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Jun 17, 2023

Antivirale Wirksamkeit von Ceroxid-Nanopartikeln

Wissenschaftliche Berichte, Band 12, Artikelnummer: 18746 (2022) Diesen Artikel zitieren 1471 Zugriffe 5 Zitate 8 Altmetrische Metrikdetails Nanomaterialien sind potenzielle Kandidaten für die Eliminierung von

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 18746 (2022) Diesen Artikel zitieren

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5 Zitate

8 Altmetrisch

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Nanomaterialien sind aufgrund ihrer multimodalen Wirkmechanismen aussichtsreiche Kandidaten für die Eliminierung von Viren. Hier haben wir das antivirale Potenzial eines weitgehend unerforschten Nanopartikels aus Cerdioxid (CeO2) getestet. Zwei Nano-CeO2 mit entgegengesetzter Oberflächenladung (+) und (–) wurden auf ihre Fähigkeit untersucht, die Plaque-bildenden Einheiten (PFU) von vier umhüllten und zwei nicht umhüllten Viren während einer einstündigen Exposition zu verringern. Eine statistisch signifikante antivirale Aktivität gegenüber dem behüllten Coronavirus SARS-CoV-2 und dem Influenzavirus wurde bereits bei 20 mg Ce/l registriert. Für die beiden anderen umhüllten Viren, das übertragbare Gastroenteritisvirus und den Bakteriophagen φ6, wurde eine antivirale Aktivität bei 200 mg Ce/l nachgewiesen. Wie erwartet war die Empfindlichkeit unbehüllter Viren gegenüber Nano-CeO2 deutlich geringer. Das EMCV-Picornavirus zeigte bis zur höchsten getesteten Konzentration, 2000 mg Ce/l, keinen Rückgang der PFU, und der MS2-Bakteriophage zeigte eine leichte nichtmonotone Reaktion auf hohe Konzentrationen von Nano-CeO2(−). Parallele Tests der antiviralen Aktivität von Ce3+-Ionen und SiO2-Nanopartikeln lassen den Schluss zu, dass die Nano-CeO2-Aktivität weder auf freigesetzte Ce-Ionen noch auf unspezifische Effekte von Nanopartikeln zurückzuführen ist. Darüber hinaus konnten wir eine höhere antivirale Wirksamkeit von Nano-CeO2 im Vergleich zu Ag-Nanopartikeln nachweisen. Dieses Ergebnis sowie die geringe antibakterielle Aktivität und die nicht vorhandene Zytotoxizität von Nano-CeO2 ermöglichen es uns, CeO2-Nanopartikel für spezifische antivirale Anwendungen vorzuschlagen.

Die Suche nach antiviralen Wirkstoffen – Materialien, die es ermöglichen, Viren zu inaktivieren, ihre Fähigkeit zur Infektion ihrer Wirtszellen zu hemmen oder ihre Fähigkeit zur Replikation zu unterdrücken1 – hat sich mit der aktuellen COVID-19-Pandemie2 deutlich intensiviert. Kürzlich wurde das Potenzial der Nanotechnologie bei der Entwicklung antiviraler Therapeutika anerkannt3,4,5,6,7. Eine der Gruppen potenzieller antiviraler Nanomaterialien sind Metall- und Metalloxid-Nanopartikel8, von denen angenommen wird, dass sie ihre Aktivität über multimodale Wirkmechanismen9 entfalten, einschließlich der direkten Bindung an die Virusoberfläche, der Hemmung der viralen Bindung an Wirtszellen oder sogar der Interaktion mit dem viralen Genom10. Ein solch breites Spektrum vorgeschlagener antiviraler Aktivitäten metallbasierter Nanopartikel kann dazu führen, dass die Wahrscheinlichkeit der Entwicklung einer antiviralen Resistenz, die bei herkömmlichen antiviralen Medikamenten auftreten kann, geringer ist11.

