Các hạt nano bạc (AgNP) được coi là một công cụ hữu ích để kiểm soát các mầm bệnh khác nhau.Tuy nhiên, có những lo ngại về việc giải phóng AgNP vào môi trường môi trường, vì chúng có thể gây ra những ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người và sinh thái.Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã phát triển và đánh giá một loại keo lai từ tính (MHC) mới có kích thước micromet được trang trí bằng các AgNP có kích thước khác nhau (AgNP-MHC).Sau khi được áp dụng để khử trùng, những hạt này có thể dễ dàng được phục hồi từ môi trường môi trường bằng cách sử dụng đặc tính từ tính của chúng và vẫn có hiệu quả trong việc vô hiệu hóa mầm bệnh virus.Chúng tôi đã đánh giá hiệu quả của AgNP-MHC trong việc vô hiệu hóa vi khuẩn ϕX174, norovirus ở chuột (MNV) và adenovirus serotype 2 (AdV2).Những virus mục tiêu này được tiếp xúc với AgNP-MHC trong 1, 3 và 6 giờ ở 25°C, sau đó được phân tích bằng xét nghiệm mảng bám và PCR TaqMan thời gian thực.AgNP-MHC được tiếp xúc với nhiều mức độ pH cũng như nước máy và nước bề mặt để đánh giá tác dụng kháng vi-rút của chúng trong các điều kiện môi trường khác nhau.Trong số ba loại AgNP-MHC được thử nghiệm, Ag30-MHC cho thấy hiệu quả cao nhất trong việc vô hiệu hóa virus.ϕX174 và MNV đã giảm hơn 2 log10 sau khi tiếp xúc với 4,6 × 109 Ag30-MHCs/ml trong 1 giờ.Những kết quả này chỉ ra rằng AgNP-MHC có thể được sử dụng để vô hiệu hóa mầm bệnh virus với khả năng phát tán ra môi trường ở mức tối thiểu.

Với những tiến bộ gần đây trong công nghệ nano, các hạt nano đã nhận được sự chú ý ngày càng tăng trên toàn thế giới trong các lĩnh vực công nghệ sinh học, y học và y tế công cộng (1,2).Do tỷ lệ bề mặt trên thể tích cao, các vật liệu có kích thước nano, thường nằm trong khoảng từ 10 đến 500 nm, có các đặc tính hóa lý độc đáo so với các vật liệu lớn hơn (1).Hình dạng và kích thước của vật liệu nano có thể được kiểm soát và các nhóm chức năng cụ thể có thể được liên hợp trên bề mặt của chúng để cho phép tương tác với một số protein hoặc sự hấp thu nội bào (3,–5).

Các hạt nano bạc (AgNP) đã được nghiên cứu rộng rãi như một chất kháng khuẩn (6).Bạc được sử dụng trong việc chế tạo dao kéo tinh xảo, để trang trí và làm các tác nhân trị liệu.Các hợp chất bạc như bạc sulfadiazine và một số loại muối đã được sử dụng làm sản phẩm chăm sóc vết thương và điều trị các bệnh truyền nhiễm do đặc tính kháng khuẩn của chúng (6,7).Các nghiên cứu gần đây đã tiết lộ rằng AgNP rất hiệu quả trong việc vô hiệu hóa nhiều loại vi khuẩn và vi rút (8,–11).Các ion AgNP và Ag+ được giải phóng từ AgNP tương tác trực tiếp với các phân tử sinh học chứa phốt pho hoặc lưu huỳnh, bao gồm DNA, RNA và protein (12,–14).Chúng cũng đã được chứng minh là tạo ra các loại oxy phản ứng (ROS), gây tổn thương màng tế bào ở vi sinh vật (15).Kích thước, hình dạng và nồng độ của AgNP cũng là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng kháng khuẩn của chúng (8,10,13,16,17).

Các nghiên cứu trước đây cũng đã nêu bật một số vấn đề khi sử dụng AgNP để kiểm soát mầm bệnh trong môi trường nước.Đầu tiên, các nghiên cứu hiện có về hiệu quả của AgNP trong việc vô hiệu hóa mầm bệnh virus trong nước còn hạn chế.Ngoài ra, AgNP đơn phân tán thường bị kết tụ hạt-hạt do kích thước nhỏ và diện tích bề mặt lớn, và những tập hợp này làm giảm hiệu quả của AgNP chống lại mầm bệnh vi khuẩn (7).Cuối cùng, AgNP đã được chứng minh là có nhiều tác dụng gây độc tế bào (5,18,–20) và việc thải AgNP vào môi trường nước có thể gây ra các vấn đề về sức khỏe con người và sinh thái.

