.12,–14).Taip pat buvo įrodyta, kad jie generuoja reaktyviąsias deguonies rūšis (ROS), sukeldami mikroorganizmų membranų pažeidimus (15).AgNP dydis, forma ir koncentracija taip pat yra svarbūs veiksniai, turintys įtakos jų antimikrobinėms savybėms.8,10,13,16,17).

Ankstesni tyrimai taip pat išryškino keletą problemų, kai AgNP naudojami patogenams kontroliuoti vandens aplinkoje.Pirma, esami tyrimai apie AgNP veiksmingumą inaktyvuojant virusinius patogenus vandenyje yra riboti.Be to, monodispersiniai AgNP paprastai yra susiję su dalelių ir dalelių agregacija dėl jų mažo dydžio ir didelio paviršiaus ploto, o šie agregatai sumažina AgNP veiksmingumą prieš mikrobų patogenus (7).Galiausiai buvo įrodyta, kad AgNP turi įvairų citotoksinį poveikį (5,18,–20), o AgNP išleidimas į vandens aplinką gali sukelti žmonių sveikatos ir ekologinių problemų.

Neseniai sukūrėme naują mikrometro dydžio magnetinį hibridinį koloidą (MHC), papuoštą įvairaus dydžio AgNP (21,22).MHC šerdis gali būti naudojama AgNP kompozitams atkurti iš aplinkos.Mes įvertinome šių sidabro nanodalelių antivirusinį veiksmingumą MHC (AgNP-MHC), naudodami bakteriofagą ϕX174, pelių norovirusą (MNV) ir adenovirusą skirtingomis aplinkos sąlygomis.

Antivirusinis įvairių koncentracijų AgNP-MHC poveikis bakteriofagui ϕX174 (a), MNV (b) ir AdV2 (c).Tiksliniai virusai buvo apdoroti skirtingomis AgNP-MHC koncentracijomis ir OH-MHC (4, 6 × 109 dalelių / ml) kaip kontrolė, purtymo inkubatoriuje (150 aps./min., 1 val., 25 °C).Apnašų tyrimo metodas buvo naudojamas išgyvenusiems virusams matuoti.Vertės yra trijų nepriklausomų eksperimentų vidurkiai ± standartiniai nuokrypiai (SD).Žvaigždutės žymi labai skirtingas reikšmes (P< 0,05 pagal vienpusę ANOVA su Dunnett testu).

Šis tyrimas parodė, kad AgNP-MHC yra veiksmingi inaktyvuojant bakteriofagus ir MNV, žmogaus noroviruso pakaitalą, vandenyje.Be to, AgNP-MHC galima lengvai atkurti magnetu, veiksmingai užkertant kelią potencialiai toksiškų AgNP patekimui į aplinką.Keletas ankstesnių tyrimų parodė, kad AgNP koncentracija ir dalelių dydis yra svarbūs veiksniai inaktyvuojant tikslinį mikroorganizmą.8,16,17).AgNP antimikrobinis poveikis taip pat priklauso nuo mikroorganizmo tipo.AgNP-MHC veiksmingumas inaktyvuojant ϕX174 buvo susijęs su dozės ir atsako santykiu.Iš išbandytų AgNP-MHC Ag30-MHC buvo veiksmingesnis inaktyvuojant ϕX174 ir MNV.MNV atveju tik Ag30-MHC pasižymėjo antivirusiniu aktyvumu, o kiti AgNP-MHC nesukėlė jokio reikšmingo MNV inaktyvavimo.Nė vienas iš AgNP-MHC neturėjo jokio reikšmingo antivirusinio aktyvumo prieš AdV2.

Be dalelių dydžio, svarbi buvo ir sidabro koncentracija AgNP-MHC.Pasirodė, kad sidabro koncentracija lėmė AgNP-MHC antivirusinio poveikio veiksmingumą.Sidabro koncentracija Ag07-MHC ir Ag30-MHC tirpaluose 4,6 × 109 dalelių/ml buvo atitinkamai 28,75 ppm ir 200 ppm ir koreliavo su antivirusinio aktyvumo lygiu.2 lentelėapibendrina ištirtų AgNP-MHC sidabro koncentracijas ir paviršiaus plotus.Ag07-MHC parodė mažiausią antivirusinį aktyvumą ir turėjo mažiausią sidabro koncentraciją ir paviršiaus plotą, o tai rodo, kad šios savybės yra susijusios su antivirusiniu AgNP-MHC aktyvumu.