Zu antiviralen Nanopartikeln wurde bereits eine Fülle von Fachliteratur veröffentlicht. Mit Stand Januar 2022 wurden 1.623 Artikel mit den Schlüsselwörtern „antiviral“ UND „Nanopartikel*“ vom ISI Web of Science abgerufen. Davon nannten 17 % „COVID“, während 30 % „Silber“, 5 % „Kupfer“, 5 % „Zink“ und 4 % „Titan ODER Titandioxid“ einschlossen. Interessanterweise gehören alle diese Nanopartikel auch zu den am häufigsten verwendeten Nanopartikeln für antibakterielle Anwendungen12, was darauf hindeutet, dass ein relativ allgemeiner Wirkmechanismus zu erwarten ist, der sowohl gegen Bakterien als auch gegen Viren wirksam ist. Nanosilber, das zu einem Drittel der Artikel über antivirale Nanopartikel beiträgt, ist eindeutig einer der am besten untersuchten antiviralen Nanopartikeltypen. Als mögliche Wirkmechanismen wurden die Bindung von Nanosilberpartikeln an die äußere Oberfläche der Viren und die Bindung von Nanopartikeln an virales genetisches Material vorgeschlagen, was zu einer weiteren Hemmung der Virusreplikation führt13. Die Wirksamkeit von Silbernanopartikeln bei der Verringerung der Anzahl infektiöser Viren wurde gegen eine Vielzahl von Viren nachgewiesen, darunter HIV14,15,16,17, Herpes-simplex-Virus18, Influenzavirus19, Noroviren20, Adenoviren sowie SARS-CoV-221 und andere Viren22,23 ,24,25. Es ist jedoch erwähnenswert, dass die antiviralen Konzentrationen von Silbernanopartikeln zwar normalerweise zwischen mehreren zehn und mehreren hundert mg/l26 liegen, diese Konzentrationen jedoch bereits zu Zytotoxizität21 führen und sicherlich eine antibakterielle Wirkung zeigen können, die sich normalerweise ab einem niedrigen mg/l-Bereich zeigt27. Tatsächlich könnten die unspezifische Zytotoxizität und die gleichzeitige potenzielle Gesundheitsgefährdung einiger der vorgeschlagenen Nanopartikel ein Problem darstellen28 und daher sind sicherere Nanopartikelalternativen mit geringeren potenziellen Gesundheitsrisiken sicherlich von Interesse.

Auf der Suche nach antiviral wirksamen Materialien mit geringer Aktivität gegenüber menschlichen Zellen oder Mikrobiota konzentrierten wir uns auf CeO2-basierte Nanomaterialien. Zuvor wurde die antivirale Aktivität von Ceroxid-Nanopartikeln in einigen Veröffentlichungen vorgeschlagen, die das Influenzavirus H1N1 und das Herpes-simplex-Virus29,30, das Sabin-ähnliche Poliovirus31 und das Vesikuläre-Stomatitis-Virus (VS)30 betrafen. Obwohl der Mechanismus der antiviralen Aktivität von CeO2-Nanopartikeln nicht gründlich untersucht wurde, deuten einige Studien darauf hin, dass Defekte in der CeO2-Kristallstruktur für seine biologische Aktivität verantwortlich sein könnten30. Es hat sich gezeigt, dass solche Defekte zu einer Redoxreaktion Ce(III) ⇔ Ce(IV) auf der Oberfläche führen, was zur Füllung oder Bildung von Sauerstofffehlstellen32 und letztendlich zur Freisetzung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) von der Nanopartikeloberfläche33 führt. Interessanterweise wurde diese Bildung von ROS durch CeO2 mit dem Säuregehalt der Umgebung korreliert, wodurch die Toxizität bei Bakterien34 und Krebszellen31 bei niedrigen pH-Werten zunahm. In In-vitro-Tests mit normalen Säugetierzellen und einem weniger sauren pH-Wert wurde keine signifikante Zytotoxizität von CeO2-Nanopartikeln beobachtet, sondern stattdessen eine schützende, überlebens- und wachstumsfördernde Wirkung nachgewiesen35,36. Es wurde vermutet, dass diese Schutzwirkungen durch den Einschluss freier Radikale durch CeO2 und damit durch die Verringerung des ROS-induzierten oxidativen Stresses verursacht werden37,38. Diese Kombination aus potenzieller antiviraler Aktivität und geringer allgemeiner Toxizität legt nahe, dass CeO2-Materialien tatsächlich wirksame antivirale Mittel mit geringen Nebenwirkungen sein könnten.

Ziel dieser Arbeit war es, die antivirale Aktivität ultrakleiner CeO2-Nanopartikel gegenüber einer Auswahl umhüllter und nicht umhüllter Säugetierviren und ausgewählten Bakteriophagen aufzudecken. Parallel zu CeO2-Nanopartikeln haben wir die antivirale Aktivität von Nanopartikeln aus Silber getestet, von denen allgemein angenommen wird, dass sie eine signifikante antivirale Aktivität aufweisen, und von Siliciumdioxid (SiO2), das vermutlich biologisch inert ist39. Um die Ursache der antiviralen Aktivität von CeO2-Nanopartikeln aufzudecken, haben wir die mögliche Inaktivierung von Oberflächenproteinen durch diese Nanopartikel am Beispiel von SARS-CoV-2 untersucht. Abschließend wurde die antivirale Wirksamkeit von CeO2 und anderen ausgewählten Nanopartikeln mit ihrer bakteriziden Wirkung gegenüber gramnegativen Escherichia coli und grampositiven Staphylococcus aureus sowie zytotoxischen Wirkungen verglichen.