Gần đây, chúng tôi đã phát triển một loại keo lai từ tính (MHC) có kích thước micromet mới được trang trí bằng AgNP có nhiều kích cỡ khác nhau (21,22).Lõi MHC có thể được sử dụng để phục hồi vật liệu tổng hợp AgNP từ môi trường.Chúng tôi đã đánh giá hiệu quả kháng virus của các hạt nano bạc này trên MHC (AgNP-MHC) bằng cách sử dụng thực khuẩn thể ϕX174, norovirus ở chuột (MNV) và adenovirus trong các điều kiện môi trường khác nhau.

Tác dụng kháng vi-rút của AgNP-MHC ở các nồng độ khác nhau chống lại vi khuẩn ϕX174 (a), MNV (b) và AdV2 (c).Các virus mục tiêu được xử lý bằng các nồng độ AgNP-MHC khác nhau và với OH-MHC (4,6 × 109 hạt/ml) làm đối chứng, trong tủ ấm lắc (150 vòng/phút, 1 giờ, 25°C).Phương pháp xét nghiệm mảng bám được sử dụng để đo lượng virus còn sống sót.Giá trị là phương tiện ± độ lệch chuẩn (SD) từ ba thử nghiệm độc lập.Dấu hoa thị biểu thị các giá trị khác nhau đáng kể (P< 0,05 theo ANOVA một chiều với thử nghiệm của Dunnett).

Nghiên cứu này chứng minh rằng AgNP-MHC có hiệu quả trong việc vô hiệu hóa các thể thực khuẩn và MNV, chất thay thế cho norovirus ở người, trong nước.Ngoài ra, AgNP-MHC có thể được thu hồi dễ dàng bằng nam châm, ngăn chặn hiệu quả việc thải AgNP độc hại tiềm tàng vào môi trường.Một số nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng nồng độ và kích thước hạt của AgNP là yếu tố quan trọng để vô hiệu hóa vi sinh vật mục tiêu (8,16,17).Tác dụng kháng khuẩn của AgNP cũng phụ thuộc vào loại vi sinh vật.Hiệu quả của AgNP-MHC trong việc vô hiệu hóa ϕX174 tuân theo mối quan hệ giữa liều lượng và phản ứng.Trong số các AgNP-MHC được thử nghiệm, Ag30-MHC có hiệu quả cao hơn trong việc vô hiệu hóa ϕX174 và MNV.Đối với MNV, chỉ Ag30-MHC thể hiện hoạt tính kháng virus, còn các AgNP-MHC khác không tạo ra bất kỳ sự bất hoạt đáng kể nào của MNV.Không có AgNP-MHC nào có hoạt tính kháng virus đáng kể chống lại AdV2.

Ngoài kích thước hạt, nồng độ bạc trong AgNP-MHC cũng rất quan trọng.Nồng độ bạc dường như quyết định hiệu quả tác dụng kháng virus của AgNP-MHC.Nồng độ bạc trong dung dịch Ag07-MHC và Ag30-MHC ở mức 4,6 × 109 hạt/ml lần lượt là 28,75 ppm và 200 ppm và tương quan với mức độ hoạt động chống vi-rút.ban 2tóm tắt nồng độ bạc và diện tích bề mặt của AgNP-MHC được thử nghiệm.Ag07-MHC thể hiện hoạt tính kháng vi-rút thấp nhất và có nồng độ bạc cũng như diện tích bề mặt thấp nhất, cho thấy các đặc tính này có liên quan đến hoạt động kháng vi-rút của AgNP-MHC.

