Nanopartikel perak (AgNPs) dianggap sebagai alat yang berpotensi berguna untuk mengawal pelbagai patogen.Walau bagaimanapun, terdapat kebimbangan mengenai pembebasan AgNP ke dalam media alam sekitar, kerana ia mungkin menjana kesihatan manusia dan kesan ekologi yang buruk.Dalam kajian ini, kami membangunkan dan menilai koloid hibrid magnetik (MHC) bersaiz mikrometer novel yang dihiasi dengan pelbagai saiz AgNPs (AgNP-MHCs).Selepas digunakan untuk pembasmian kuman, zarah-zarah ini boleh didapati dengan mudah daripada media persekitaran menggunakan sifat magnetnya dan kekal berkesan untuk menyahaktifkan patogen virus.Kami menilai keberkesanan AgNP-MHCs untuk menyahaktifkan bacteriophage ϕX174, murine norovirus (MNV), dan adenovirus serotype 2 (AdV2).Virus sasaran ini terdedah kepada AgNP-MHC selama 1, 3, dan 6 jam pada 25 ° C dan kemudian dianalisis dengan ujian plak dan TaqMan PCR masa nyata.AgNP-MHCs telah terdedah kepada pelbagai tahap pH dan kepada air paip dan permukaan untuk menilai kesan antiviral mereka di bawah keadaan persekitaran yang berbeza.Antara tiga jenis AgNP-MHC yang diuji, Ag30-MHC menunjukkan keberkesanan tertinggi untuk menyahaktifkan virus.ϕX174 dan MNV telah dikurangkan lebih daripada 2 log10 selepas pendedahan kepada 4.6 × 109 Ag30-MHCs/ml selama 1 jam.Keputusan ini menunjukkan bahawa AgNP-MHC boleh digunakan untuk menyahaktifkan patogen virus dengan peluang minimum potensi pelepasan ke dalam persekitaran.

Dengan kemajuan terkini dalam nanoteknologi, nanopartikel telah menerima peningkatan perhatian di seluruh dunia dalam bidang bioteknologi, perubatan, dan kesihatan awam (1,2).Disebabkan nisbah permukaan kepada isipadu yang tinggi, bahan bersaiz nano, biasanya antara 10 hingga 500 nm, mempunyai sifat fizikokimia yang unik berbanding dengan bahan yang lebih besar (1).Bentuk dan saiz bahan nano boleh dikawal, dan kumpulan berfungsi tertentu boleh dikonjugasikan pada permukaannya untuk membolehkan interaksi dengan protein tertentu atau pengambilan intrasel (3,–5).

Nanopartikel perak (AgNPs) telah dikaji secara meluas sebagai agen antimikrob (6).Perak digunakan dalam penciptaan kutleri halus, untuk hiasan, dan dalam agen terapeutik.Sebatian perak seperti sulfadiazine perak dan garam tertentu telah digunakan sebagai produk penjagaan luka dan sebagai rawatan untuk penyakit berjangkit kerana sifat antimikrobnya (6,7).Kajian terbaru telah mendedahkan bahawa AgNPs sangat berkesan untuk menyahaktifkan pelbagai jenis bakteria dan virus (8,–11).AgNP dan ion Ag+ yang dibebaskan daripada AgNPs berinteraksi secara langsung dengan biomolekul yang mengandungi fosforus atau sulfur, termasuk DNA, RNA dan protein (12,–14).Mereka juga telah ditunjukkan untuk menjana spesies oksigen reaktif (ROS), menyebabkan kerosakan membran dalam mikroorganisma (15).Saiz, bentuk dan kepekatan AgNP juga merupakan faktor penting yang mempengaruhi keupayaan antimikrobnya (8,10,13,16,17).

Kajian terdahulu juga telah menyerlahkan beberapa masalah apabila AgNPs digunakan untuk mengawal patogen dalam persekitaran air.Pertama, kajian sedia ada tentang keberkesanan AgNPs untuk menyahaktifkan patogen virus dalam air adalah terhad.Di samping itu, AgNP monodispersi biasanya tertakluk kepada pengagregatan zarah-zarah kerana saiznya yang kecil dan luas permukaan yang besar, dan agregat ini mengurangkan keberkesanan AgNP terhadap patogen mikrob (7).Akhirnya, AgNP telah ditunjukkan mempunyai pelbagai kesan sitotoksik (5,18,–20), dan pembebasan AgNP ke dalam persekitaran air boleh mengakibatkan masalah kesihatan dan ekologi manusia.