Obwohl der Schwerpunkt dieser Arbeit auf der antiviralen Wirkung von CeO2-Nanomaterialien lag, wurden den Tests Nanopartikel aus Ag und SiO2 als Kontrollen für ein allgemein zugelassenes antivirales Mittel und ein inertes Nanopartikel hinzugefügt (Tabelle 1). In Anerkennung der Bedeutung der Oberfläche von Nanopartikeln für ihre biologischen Wirkungen wurden Nano-CeO2 mit zwei verschiedenen Oberflächenzuständen synthetisiert: solche mit nahezu „nackter“ Oberfläche, die eine große positive Ladung tragen (Nano-CeO2(+)) und Nanopartikel, die durch Zitronenionen stabilisiert sind, und Dadurch entsteht eine negativ geladene Oberfläche (Nano-CeO2(−)). Nano-CeO2(+) wurde bei einer maximalen Konzentration von 6500 mg Ce/l (ca. 45 mM) und Nano-CeO2(−) bei 8200 mg Ce/l (ca. 60 mM) synthetisiert. Im Folgenden beziehen sich die mg/l-Konzentrationen der untersuchten Verbindungen in den beschriebenen Experimenten immer auf Milligramm pro Liter des Elements, also Ce, Ag oder Si.

Bei der Synthese bildeten Nano-CeO2(+) und Nano-CeO2(–) aufgrund ihres großen (+ 41 mV bzw. – 53 mV) ζ-Potentials stabile wässrige Kolloide (Tabelle 1). Laut hochauflösender Transmissionselektronenmikroskopie (HRTEM) (repräsentative TEM-Bilder von CeO2-Nanopartikeln sind in Abb. 1 dargestellt) lag die durchschnittliche Partikelgröße sowohl von Nano-CeO2(+) als auch von Nano-CeO2(−) bei etwa 3 nm (Abb. S1). Die mittels dynamischer Lichtstreuung gemessene hydrodynamische Größe von Nano-CeO2(−), die bei der höchsten getesteten antiviralen Konzentration bestimmt wurde, lag relativ nahe an der Primärgröße der Partikel (Tabelle 1) und nur Nano-CeO2(+) zeigte eine gewisse Aggregation. Interessanterweise wurde mit abnehmender Nano-CeO2-Konzentration eine offensichtliche Zunahme der Partikelgröße und damit die Wahrscheinlichkeit einer Aggregation mit abnehmender Partikelkonzentration sowohl für Nano-CeO2(+) als auch für Nano-CeO2(−) beobachtet, wobei letzteres empfindlicher war zu verdünnungsbedingter Instabilität (Abb. S2). Wir vermuten, dass die Desorption stabilisierender Zitronensäureionen von der Oberfläche von Nanopartikeln bei Verdünnung des Kolloids zu einer Verdünnung der doppelten elektrischen Schicht der Nanopartikel und einer Verschlechterung der Kolloidstabilität führt.

HRTEM-Bilder synthetisierter Nanopartikel. (A) Nano-CeO2(+), (B) Nano-CeO2(−), (C) Nano-Ag, (D) Nano-SiO2.

