Графен является потенциальным антимикробным материалом благодаря его большой площади поверхности, высокой подвижности носителей и биосовместимости. Открытие новых противовирусных материалов важно, поскольку многие инфекционные заболевания вызваны именно вирусами.
Исследованиями ученых факультет бионаучных технологий Христианского университета, Высшей школы биотехнологии и биоинженерии, кафедрой химического машиностроения и материаловедения университета Юань Цзе Тайваня и отделом общей патологии Таоюаньской больницы общего профиля, было доказано, что наночастицы серебра (Ag NPs) являются наиболее эффективными противомикробными агентами против бактерий и вирусов благодаря их высокому соотношению площади поверхности к объему и уникальным химическим и физическим свойствам.
Ограниченные исследования показали, что Ag NPs проявляют противовирусную активность против вируса иммунодефицита человека, вируса гепатита B, вируса простого герпеса типа 1, респираторно-синцитиальный вируса, поксвируса обезьяны, вируса Tacaribe и вирус гриппа A H1N1. Все упомянутые ранее вирусы РНК и ДНК содержат липидные оболочки. Противовирусные эффекты Ag NPs на вирусы без оболочки не были исследованы.
Изучение противовирусной активности GO и GO-Ag против вирусов с оболочкой и без оболочки Ag NPs показали активность против вирусов с оболочкой в ранее проведенных исследованиях, но ни в одном из них не обсуждалась противовирусная активность GO и GO-Ag. Противовирусные механизмы Ag NPs в основном основаны на блокировании проникновения вируса и вмешательстве в слияние вирусной мембраны. Противовирусная активность GO-Ag, наблюдаемая в проведенном исследовании, обусловлена наличием частиц Ag на листах GO.
Основной противовирусный механизм Ag NPs ранее не был тщательно исследован, но наиболее часто наблюдаемым методом, с помощью которого Ag NPs могут ингибировать вирусы, является физическое связывание между вирусом и Ag NPs, чтобы блокировать проникновение вирусов в клетки. Ag NPs могут ингибировать продуцирование in vitro РНК HBV и внеклеточных вирионов путем взаимодействия с вирусными частицами HBV, с помощью трансмиссионной электронной микроскопии (TEM). На ранней стадии репликации вируса ТЕМ наблюдается, что НЧ Ag связываются с гликопротеином 120 и, таким образом, предотвращают связывание и слияние клеток ВИЧ-1 и CD4. Кроме того, НЧ Ag могут ингибировать последующие стадии жизненного цикла ВИЧ-1. Поскольку Ag-NP обладают естественной тенденцией связывать дисульфидные связи в каждом мономере белка гемагглютинина на поверхности вируса гриппа и блокировать, связывания его
Многочисленные факторы могут определять антивирусную эффективность Ag NPs, включая размер, форму и укупорочные средства. Предыдущие исследования показали, что наиболее эффективный размер наночастиц Ag составляет <10 нм и что сферическая форма превосходит трубчатую форму или агрегацию. Кроме того, ранее проведенные исследования показали, что ограничивающие высвобождение свободных NP Ag-агенты могут проявлять более низкое ингибирование вируса. Следовательно, новый материал для укупорочных и поддерживающих агентов Ag NPs необходим для превосходного применения Ag NP.
Уникальные свойства графена
Графен, имеющий единственную атомную плоскость графита с двумерным расширением, является перспективным наноматериалом следующего поколения благодаря своей уникальной высокой подвижности носителей, эффективной оптической прозрачности, большой площади поверхности и биосовместимости.