Baru-baru ini, kami membangunkan koloid hibrid magnetik (MHC) bersaiz mikrometer novel yang dihiasi dengan AgNP pelbagai saiz (21,22).Teras MHC boleh digunakan untuk memulihkan komposit AgNP daripada persekitaran.Kami menilai keberkesanan antivirus nanopartikel perak ini pada MHCs (AgNP-MHCs) menggunakan bacteriophage ϕX174, murine norovirus (MNV), dan adenovirus di bawah keadaan persekitaran yang berbeza.

Kesan antivirus AgNP-MHCs pada pelbagai kepekatan terhadap bakteriofaj ϕX174 (a), MNV (b), dan AdV2 (c).Virus sasaran telah dirawat dengan kepekatan AgNP-MHC yang berbeza, dan dengan OH-MHCs (4.6 × 109 zarah / ml) sebagai kawalan, dalam inkubator berjabat (150 rpm, 1 jam, 25 ° C).Kaedah ujian plak digunakan untuk mengukur virus yang masih hidup.Nilai ialah min ± sisihan piawai (SD) daripada tiga eksperimen bebas.Asterisk menunjukkan nilai yang berbeza secara ketara (P< 0.05 dengan ANOVA sehala dengan ujian Dunnett).

Kajian ini menunjukkan bahawa AgNP-MHC berkesan untuk menyahaktifkan bakteriofaj dan MNV, pengganti untuk norovirus manusia, di dalam air.Di samping itu, AgNP-MHC boleh dipulihkan dengan mudah dengan magnet, dengan berkesan menghalang pembebasan AgNP yang berpotensi toksik ke alam sekitar.Beberapa kajian terdahulu telah menunjukkan bahawa kepekatan dan saiz zarah AgNPs adalah faktor kritikal untuk menyahaktifkan mikroorganisma yang disasarkan (8,16,17).Kesan antimikrob AgNPs juga bergantung kepada jenis mikroorganisma.Keberkesanan AgNP-MHCs untuk menyahaktifkan ϕX174 mengikuti hubungan tindak balas dos.Antara AgNP-MHC yang diuji, Ag30-MHC mempunyai keberkesanan yang lebih tinggi untuk menyahaktifkan ϕX174 dan MNV.Untuk MNV, hanya Ag30-MHC yang memaparkan aktiviti antivirus, dengan AgNP-MHC yang lain tidak menghasilkan sebarang ketidakaktifan MNV yang ketara.Tiada satu pun daripada AgNP-MHC mempunyai aktiviti antivirus yang ketara terhadap AdV2.

Sebagai tambahan kepada saiz zarah, kepekatan perak dalam AgNP-MHCs juga penting.Kepekatan perak kelihatan untuk menentukan keberkesanan kesan antivirus AgNP-MHCs.Kepekatan perak dalam larutan Ag07-MHCs dan Ag30-MHCs pada 4.6 × 109 zarah/ml adalah 28.75 ppm dan 200 ppm, masing-masing, dan dikaitkan dengan tahap aktiviti antivirus.Jadual 2meringkaskan kepekatan perak dan kawasan permukaan AgNP-MHC yang diuji.Ag07-MHCs memaparkan aktiviti antivirus yang paling rendah dan mempunyai kepekatan perak dan kawasan permukaan yang paling rendah, menunjukkan bahawa sifat-sifat ini berkaitan dengan aktiviti antivirus AgNP-MHCs.