UV-Vis-Spektren von CeO2-Nanopartikeln (Abb. 2A) zeigten, dass die grundlegende Absorptionskante von Nano-CeO2(−) im Vergleich zu Nano-CeO2(+) etwa 10 nm rotverschoben war. Außerdem zeigte das Kolloid von Nano-CeO2(−) sichtbar eine tiefere gelbe Farbe im Vergleich zu Nano-CeO2(+). Dieser Unterschied in der Verschiebung der Absorptionskante kann auf das unterschiedliche Ce(III)/Ce(IV)-Verhältnis auf der Oberfläche von Nanopartikeln zurückzuführen sein oder auf oxidierte und polymerisierte Citrationen auf der Oberfläche von Nano-CeO2(−)-Partikeln zurückzuführen sein ein Überbleibsel des Syntheseprozesses. Der scheinbare „Abfall“ der Absorption des Nano-CeO2(−)-Kolloids unter 300 nm ist höchstwahrscheinlich ein Kompensationsfehler, der durch einen symmetrischen Anstieg der Absorption der Mutterlösung (der nach der Zentrifugation der Nanopartikel verbleibenden Flüssigkeit) dieses Kolloids verursacht wird , durch eine hohe Konzentration an Citrationen und Produkten ihrer Oxidation und/oder Komplexierung mit Cerionen. Das Infrarotspektrum (IR) des synthetisierten Nano-CeO2 (Abb. 2B) stimmt mit den Literaturdaten überein40 und zeigt Peaks bei etwa 3600 bis 3200 cm−1, die der –OH-Streckung von absorbiertem Wasser und Oberflächen-OH-Gruppen entsprechen. Peaks um 1600 cm−1 und 1400 cm−1 sind H-O-H-Deformationsschwingungen und CO-Streckschwingungen von Oberflächenwassermolekülen bzw. Carbonationen. Der Peak von 700 bis 500 cm−1 ist auf Ce-O-Streckschwingungen zurückzuführen. Die Unterschiede zwischen Nano-CeO2(+)- und Nano-CeO2(−)-Spektren liegen hauptsächlich in der Intensität der Peaks um 1600 cm−1 und 1400 cm−1, die im Fall von Nano-CeO2(−) auch Schwingungen der COO–-Gruppe entsprechen der absorbierten Citrationen41. Außerdem beobachteten wir eine kleine Blauverschiebung der Bande von 1539 cm−1 Nano-CeO2(+) bis 1546 cm−1 für Nano-CeO2(−), was wahrscheinlich auf die Summierung der H-O-H-Deformationsschwingungen mit zurückzuführen ist Das antisymmetrische COO-Gruppen-Streckband mit Maximum sollte laut Literaturdaten bei etwa 1585 cm−1 liegen41. Zusammen mit DLS-Daten zeigen UV-Vis- und IR-Spektroskopie deutlich, dass Nano-CeO2(+)- und Nano-CeO2(−)-Partikel trotz sehr ähnlicher mittlerer Partikelgröße, Form und Größenverteilungsparameter chemisch und elektrostatisch ziemlich unterschiedlich sind und deshalb können wir von ihnen unterschiedliche Wirkungen auf biologische Objekte erwarten. Die experimentell ermittelten (mittels ICP-MS) Konzentrationen von Ce3+/Ce4+-Ionen in Überständen von 1,4 × 10–2 M (2000 mg Ce/l) CeO2-Kolloiden waren eher niedrig: 8 × 10–5 M (12 mg Ce/l) l) für CeO2(+) und 1,7 × 10–4 M (24 mg Ce/l) für CeO2(−). Diese Werte liegen jedoch deutlich über den Literaturdaten42, die in Wasser bei neutralem pH-Wert im Bereich von 10–7–10–8 M liegen sollten, und sind wahrscheinlich das Ergebnis einer unvollständigen Trennung der Nanopartikel. Allerdings dürfte selbst eine gemessene Konzentration minimale Auswirkungen auf die Viren haben.

Eigenschaften (A) UV-Vis-Spektren und (B) Infrarot-Spektren von Nano-CeO2(+) und Nano-CeO2(−). Auf (A) ist auch das UV-Vis-Spektrum der Nano-CeO2(−)-Mutterlösung dargestellt.

Die Synthese von Nano-Ag erfolgte über den Saat-vermittelten Citrat-Weg und die maximale erreichte Konzentration betrug 480 mg/l (entspricht 4,4 mM). Nano-SiO2 wurde mithilfe der Stöber-Technik synthetisiert und die maximale Konzentration, die für amorphe Silica-Nanopartikel erreicht wurde, betrug 3100 mg/l (entspricht 110 mM). Sowohl Nano-Ag- als auch Nano-SiO2-Partikel waren kugelförmig mit einer durchschnittlichen Primärgröße von etwa 15 nm (Tabelle 1). Gemäß hydrodynamischer Größe und DLS-Analyse blieb Nano-Ag im nicht aggregierten Zustand, während Nano-SiO2 ein gewisses Maß an Aggregation und Bildung von 2–10 Nanopartikel-Aggregaten aufwies. Das Oberflächen-ζ-Potential von Nano-Ag- und Nano-SiO2-Partikeln war negativ (− 52 ± 5 bzw. − 34 ± 3 mV) und damit vergleichbar mit Nano-CeO2(−), was einen Vergleich ihrer biologischen Wirkungen ermöglichte. Leider konnten wir weder Silica- noch Silber-Nanopartikel mit einer mit CeO2-Nanopartikeln vergleichbaren Primärgröße ohne den Zusatz starker Tenside synthetisieren, die ihre eigenen ausgeprägten antimikrobiellen Eigenschaften hätten.

