อนุภาคนาโนเงิน (AgNPs) ถือเป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์ในการควบคุมเชื้อโรคต่างๆอย่างไรก็ตาม มีความกังวลเกี่ยวกับการปล่อย AgNPs สู่สื่อด้านสิ่งแวดล้อม เนื่องจากอาจก่อให้เกิดผลเสียต่อสุขภาพของมนุษย์และผลกระทบต่อระบบนิเวศในการศึกษานี้ เราได้พัฒนาและประเมินคอลลอยด์แม่เหล็กไฮบริดคอลลอยด์ (MHC) ขนาดไมโครมิเตอร์แบบใหม่ที่ตกแต่งด้วย AgNP ขนาดต่างๆ (AgNP-MHCs)หลังจากนำไปใช้ในการฆ่าเชื้อ อนุภาคเหล่านี้สามารถกู้คืนได้ง่ายจากตัวกลางด้านสิ่งแวดล้อมโดยใช้คุณสมบัติทางแม่เหล็กและยังคงมีประสิทธิภาพในการยับยั้งเชื้อโรคไวรัสเราประเมินประสิทธิภาพของ AgNP-MHCs ในการยับยั้งแบคทีเรีย ϕX174, norovirus ของ murine (MNV) และ adenovirus serotype 2 (AdV2)ไวรัสเป้าหมายเหล่านี้สัมผัสกับ AgNP-MHCs เป็นเวลา 1, 3 และ 6 ชั่วโมงที่ 25°C จากนั้นวิเคราะห์โดยการทดสอบคราบจุลินทรีย์และ TaqMan PCR แบบเรียลไทม์AgNP-MHC สัมผัสกับระดับ pH ที่หลากหลาย และสัมผัสกับน้ำประปาและน้ำผิวดินเพื่อประเมินผลต้านไวรัสภายใต้สภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันในบรรดาการทดสอบ AgNP-MHC สามประเภทนั้น Ag30-MHC มีประสิทธิภาพสูงสุดในการยับยั้งไวรัสϕX174 และ MNV ลดลงมากกว่า 2 log10 หลังจากได้รับ 4.6 × 109 Ag30-MHCs/ml เป็นเวลา 1 ชั่วโมงผลลัพธ์เหล่านี้บ่งชี้ว่า AgNP-MHCs สามารถใช้เพื่อยับยั้งเชื้อโรคไวรัสโดยมีโอกาสปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมน้อยที่สุด

ด้วยความก้าวหน้าล่าสุดในนาโนเทคโนโลยี อนุภาคนาโนจึงได้รับความสนใจเพิ่มขึ้นทั่วโลกในด้านเทคโนโลยีชีวภาพ การแพทย์ และการสาธารณสุข (1,2).เนื่องจากอัตราส่วนพื้นผิวต่อปริมาตรสูง วัสดุขนาดนาโนซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 10 ถึง 500 นาโนเมตร จึงมีคุณสมบัติทางเคมีกายภาพที่เป็นเอกลักษณ์เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุที่มีขนาดใหญ่กว่า (1).สามารถควบคุมรูปร่างและขนาดของวัสดุนาโนได้ และสามารถรวมกลุ่มการทำงานเฉพาะบนพื้นผิวเพื่อให้เกิดปฏิกิริยากับโปรตีนบางชนิดหรือการดูดซึมภายในเซลล์ได้ (3,–5).

อนุภาคนาโนเงิน (AgNPs) ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางว่าเป็นสารต้านจุลชีพ (6).เงินถูกนำมาใช้ในการสร้างช้อนส้อมอันประณีต สำหรับการตกแต่ง และใช้เป็นยารักษาโรคสารประกอบเงิน เช่น ซิลเวอร์ซัลฟาไดอะซีนและเกลือบางชนิดถูกใช้เป็นผลิตภัณฑ์ดูแลบาดแผลและรักษาโรคติดเชื้อเนื่องจากคุณสมบัติต้านจุลชีพ (6,7).การศึกษาล่าสุดเปิดเผยว่า AgNP มีประสิทธิภาพมากในการยับยั้งแบคทีเรียและไวรัสประเภทต่างๆ (8,–11).ไอออน AgNP และ Ag+ ที่ปล่อยออกมาจาก AgNP จะโต้ตอบโดยตรงกับโมเลกุลชีวภาพที่มีฟอสฟอรัสหรือซัลเฟอร์ ซึ่งรวมถึง DNA, RNA และโปรตีน (12,–14).นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นว่าสร้างสายพันธุ์ออกซิเจนปฏิกิริยา (ROS) ทำให้เกิดความเสียหายต่อเมมเบรนในจุลินทรีย์ (15).ขนาด รูปร่าง และความเข้มข้นของ AgNP ยังเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อความสามารถในการต้านจุลชีพของสารเหล่านี้ (8,10,13,16,17).