Kajian terdahulu kami menunjukkan bahawa mekanisme antimikrob utama AgNP-MHC adalah pengabstrakan kimia ion Mg2+ atau Ca2+ daripada membran mikrob, penciptaan kompleks dengan kumpulan tiol yang terletak di membran, dan penjanaan spesies oksigen reaktif (ROS) (21).Oleh kerana AgNP-MHC mempunyai saiz zarah yang agak besar (~ 500 nm), tidak mungkin mereka boleh menembusi kapsid virus.Sebaliknya, AgNP-MHC kelihatan berinteraksi dengan protein permukaan virus.AgNP pada komposit cenderung untuk mengikat biomolekul yang mengandungi kumpulan tiol yang tertanam dalam protein kot virus.Oleh itu, sifat biokimia protein kapsid virus adalah penting untuk menentukan kerentanan mereka kepada AgNP-MHCs.Rajah 1menunjukkan kerentanan virus yang berbeza terhadap kesan AgNP-MHCs.Bakteriofaj ϕX174 dan MNV terdedah kepada AgNP-MHC, tetapi AdV2 tahan.Tahap rintangan tinggi AdV2 mungkin dikaitkan dengan saiz dan strukturnya.Adenovirus bersaiz antara 70 hingga 100 nm (30), menjadikannya lebih besar daripada ϕX174 (27 hingga 33 nm) dan MNV (28 hingga 35 nm) (31,32).Sebagai tambahan kepada saiznya yang besar, adenovirus mempunyai DNA untai dua, tidak seperti virus lain, dan tahan terhadap pelbagai tekanan persekitaran seperti haba dan sinaran UV (33,34).Kajian terdahulu kami melaporkan bahawa hampir pengurangan 3-log10 MS2 berlaku dengan Ag30-MHC dalam masa 6 jam (21).MS2 dan ϕX174 mempunyai saiz yang sama dengan pelbagai jenis asid nukleik (RNA atau DNA) tetapi mempunyai kadar penyahaktifan yang sama oleh Ag30-MHCs.Oleh itu, sifat asid nukleik nampaknya tidak menjadi faktor utama penentangan terhadap AgNP-MHC.Sebaliknya, saiz dan bentuk zarah virus kelihatan lebih penting, kerana adenovirus adalah virus yang lebih besar.Ag30-MHC mencapai hampir pengurangan 2-log10 M13 dalam masa 6 jam (data kami yang tidak diterbitkan).M13 ialah virus DNA untai tunggal (35) dan ialah ~ 880 nm panjang dan 6.6 nm diameter (36).Kadar penyahaktifan bakteria filamen M13 adalah pertengahan antara virus kecil berstruktur bulat (MNV, ϕX174, dan MS2) dan virus besar (AdV2).

Dalam kajian ini, kinetik penyahaktifan MNV adalah berbeza dengan ketara dalam ujian plak dan ujian RT-PCR (Rajah 2bdandanc).c).Ujian molekul seperti RT-PCR diketahui amat memandang rendah kadar penyahaktifan virus (25,28), seperti yang terdapat dalam kajian kami.Oleh kerana AgNP-MHC berinteraksi terutamanya dengan permukaan virus, ia lebih berkemungkinan merosakkan protein kot virus berbanding asid nukleik virus.Oleh itu, ujian RT-PCR untuk mengukur asid nukleik virus mungkin memandang rendah dengan ketara ketidakaktifan virus.Kesan ion Ag+ dan penjanaan spesies oksigen reaktif (ROS) harus bertanggungjawab untuk penyahaktifan virus yang diuji.Walau bagaimanapun, banyak aspek mekanisme antiviral AgNP-MHC masih tidak jelas, dan penyelidikan lanjut menggunakan pendekatan bioteknologi diperlukan untuk menjelaskan mekanisme rintangan tinggi AdV2.

Akhirnya, kami menilai keteguhan aktiviti antivirus Ag30-MHC dengan mendedahkannya kepada pelbagai nilai pH dan untuk mengetuk dan permukaan sampel air sebelum mengukur aktiviti antivirus mereka (Rajah 3dandan4).4).Pendedahan kepada keadaan pH yang sangat rendah mengakibatkan kehilangan fizikal dan/atau fungsi AgNP daripada MHC (data tidak diterbitkan).Dengan kehadiran zarah tidak spesifik, Ag30-MHCs secara konsisten memaparkan aktiviti antivirus, walaupun terdapat penurunan dalam aktiviti antivirus terhadap MS2.Aktiviti antivirus adalah paling rendah dalam air permukaan yang tidak ditapis, kerana interaksi antara Ag30-MHC dan zarah tidak spesifik dalam air permukaan yang sangat keruh mungkin menyebabkan pengurangan aktiviti antivirus (Jadual 3).Oleh itu, penilaian medan AgNP-MHC dalam pelbagai jenis air (cth, dengan kepekatan garam atau asid humik yang berbeza) perlu dilakukan pada masa hadapan.

Kesimpulannya, komposit Ag baharu, AgNP-MHCs, mempunyai keupayaan antivirus yang sangat baik terhadap beberapa virus, termasuk ϕX174 dan MNV.AgNP-MHC mengekalkan keberkesanan yang kuat di bawah keadaan persekitaran yang berbeza, dan zarah-zarah ini boleh dipulihkan dengan mudah menggunakan magnet, sekali gus mengurangkan potensi kesan berbahayanya terhadap kesihatan manusia dan alam sekitar.Kajian ini menunjukkan bahawa komposit AgNP boleh menjadi antivirus yang berkesan dalam pelbagai tetapan persekitaran, tanpa risiko ekologi yang ketara.