Um die antivirale Wirksamkeit von Nano-CeO2, Nano-SiO2 und Nano-Ag zu demonstrieren, analysierten wir die Abnahme der Infektionszahlen (ausgedrückt als Plaque-bildende Einheiten, PFU) von vier Säugetierviren und zwei Bakteriophagen nach einstündigem Kontakt mit Nanopartikeln. Nano-CeO2 mit sowohl positiven als auch negativen Oberflächen-ζ-Potentialen wurde verwendet, um die Wirkung der CeO2-Oberfläche auf ihre antivirale Aktivität zu verstehen. Um die Möglichkeit auszuschließen, dass die antivirale Aktivität nur auf die Partikelgröße im Nanometerbereich zurückzuführen ist, wurden parallele antivirale Aktivitätstests mit vermeintlich biologisch inerten SiO2-Nanopartikeln mit geringer Toxizität durchgeführt. Umgekehrt wurden Nano-Ag-Partikel, denen allgemein eine antivirale Wirkung zugeschrieben wird, als Positivkontrollen in antiviralen Tests getestet (siehe Tabelle 2). Trotz der sehr geringen potenziellen CeO2-Löslichkeit haben wir auch die antivirale Wirkung der löslichen Ce(III)-Verbindung Ce(NO3)3 als Quelle von Ce3+-Ionen getestet. Obwohl sich bei der Auflösung von CeO2 sowohl Ce3+- als auch Ce4+-Ionen in geringer Konzentration bilden können, wurden aufgrund ihrer höheren Wahrscheinlichkeit Ce3+-Ionen verwendet42.

Unsere Auswahl an Viren umfasste Säugetier- und Bakterienviren, sowohl umhüllte als auch nicht umhüllte Viren (Tabelle 2). Im Allgemeinen gelten umhüllte Viren, die von einer Lipidmembran umgeben sind, als empfindlicher gegenüber der Inaktivierung durch verschiedene Umweltbedingungen als nicht umhüllte Viren, die nur ein proteinhaltiges Kapsid besitzen43. Pathogene Viren können zu jeder dieser Gruppen gehören, daher sehen die meisten Standards für antivirale Tests die Einbeziehung beider Arten von Viren vor44,45. Zu den in dieser Studie verwendeten umhüllten Säugetierviren gehörten das Influenzavirus46, SARS-CoV-2 und TGEV47, und das Picornavirus EMCV wurde als Modell für die nicht umhüllten Säugetierviren48 verwendet. Als Beispiele für bakterielle Viren (Bakteriophagen) wurden umhülltes Ф649 und nicht umhülltes MS250 verwendet. Beide Phagen wurden als Modelle für antivirale Tests vorgeschlagen51,52,53,54. Bei allen Viren erfolgte die Exposition gegenüber Nanopartikeln in sterilem Wasser oder stark verdünntem Wachstumsmedium über 1 Stunde. Die Anzahl infektiöser Viruspartikel mit und ohne Behandlung wurde in Plaque-bildenden Einheiten (PFU/ml) ausgedrückt.

Vor dem Test der antiviralen Aktivität wurde die Wirkung aller getesteten Verbindungen auf virale Wirtszellen untersucht. Die meisten der getesteten Verbindungen und Konzentrationen waren für die Wirtszellen von Säugetierviren nicht zytotoxisch (Abb. S3). Nur die höchsten getesteten Konzentrationen von Nano-Ag, Ce(NO3)3 oder SiO2 verringerten die Lebensfähigkeit einiger Wirtszelllinien, was jedoch keine Auswirkungen auf antivirale Tests hatte, bei denen die Konzentrationen dieser Verbindungen nicht die toxischen Werte erreichten. Mit Ausnahme von Nano-Ag beeinflusste keine der Verbindungen das Wachstum der Wirtsbakterien von Bakteriophagen. Da Nanosilber für seine antibakterielle Wirkung bekannt ist, war seine bakterielle Toxizität, die ab 14 μM (1,5 mg/l) beobachtet wurde, keine Überraschung. Um die Auswirkungen von Nano-Ag auf Bakteriophagen untersuchen zu können, wurde seine bakterielle Toxizität durch Zugabe eines dreifachen molaren Überschusses an L-Cystein zur Infektionsreaktion unmittelbar vor dem Plaque-Assay-Schritt neutralisiert.