การศึกษาก่อนหน้านี้ยังได้เน้นถึงปัญหาหลายประการเมื่อใช้ AgNP เพื่อควบคุมเชื้อโรคในสภาพแวดล้อมของน้ำประการแรก การศึกษาที่มีอยู่เกี่ยวกับประสิทธิผลของ AgNP ในการยับยั้งเชื้อโรคไวรัสในน้ำนั้นมีจำกัดนอกจากนี้ AgNP ที่กระจายตัวแบบเดี่ยวมักขึ้นอยู่กับการรวมตัวของอนุภาค-อนุภาคเนื่องจากขนาดที่เล็กและพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ และการรวมตัวเหล่านี้จะลดประสิทธิภาพของ AgNP ต่อเชื้อโรคจุลินทรีย์ (7).ในที่สุด AgNP ก็แสดงให้เห็นว่ามีผลกระทบต่อเซลล์หลายชนิด (5,18,–20) และการปล่อย AgNP สู่สภาพแวดล้อมทางน้ำอาจส่งผลให้เกิดปัญหาสุขภาพของมนุษย์และระบบนิเวศ

เมื่อเร็วๆ นี้ เราได้พัฒนาคอลลอยด์แม่เหล็กไฮบริดคอลลอยด์ (MHC) ขนาดไมโครมิเตอร์แบบใหม่ที่ตกแต่งด้วย AgNP ขนาดต่างๆ (21,22).แกน MHC สามารถใช้เพื่อกู้คืนคอมโพสิต AgNP จากสภาพแวดล้อมเราประเมินประสิทธิภาพการต้านไวรัสของอนุภาคนาโนเงินเหล่านี้ใน MHCs (AgNP-MHCs) โดยใช้แบคทีเรีย ϕX174, murine norovirus (MNV) และ adenovirus ภายใต้สภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน

ผลต้านไวรัสของ AgNP-MHCs ที่ความเข้มข้นต่าง ๆ ต่อแบคทีเรีย ϕX174 (a), MNV (b) และ AdV2 (c)ไวรัสเป้าหมายถูกบำบัดด้วยความเข้มข้นที่แตกต่างกันของ AgNP-MHCs และด้วย OH-MHCs (4.6 × 109 อนุภาค/มล.) เป็นตัวควบคุมในตู้ฟักแบบเขย่า (150 รอบต่อนาที, 1 ชั่วโมง, 25°C)วิธีการทดสอบคราบจุลินทรีย์ใช้เพื่อวัดไวรัสที่ยังมีชีวิตรอดค่าคือค่าเฉลี่ย ± ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน (SD) จากการทดลองอิสระสามครั้งเครื่องหมายดอกจันระบุค่าที่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ (P< 0.05 โดยการวิเคราะห์ความแปรปรวนทางเดียวด้วยการทดสอบของ Dunnett)

การศึกษานี้แสดงให้เห็นว่า AgNP-MHCs มีประสิทธิภาพในการยับยั้งแบคทีริโอฟาจและ MNV ซึ่งเป็นตัวแทนของโนโรไวรัสของมนุษย์ในน้ำนอกจากนี้ AgNP-MHC สามารถกู้คืนได้อย่างง่ายดายด้วยแม่เหล็ก ซึ่งป้องกันการปล่อย AgNP ที่อาจเป็นพิษออกสู่สิ่งแวดล้อมได้อย่างมีประสิทธิภาพการศึกษาก่อนหน้านี้จำนวนหนึ่งแสดงให้เห็นว่าความเข้มข้นและขนาดอนุภาคของ AgNP เป็นปัจจัยสำคัญในการยับยั้งจุลินทรีย์เป้าหมาย (8,16,17).ผลต้านจุลชีพของ AgNP ยังขึ้นอยู่กับชนิดของจุลินทรีย์ด้วยประสิทธิภาพของ AgNP-MHCs สำหรับการปิดใช้งาน ϕX174 เป็นไปตามความสัมพันธ์ของการตอบสนองต่อขนาดยาในบรรดา AgNP-MHC ที่ทดสอบนั้น Ag30-MHC มีประสิทธิภาพสูงกว่าในการปิดใช้งาน ϕX174 และ MNVสำหรับ MNV มีเพียง Ag30-MHC เท่านั้นที่แสดงฤทธิ์ต้านไวรัส โดยที่ AgNP-MHC อื่นๆ ไม่ทำให้เกิดการยับยั้งการทำงานของ MNV ที่มีนัยสำคัญใดๆไม่มี AgNP-MHCs ใดที่มีฤทธิ์ต้านไวรัสที่มีนัยสำคัญต่อ AdV2