GO используется в производстве наноматериалов семейства графена для различных применений. В исследованиях была оценена антибактериальная активность хорошо диспергированных листов GO, и в нескольких исследованиях сообщалось, что материал на основе графена может ингибировать проникновение и репликацию вируса с оболочкой ДНК (герпесвирус) и вируса РНК (коронавирус) в клетках-мишенях. Соответствующие результаты предыдущих исследований нанокомпозитов, сформированных наночастицами Ag и GO-листами против бактерий, могут быть применены к исследованиям противовирусной активности нанокомпозитов, состоящих из листов GO и Ag-NP (GO-Ag). Листы GO могут служить в качестве поддерживающего и стабилизирующего агента в предотвращении агломерации NP-Ag и, следовательно, в предотвращении снижения антибактериальной активности. Ag NP, нанесенные на листы GO, имели сферическую морфологию и средний размер 7,5 нм, что подходит для противовирусной активности. Наиболее существенное преимущество нанокомпозитов GO-Ag перед свободными наночастицами Ag состоит в том, что иммобилизация наночастиц Ag на листах GO предотвращает перемещение наночастиц, тем самым повышая биосовместимость материала и уменьшая токсикологические эффекты и воздействие на окружающую среду, связанное с металлическими наночастицами. Кроме того, матрица GO-Ag обладает высокой диспергируемостью в воде, имеет большую удельную поверхность, демонстрирует превосходную бактерицидную активность при чрезвычайно низких концентрациях и не проявляет коррозионных характеристик.
В исследовании кошачий коронавирус (FCoV) и вирус инфекционной бурсальной болезни (IBDV) были соответственно выбраны в качестве вирусов с оболочкой и без оболочки для проверки противовирусной активности нанокомпозитов, состоящих из GO-Ag. Feline CoV - это одноцепочечный РНК-вирус с положительным смыслом и липидной оболочкой, принадлежащий к семейству Coronaviridae. Обычно он вызывает инфекционный перитонит кошек - прогрессирующее и смертельное заболевание у кошек - и передается через прямой контакт с секретами. IBDV представляет собой двухцепочечный РНК-вирус без оболочки и относится к роду Avibirnavirus семейства Birnaviridae. В основном он поражает кур, что приводит к иммуносупрессии и значительным экономическим потерям. GO-Ag демонстрирует многообещающую антивирусную активность и есть надежда применить этот новый материал для изготовления средств индивидуальной защиты (СИЗ) для защиты от вирусных инфекций.
Обнадеживающие перспективы
Конечный продукт GO и GO-Ag представляет собой черный порошок. GO-Ag может разрушать клеточную стенку грамположительных бактерий и ингибировать деление клеток грамотрицательных бактерий. Частицы серебра, закрепленные на листах оксида графена (GO-Ag), могут ингибировать инфекционность вирусов с оболочкой и без оболочки с очень низкой или нулевой цитотоксичностью для клеток, восприимчивых к вирусам. Для вирусов без оболочки оболочка из оксида графена (GO) выступает в качестве поддерживающего материала для антивирусных частиц Ag без какой-либо противовирусной способности. Для вируса с оболочкой листы GO могут быть использованы не только для равномерного рассеивания частиц Ag, но также способны ингибировать заражение вирусами. Листы GO также показывают очень низкую цитотоксичность для клеток. В заключение, это исследование обнаружило, что GO и GO-Ag являются новыми материалами для дальнейшей разработки защитных реагентов и оборудования против передачи инфекционных вирусов.
Листы GO с частицами серебра проявляли противовирусную активность как против вирусов с оболочкой, так и против вирусов без оболочки, тогда как только листы GO могли ингибировать заражение вирусов с оболочкой только в нецитотоксических концентрациях. Хотя противовирусный механизм требует дальнейших исследований, уникальная структура листов оксида графена может способствовать ингибированию заражения коронавирусом кошачьих липидной оболочкой. Для ингибирования инфекции вируса инфекционной бурсальной болезни без липидной оболочки может быть важным сопряжение серных групп вирусных белков и частиц серебра на поверхности оксида графена.
Новое антивирусное наноматериальное покрытие GO-Ag в лицевых масках должно минимизировать риск передачи инфекционных агентов.