Die Ergebnisse des antiviralen Tests zeigten, dass Nano-CeO2, obwohl es für Säugetierzellen und Bakterien ungiftig ist, die Infektiosität der meisten Säugetierviren und Bakteriophagen beeinflusst (Abb. 3). Eine signifikante Abnahme (p ≤ 0,05) der viralen Infektiosität aufgrund einer einstündigen Nano-CeO2(+)-Exposition wurde ab 20 mg/l im Fall von SARS-CoV-2, Influenzavirus und ф6 und ab 200 mg/l beobachtet. l im Fall von TGEV (Tabelle 3). Keines der unbehüllten Viren zeigte einen signifikanten Rückgang der Infektiosität für Nano-CeO2(+) bis zu 2000 mg/l. Nano-CeO2(−) beeinflusste die Infektiosität von SARS-CoV-2 und Influenzaviren ab 20 mg/l und die Infektiosität von TGEV und ф6 ab 200 mg/l (Tabelle 3). Dem Trend zu Nano-CeO2(+) folgend, zeigten unbehüllte Viren die geringste Empfindlichkeit gegenüber Nano-CeO2(–). Die EMCV-Infektiosität wurde durch Nano-CeO2(−) bis zu 2000 mg/l nicht beeinträchtigt, und die Reaktion des unbehüllten Bakteriophagen MS2 auf Nano-CeO2(−) war nicht monoton, so dass 20 und 200 mg/l der Verbindung vorhanden waren verringerte die Infektiosität, bei 2000 mg/l wurde jedoch keine Wirkung beobachtet. Ein solcher nicht-monotoner Effekt auf die antivirale Aktivität konnte laut hydrodynamischer Größenmessung nicht durch einen zunehmenden Aggregationsgrad von CeO2 bei höheren Konzentrationen erklärt werden, da Nano-CeO2 bei höheren Konzentrationen nicht aggregiert war und die Partikelaggregation und -instabilität mit dem Verdünnungsgrad zunahm die Partikel (Abb. S2). Auch für andere Arten von Nanomaterialien wurde eine nichtmonotone Reaktion gezeigt. Beispielsweise zeigt TiO2 eine nicht-monotone UV-Licht-induzierte Toxizität für Süßwasserorganismen55. Im Fall von CeO2-Nanopartikeln gibt es frühere Berichte über eine nichtmonotone Toxizität gegenüber Sojapflanzen56, die genauen Ursachen müssen jedoch noch geklärt werden.

Die Wirkung von Nano-CeO2(+) (A) und Nano-CeO2(−) (B) auf die virale Plaquebildungsaktivität (log PFU/ml). Umhüllte Säugetierviren und Bakteriophagen werden mit offenen Symbolen dargestellt; geschlossene Symbole stellen unbehüllte Säugetierviren und Bakteriophagen dar. Die Unterschiede in den anfänglichen Virustitern werden durch unterschiedliche Virusausbeuten unter Laborbedingungen verursacht. *p < 0,05.

Obwohl wir vermuteten, dass diese Nanopartikel aufgrund der chemischen und elektrostatischen Unterschiede zwischen der Oberfläche von Nano-CeO2(+) und Nano-CeO2(−) unterschiedliche biologische Wirkungen aufweisen könnten, zeigten unsere Ergebnisse keine nennenswerten Unterschiede zwischen den antiviralen Eigenschaften dieser beiden Typen von Partikeln (Tabelle 3).

Der Vergleich unserer Ergebnisse zu den antiviralen Eigenschaften von Nano-CeO2 mit früheren Berichten ist aufgrund der variablen Natur der Nanopartikel sowie der zur Bewertung der antiviralen Aktivität verwendeten Methoden eher schwierig. Es können jedoch gewisse Vergleiche angestellt werden. Beispielsweise wurde in einer Studie aus dem Jahr 2010 eine Reduzierung der umhüllten Enterobacter aerogenes-infizierenden PFUs des Bakteriophagen UZ1 um 2 log nach 2-stündiger Exposition gegenüber 50 mg/l CeO2 beobachtet, wohingegen 500 mg/l CeO2 ausreichten, um die Infektiosität um 4 log zu verringern57. Mohamed et al.31 zeigten, dass 14 nm großes Nano-CeO2 bei Konzentrationen von weniger als 50 mg/l alle infektiösen Viruspartikel (PFU) des Sabin-ähnlichen Poliovirus Typ 1 entfernte, und die Autoren schlugen sogar CeO2-Nanopartikel als Alternative zur Behandlung vor Polio-Infektion. Es gibt jedoch auch Berichte, die keine Wirkung von CeO2-Nanopartikeln auf Viren belegen. Laut Neal et al.58 hatten 200 mg/l CeO2-Nanopartikel nach 6-stündiger Inkubation keinen signifikanten Einfluss auf die Infektiosität des menschlichen Coronavirus OC43 oder Rhinovirus RV14. Allerdings wurde nach der Dotierung von CeO2 mit Ag eine antivirale Aktivität von CeO2-Nanopartikeln erreicht, was den Autoren zufolge auf das Vorhandensein eines erhöhten Anteils von Ce(III)-Ionen auf der Oberfläche der Nanopartikel sowie auf das Vorhandensein von Silber-Nanopartikeln, deren Größe, zurückzuführen ist , Morphologie und die Dichte ihrer Population auf der CeO2-Oberfläche. Insgesamt haben diese wenigen bisher veröffentlichten Artikel zur antiviralen Wirksamkeit von CeO2 relativ unterschiedliche Ergebnisse gezeigt, die auf Unterschiede in den physikalisch-chemischen Eigenschaften von Nanopartikeln, auf unterschiedliche verwendete Viren oder angewandte antivirale Tests zurückzuführen sein können. Basierend auf den wenigen früheren Studien, die die antivirale Wirkung von Nano-CeO231,57 belegen, und den Ergebnissen unserer Studie können wir jedoch vorschlagen, dass Nanoceria ein erhebliches Potenzial für antivirale Behandlungen hat und dass dieses Potenzial untersucht und weiter entwickelt werden sollte.