นอกจากขนาดอนุภาคแล้ว ความเข้มข้นของเงินใน AgNP-MHC ก็มีความสำคัญเช่นกันความเข้มข้นของธาตุเงินดูเหมือนจะกำหนดประสิทธิภาพของผลต้านไวรัสของ AgNP-MHCsความเข้มข้นของธาตุเงินในสารละลายของ Ag07-MHCs และ Ag30-MHCs ที่ 4.6 × 109 อนุภาค/มล. เท่ากับ 28.75 ppm และ 200 ppm ตามลำดับ และมีความสัมพันธ์กับระดับการออกฤทธิ์ของไวรัสตารางที่ 2สรุปความเข้มข้นของธาตุเงินและพื้นที่ผิวของ AgNP-MHC ที่ทดสอบAg07-MHCs แสดงฤทธิ์ต้านไวรัสต่ำที่สุด และมีความเข้มข้นของธาตุเงินและพื้นที่ผิวต่ำที่สุด ซึ่งบ่งชี้ว่าคุณสมบัติเหล่านี้เกี่ยวข้องกับฤทธิ์ต้านไวรัสของ AgNP-MHCs

การศึกษาก่อนหน้านี้ของเราระบุว่ากลไกการต้านจุลชีพที่สำคัญของ AgNP-MHCs คือการดึงทางเคมีของไอออน Mg2+ หรือ Ca2+ จากเยื่อหุ้มจุลินทรีย์ การสร้างสารเชิงซ้อนที่มีหมู่ไทออลอยู่ที่เยื่อหุ้ม และการสร้างสายพันธุ์ออกซิเจนที่เกิดปฏิกิริยา (ROS) (21).เนื่องจาก AgNP-MHCs มีขนาดอนุภาคค่อนข้างใหญ่ (∼ 500 นาโนเมตร) จึงไม่น่าเป็นไปได้ที่พวกมันจะสามารถเจาะแคปซิดของไวรัสได้ดูเหมือนว่า AgNP-MHCs จะมีปฏิกิริยากับโปรตีนบนพื้นผิวของไวรัสแทนAgNP บนคอมโพสิตมีแนวโน้มที่จะจับกับโมเลกุลชีวโมเลกุลที่มีกลุ่ม thiol ที่ฝังอยู่ในโปรตีนเคลือบของไวรัสดังนั้นคุณสมบัติทางชีวเคมีของโปรตีนแคปซิดของไวรัสจึงมีความสำคัญต่อการพิจารณาความไวต่อ AgNP-MHCsรูปที่ 1แสดงให้เห็นถึงความอ่อนแอที่แตกต่างกันของไวรัสต่อผลกระทบของ AgNP-MHCแบคทีเรีย ϕX174 และ MNV ไวต่อ AgNP-MHCs แต่ AdV2 สามารถต้านทานได้ระดับความต้านทานสูงของ AdV2 มีแนวโน้มที่จะสัมพันธ์กับขนาดและโครงสร้างของมันAdenoviruses มีขนาดตั้งแต่ 70 ถึง 100 นาโนเมตร (30) ทำให้มีขนาดใหญ่กว่า ϕX174 (27 ถึง 33 nm) และ MNV (28 ถึง 35 nm) มาก (31,32).นอกจากขนาดที่ใหญ่แล้ว อะดีโนไวรัสยังมี DNA แบบเกลียวคู่ ซึ่งแตกต่างจากไวรัสอื่นๆ และทนทานต่อความเครียดจากสิ่งแวดล้อมต่างๆ เช่น ความร้อนและรังสี UV (33,34).การศึกษาก่อนหน้าของเรารายงานว่าการลด MS2 เกือบ 3-log10 เกิดขึ้นกับ Ag30-MHCs ภายใน 6 ชั่วโมง (21).MS2 และ ϕX174 มีขนาดใกล้เคียงกับกรดนิวคลีอิกประเภทต่างๆ (RNA หรือ DNA) แต่มีอัตราการยับยั้งที่ใกล้เคียงกันโดย Ag30-MHCsดังนั้นธรรมชาติของกรดนิวคลีอิกจึงไม่ใช่ปัจจัยสำคัญในการต้านทาน AgNP-MHCขนาดและรูปร่างของอนุภาคไวรัสดูเหมือนจะมีความสำคัญมากกว่า เนื่องจากอะดีโนไวรัสเป็นไวรัสที่มีขนาดใหญ่กว่ามากAg30-MHC สามารถลด M13 ได้เกือบ 2-log10 ภายใน 6 ชั่วโมง (ข้อมูลที่ยังไม่ได้เผยแพร่ของเรา)M13 เป็นไวรัส DNA สายเดี่ยว (35) และมีความยาว ∼880 นาโนเมตร และมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 6.6 นาโนเมตร (36).อัตราการยับยั้งของแบคทีเรียที่มีเส้นใย M13 อยู่ตรงกลางระหว่างไวรัสที่มีโครงสร้างทรงกลมขนาดเล็ก (MNV, ϕX174 และ MS2) และไวรัสขนาดใหญ่ (AdV2)