Nghiên cứu trước đây của chúng tôi chỉ ra rằng cơ chế kháng khuẩn chính của AgNP-MHC là sự tách hóa học của các ion Mg2+ hoặc Ca2+ từ màng vi sinh vật, tạo ra phức chất với các nhóm thiol nằm ở màng và tạo ra các loại oxy phản ứng (ROS) (21).Do AgNP-MHC có kích thước hạt tương đối lớn (∼500 nm) nên chúng khó có thể xuyên qua vỏ bọc của virus.Thay vào đó, AgNP-MHC dường như tương tác với các protein bề mặt của virus.AgNP trên vật liệu tổng hợp có xu hướng liên kết các phân tử sinh học chứa nhóm thiol được nhúng trong protein vỏ của virus.Do đó, đặc tính sinh hóa của protein Capsid của virus rất quan trọng để xác định tính nhạy cảm của chúng với AgNP-MHC.Hình 1cho thấy mức độ nhạy cảm khác nhau của virus đối với tác động của AgNP-MHC.Các thể thực khuẩn ϕX174 và MNV nhạy cảm với AgNP-MHC, nhưng AdV2 lại kháng thuốc.Mức kháng cự cao của AdV2 có thể liên quan đến kích thước và cấu trúc của nó.Adenovirus có kích thước từ 70 đến 100 nm (30), làm cho chúng lớn hơn nhiều so với ϕX174 (27 đến 33 nm) và MNV (28 đến 35 nm) (31,32).Ngoài kích thước lớn, adenovirus còn có DNA chuỗi kép, không giống như các loại virus khác và có khả năng chống lại các áp lực môi trường khác nhau như nhiệt độ và bức xạ tia cực tím (33,34).Nghiên cứu trước đây của chúng tôi đã báo cáo rằng gần như giảm 3-log10 MS2 xảy ra với Ag30-MHC trong vòng 6 giờ (21).MS2 và ϕX174 có kích thước tương tự với các loại axit nucleic (RNA hoặc DNA) khác nhau nhưng có tỷ lệ bất hoạt tương tự bởi Ag30-MHC.Do đó, bản chất của axit nucleic dường như không phải là yếu tố chính gây ra tình trạng kháng AgNP-MHC.Thay vào đó, kích thước và hình dạng của hạt virus dường như quan trọng hơn, bởi vì adenovirus là một loại virus lớn hơn nhiều.Ag30-MHC đã giảm gần như 2 log10 M13 trong vòng 6 giờ (dữ liệu chưa được công bố của chúng tôi).M13 là virus DNA chuỗi đơn (35) và có chiều dài ~ 880 nm và đường kính 6,6 nm (36).Tốc độ bất hoạt của thể thực khuẩn dạng sợi M13 là trung gian giữa tốc độ bất hoạt của vi rút nhỏ, có cấu trúc tròn (MNV, ϕX174 và MS2) và vi rút lớn (AdV2).

Trong nghiên cứu này, động học bất hoạt của MNV khác biệt đáng kể trong xét nghiệm mảng bám và xét nghiệm RT-PCR (Hình 2bVà​vàc).c).Các xét nghiệm phân tử như RT-PCR được biết là đánh giá thấp đáng kể tốc độ bất hoạt của virus (25,28), như đã được tìm thấy trong nghiên cứu của chúng tôi.Do AgNP-MHC tương tác chủ yếu với bề mặt virus nên chúng có nhiều khả năng làm hỏng protein vỏ của virus hơn là axit nucleic của virus.Do đó, xét nghiệm RT-PCR để đo axit nucleic của virus có thể đánh giá thấp đáng kể mức độ bất hoạt của virus.Tác động của các ion Ag+ và việc tạo ra các loại oxy phản ứng (ROS) là nguyên nhân làm bất hoạt các virus được thử nghiệm.Tuy nhiên, nhiều khía cạnh về cơ chế kháng virus của AgNP-MHC vẫn chưa rõ ràng và cần phải nghiên cứu sâu hơn bằng cách sử dụng các phương pháp công nghệ sinh học để làm sáng tỏ cơ chế kháng thuốc cao của AdV2.

Cuối cùng, chúng tôi đã đánh giá mức độ mạnh mẽ của hoạt tính kháng vi-rút của Ag30-MHC bằng cách cho chúng tiếp xúc với nhiều giá trị pH cũng như các mẫu nước máy và nước bề mặt trước khi đo hoạt tính kháng vi-rút của chúng (Hình 3Và​và4).4).Việc tiếp xúc với điều kiện pH cực thấp dẫn đến mất AgNP vật lý và/hoặc chức năng khỏi MHC (dữ liệu chưa được công bố).Với sự hiện diện của các hạt không đặc hiệu, Ag30-MHC liên tục thể hiện hoạt động kháng vi-rút, mặc dù hoạt động kháng vi-rút chống lại MS2 bị suy giảm.Hoạt tính kháng vi-rút thấp nhất ở nước bề mặt chưa được lọc, vì sự tương tác giữa Ag30-MHC và các hạt không đặc hiệu trong nước bề mặt có độ đục cao có thể làm giảm hoạt động kháng vi-rút (bàn số 3).Do đó, việc đánh giá hiện trường về AgNP-MHC trong nhiều loại nước khác nhau (ví dụ: với nồng độ muối hoặc axit humic khác nhau) cần được thực hiện trong tương lai.

Tóm lại, vật liệu tổng hợp Ag mới, AgNP-MHC, có khả năng chống vi-rút tuyệt vời chống lại một số loại vi-rút, bao gồm ϕX174 và MNV.AgNP-MHC duy trì hiệu quả mạnh mẽ trong các điều kiện môi trường khác nhau và những hạt này có thể được thu hồi dễ dàng bằng nam châm, do đó làm giảm tác động có hại tiềm tàng của chúng đối với sức khỏe con người và môi trường.Nghiên cứu này cho thấy hỗn hợp AgNP có thể là chất chống vi-rút hiệu quả trong nhiều môi trường khác nhau mà không có rủi ro sinh thái đáng kể.