Ein Vergleich der antiviralen Wirksamkeit von Nano-CeO2 im Vergleich zu Nano-SiO2, das als Negativkontrolle verwendet wurde, und Nano-Ag, das aufgrund seiner wahrscheinlichen antiviralen Eigenschaften als Positivkontrolle verwendet wurde, ist in Abb. 4 dargestellt. Behüllte Viren, die keine Empfindlichkeit gegenüber Nano-CeO2 zeigten, wurden auch nicht durch Nano-SiO2 oder Nano-Ag beeinflusst (Abb. 4D,F). Die nicht vorhandene antivirale Wirkung von SiO2-Nanopartikeln wurde erwartet, da Kieselsäure als biologisch verträglich gilt oder allgemein als sicher59,60 und von geringer Toxizität gilt. Wir haben keine veröffentlichten Daten gefunden, die auf eine antivirale Aktivität von SiO2-Nanopartikeln hingewiesen hätten. Es wurde jedoch gezeigt, dass Silica-Nanopartikel die antivirale Reaktion auf eine Norovirus-Infektion behindern und die Lebensfähigkeit von Makrophagen verringern61.

Antivirale Aktivität aller getesteten Nanopartikel und chemischen Verbindungen, ausgedrückt in µM-Konzentrationen, um einen Vergleich zu ermöglichen. Bitte beachten Sie, dass die antivirale Aktivität als Verringerung des infektiösen Virustiters, logPFU pro ml, im Vergleich zur nicht exponierten Kontrolle nach 1 Stunde ausgedrückt wird. Die Daten von Nano-CeO2 sind aus Abb. 3 übernommen. (A) Coronavirus SARS-CoV-2; (B) übertragbares Gastroenteritisvirus TGEV; (C) Influenzavirus A/WSN/1933; (D) Picornavirus EMCV; (E) Bakteriophage ф6; (F) Bakteriophage MS2. Geschlossene Symbole in (D,F) stehen für unbehüllte Viren. Dargestellt sind die Ergebnisse von drei unabhängigen Experimenten mit Standardabweichung. Beachten Sie die logarithmische Skala der y-Achse. Die horizontale dunkelrote gestrichelte Linie zeigt die Quantifizierungsgrenze der PFU-Reduktion.

Während die geringe antivirale Aktivität von SiO2 erwartet wurde, waren unsere Ergebnisse überraschend, die darauf hinwiesen, dass Nano-Ag bis zu 150 mg/l (1,4 mM) keine signifikante antivirale Aktivität aufweist, mit Ausnahme des Bakteriophagen ф6 (Tabelle 2). Frühere Studien deuten darauf hin, dass Nanosilber Viren auf verschiedene Weise beeinflussen kann; durch Wechselwirkungen mit der Virusoberfläche und anschließende Störung der viralen Anheftung an seine Ziele, durch Hemmung der viralen Penetration in Wirtszellen oder sogar durch Interaktion mit dem viralen Genom26, und dass Silbernanopartikel Viren bereits ab mehreren zehn mg/l beeinflussen. Interessanterweise ergab eine genauere Betrachtung der antiviralen Ergebnisse von Ag-Nanopartikeln jedoch, dass in den meisten Studien nur eine relativ geringe Abnahme der Infektiosität um weniger als 1 Log (< 90 %) beobachtet wurde. Yadavalli et al.8 haben eine Hemmung von 50 % von HIV durch Ag-Nanopartikel zwischen 25 und 5000 mg/l gezeigt, Rogers et al.24 haben eine 60–80 %ige Verringerung der Plaquebildungsaktivität des Affenpockenvirus in Gegenwart von 20–2000 mg/l gezeigt. l von Ag-Nanopartikeln. Eine bis zu 90-prozentige Hemmung des humanen Parainfluenzavirus in Gegenwart von 0,1–9 mg/l Ag-Nanopartikeln wurde von Gaikwad et al.62 nachgewiesen. Als Reaktion auf eine Behandlung mit 50–70 mg/l Ag-Nanopartikeln wurde eine etwas höhere, bis zu 2 logarithmische Abnahme des Influenzavirustiters beobachtet63 und Castro-Mayorga et al.20 zeigten eine 4 logarithmische Abnahme der mittleren Gewebekultur-Infektionsdosis des felinen Calicivirus nach Exposition gegenüber 10 mg Nano-Ag/l. Wenn man bedenkt, dass die Abnahme der Virustiter um ≥ 2 log als die niedrigste biologisch bedeutsame Aktivität bei antimikrobiellen Anwendungen angesehen werden kann und für Biozidprodukte in Suspensionstests im Rahmen der europäischen Gesetzgebung eine Reduzierung um mindestens 4 log innerhalb von bis zu 1 Stunde erforderlich ist64, ist dies der Fall Es gibt nur wenige objektive Beweise dafür, dass Ag-Nanopartikel unter dem Gesichtspunkt dieser Anforderungen wirksame antivirale Mittel wären. Daher stimmt unsere Schlussfolgerung zur geringen antiviralen Aktivität von Nano-Ag in Bezug auf die logarithmische PFU-Abnahme während einer einstündigen Exposition (Tabelle 2) im Großen und Ganzen mit den vorherigen Berichten überein. Allerdings ist diese Schlussfolgerung im Allgemeinen eher überraschend, da sie entgegen der landläufigen Meinung nicht die antivirale Wirksamkeit von Nanosilber beweist.