ในการศึกษานี้ จลนพลศาสตร์ของการยับยั้งการทำงานของ MNV แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญในการวิเคราะห์คราบจุลินทรีย์และการวิเคราะห์ RT-PCR (รูปที่ 2bและ​และค)ค).การตรวจวิเคราะห์ระดับโมเลกุล เช่น RT-PCR เป็นที่ทราบกันดีว่าประเมินอัตราการหยุดการทำงานของไวรัสต่ำเกินไปอย่างมีนัยสำคัญ (25,28) ตามที่พบในการศึกษาของเราเนื่องจาก AgNP-MHC มีปฏิกิริยากับพื้นผิวของไวรัสเป็นหลัก จึงมีแนวโน้มที่จะทำลายโปรตีนเคลือบไวรัสมากกว่ากรดนิวคลีอิกของไวรัสดังนั้นการทดสอบ RT-PCR เพื่อวัดกรดนิวคลีอิกของไวรัสอาจดูถูกดูแคลนการหยุดการทำงานของไวรัสอย่างมีนัยสำคัญผลกระทบของไอออน Ag+ และการสร้างสายพันธุ์ออกซิเจนปฏิกิริยา (ROS) ควรมีส่วนในการยับยั้งการทำงานของไวรัสที่ทดสอบอย่างไรก็ตาม กลไกการต้านไวรัสของ AgNP-MHCs หลายประการยังไม่ชัดเจน และจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมโดยใช้แนวทางเทคโนโลยีชีวภาพเพื่ออธิบายกลไกของการต้านทานสูงของ AdV2

สุดท้ายนี้ เราประเมินความทนทานของฤทธิ์ต้านไวรัสของ Ag30-MHC โดยการเปิดเผยค่า pH ที่หลากหลาย และตัวอย่างน้ำประปาและน้ำผิวดินก่อนวัดฤทธิ์ต้านไวรัส (มะเดื่อ 3และ​และ4).4).การสัมผัสกับสภาวะ pH ที่ต่ำมากส่งผลให้เกิดการสูญเสีย AgNP ทางกายภาพและ/หรือการทำงานของ MHC (ข้อมูลที่ยังไม่ได้เผยแพร่)ในการมีอยู่ของอนุภาคที่ไม่จำเพาะ Ag30-MHC จะแสดงฤทธิ์ต้านไวรัสอย่างสม่ำเสมอ แม้ว่าฤทธิ์ต้านไวรัสต่อ MS2 จะลดลงก็ตามฤทธิ์ต้านไวรัสต่ำที่สุดในน้ำผิวดินที่ไม่มีการกรอง เนื่องจากปฏิสัมพันธ์ระหว่าง Ag30-MHCs และอนุภาคที่ไม่จำเพาะในน้ำผิวดินที่มีความขุ่นสูงอาจทำให้ฤทธิ์ต้านไวรัสลดลง (ตารางที่ 3).ดังนั้น การประเมินภาคสนามของ AgNP-MHC ในน้ำประเภทต่างๆ (เช่น ที่มีความเข้มข้นของเกลือหรือกรดฮิวมิกต่างกัน) ควรดำเนินการในอนาคต

โดยสรุป คอมโพสิต Ag ใหม่ AgNP-MHCs มีความสามารถในการต้านไวรัสได้ดีเยี่ยมในการต่อต้านไวรัสหลายชนิด รวมถึง ϕX174 และ MNVAgNP-MHC รักษาประสิทธิภาพที่แข็งแกร่งภายใต้สภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน และอนุภาคเหล่านี้สามารถกู้คืนได้อย่างง่ายดายโดยใช้แม่เหล็ก ซึ่งช่วยลดผลกระทบที่เป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์และสิ่งแวดล้อมการศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าคอมโพสิต AgNP สามารถเป็นยาต้านไวรัสที่มีประสิทธิผลในสภาพแวดล้อมต่างๆ โดยไม่มีความเสี่ยงต่อระบบนิเวศที่มีนัยสำคัญ