Mūsų ankstesnis tyrimas parodė, kad pagrindiniai AgNP-MHC antimikrobiniai mechanizmai yra cheminis Mg2+ arba Ca2+ jonų paėmimas iš mikrobų membranų, kompleksų su tiolio grupėmis, esančiomis prie membranų, kūrimas ir reaktyviųjų deguonies rūšių (ROS) generavimas.21).Kadangi AgNP-MHC dalelių dydis yra palyginti didelis (∼ 500 nm), mažai tikėtina, kad jie gali prasiskverbti į viruso kapsidą.Vietoj to, atrodo, kad AgNP-MHC sąveikauja su viruso paviršiaus baltymais.Kompozituose esantys AgNP linkę surišti tiolio grupės turinčias biomolekules, įterptas į virusų apvalkalo baltymus.Todėl virusų kapsidų baltymų biocheminės savybės yra svarbios nustatant jų jautrumą AgNP-MHC.figūra 1rodo skirtingą virusų jautrumą AgNP-MHC poveikiui.Bakteriofagai ϕX174 ir MNV buvo jautrūs AgNP-MHC, tačiau AdV2 buvo atsparus.Tikėtina, kad didelis AdV2 atsparumo lygis yra susijęs su jo dydžiu ir struktūra.Adenovirusų dydis svyruoja nuo 70 iki 100 nm (30), todėl jie yra daug didesni nei ϕX174 (27–33 nm) ir MNV (28–35 nm) (31,32).Be didelio dydžio, adenovirusai, skirtingai nei kiti virusai, turi dvigrandę DNR ir yra atsparūs įvairiems aplinkos įtempiams, tokiems kaip šiluma ir UV spinduliuotė.33,34).Ankstesnis tyrimas pranešė, kad naudojant Ag30-MHC per 6 valandas MS2 sumažėjo beveik 3 log10 (21).MS2 ir ϕX174 yra panašaus dydžio su skirtingų tipų nukleino rūgštimis (RNR arba DNR), tačiau turi panašų inaktyvavimo greitį Ag30-MHC.Todėl neatrodo, kad nukleorūgšties prigimtis būtų pagrindinis atsparumo AgNP-MHC veiksnys.Vietoj to, viruso dalelės dydis ir forma buvo svarbesni, nes adenovirusas yra daug didesnis virusas.Ag30-MHC pasiekė beveik 2 log10 M13 sumažėjimą per 6 valandas (mūsų neskelbti duomenys).M13 yra vienos grandinės DNR virusas (35) ir yra ~880 nm ilgio ir 6,6 nm skersmens (36).Filamentinio bakteriofago M13 inaktyvavimo greitis buvo tarpinis tarp mažų, apvalios struktūros virusų (MNV, ϕX174 ir MS2) ir didelio viruso (AdV2).

Šiame tyrime MNV inaktyvacijos kinetika labai skyrėsi atliekant plokštelių tyrimą ir RT-PGR tyrimą (2b pavirirc).c).Yra žinoma, kad atliekant molekulinius tyrimus, tokius kaip RT-PGR, labai nepakankamai įvertinamas virusų inaktyvacijos greitis.25,28), kaip buvo nustatyta mūsų tyrime.Kadangi AgNP-MHC pirmiausia sąveikauja su viruso paviršiumi, jie labiau linkę pažeisti viruso apvalkalo baltymus, o ne virusines nukleorūgštis.Todėl RT-PGR tyrimas, skirtas nustatyti viruso nukleino rūgštį, gali gerokai neįvertinti virusų inaktyvacijos.Ag+ jonų poveikis ir reaktyviųjų deguonies rūšių (ROS) susidarymas turėtų būti atsakingi už tiriamų virusų inaktyvavimą.Tačiau daugelis AgNP-MHC antivirusinių mechanizmų aspektų vis dar neaiškūs, todėl norint išsiaiškinti didelio AdV2 atsparumo mechanizmą, reikia atlikti tolesnius tyrimus naudojant biotechnologinius metodus.

Galiausiai įvertinome Ag30-MHC antivirusinio aktyvumo tvirtumą, prieš išmatuodami jų antivirusinį aktyvumą, pateikdami jiems platų pH verčių diapazoną ir vandentiekio bei paviršinio vandens mėginius.3 pavirir 4).4).Dėl ypač žemo pH poveikio MHC fiziškai ir (arba) funkciniai prarado AgNP (neskelbti duomenys).Esant nespecifinėms dalelėms, Ag30-MHC nuolat demonstravo antivirusinį aktyvumą, nepaisant sumažėjusio antivirusinio aktyvumo prieš MS2.Antivirusinis aktyvumas buvo mažiausias nefiltruotame paviršiniame vandenyje, nes sąveika tarp Ag30-MHC ir nespecifinių dalelių labai drumstame paviršiniame vandenyje tikriausiai sumažino antivirusinį aktyvumą.3 lentelė).Todėl ateityje reikėtų atlikti AgNP-MHC lauko vertinimus įvairių tipų vandenyje (pvz., su skirtinga druskos koncentracija ar humino rūgštimi).

Apibendrinant galima pasakyti, kad naujieji Ag kompozitai, AgNP-MHC, turi puikias antivirusines galimybes prieš kelis virusus, įskaitant ϕX174 ir MNV.AgNP-MHC išlaiko stiprų efektyvumą esant skirtingoms aplinkos sąlygoms, o šias daleles galima lengvai regeneruoti naudojant magnetą, taip sumažinant galimą žalingą jų poveikį žmonių sveikatai ir aplinkai.Šis tyrimas parodė, kad AgNP kompozitas gali būti veiksmingas antivirusinis vaistas įvairiose aplinkos sąlygose be reikšmingos ekologinės rizikos.