Es gibt keinen klaren Wirkmechanismus, der als Grundlage für die antivirale Aktivität von CeO2-Nanopartikeln vorgeschlagen wird. Durch die Elementaranalyse der Mutterlösung im Vergleich mit Literaturdaten konnten wir die Möglichkeit einer Wirkung von CeO2-Nanopartikeln über freigesetzte Ce-Ionen ausschließen65. Es wurde festgestellt, dass die Gleichgewichtskonzentration der freigesetzten Ionen extrem niedrig ist (10–7–10–8 M)42,66 und unsere Experimente mit Ce(NO3)3 zeigten, dass die antivirale Aktivität von Ce3+-Ionen nur bei Konzentrationen um mehrere Größenordnungen nachgewiesen werden kann als durch die Auflösung von CeO2-Nanopartikeln erreichbar ist (Abb. 4).

Als anderer Mechanismus zur Inaktivierung von Viren wurde die Bindung von CeO2-Nanopartikeln an virales genetisches Material beschrieben. Link et al.67 zeigten eine hohe Bindungskapazität von CeO2-Nanopartikeln für Nukleinsäuren in Adeno-assoziierten Viren, Adenoviren, humanen Immundefizienzviren und murinen Leukämieviren67. Eine Bindung von Nanopartikeln an das Erbgut von Viren könnte jedoch nur dann erfolgen, wenn dieses nicht durch das Kapsid geschützt ist, z. B. bei der Replikation. Eine weitere Bindungsart wurde von Neal et al.58 vorgeschlagen, die vermuteten, dass Ag-dotierte CeO2-Nanopartikel physikalisch mit der Membran umhüllter Viren interagieren und so zur Zerstörung ihrer Lipiddoppelschicht führen könnten. Bei unbehüllten Viren wurde eine Interaktion mit Virionproteinen vermutet.

Da unser antiviraler Test die Exposition ganzer Virionen vor der Zellinfektion mit Nanopartikeln beinhaltete, analysierten wir, ob Nano-CeO2 die Bindung eines Virus an seinen natürlichen Liganden beeinflussen könnte. Ein ELISA-Assay wurde durchgeführt, um die In-vitro-Bindungsaktivität von Nano-CeO2-exponiertem SARS-CoV-2 an sein zelluläres Ziel, den menschlichen rekombinanten ACE2-Rezeptor, zu messen (Abb. 5). Interessanterweise wirkte sich die Exposition von SARS-CoV-2 gegenüber Nano-CeO2(−) und Nano-CeO2(+) etwas unterschiedlich auf das Virus aus. Während die Exposition von SARS-CoV-2 gegenüber ≥ 200 mg/l Nano-CeO2(−) die Bindung des Virus an ACE2 hemmte, hatte die Exposition von SARS-CoV-2 gegenüber Nano-CeO2(+) keine beobachtbare Wirkung. Da die antiviralen Profile beider CeO2-Nanopartikel jedoch relativ ähnlich waren, erlauben uns diese Ergebnisse nicht die Behauptung, dass die Oberflächenbindung und die Blockierung der Ligandenbindung der Hauptmechanismus der antiviralen Wirkung von Nano-CeO2 sind, die wir in antiviralen Tests nachgewiesen haben. Daher soll in zukünftigen Studien der Wirkmechanismus der antiviralen Wirkung von CeO2-Nanopartikeln geklärt werden.

Schematische Darstellung des Experiments (A), wobei der obere Teil die Bindung von SARS-CoV-2 an den ACE2-Rezeptor ohne Nanopartikel zeigt und der untere Teil die theoretische Hemmung der Bindung von SARS-CoV2 an den ACE2-Rezeptor durch CeO2-Nanopartikel zeigt. (B) Zeigt die Wirkung von Nano-CeO2(+) und (C) die Wirkung von Nano-CeO2(-)-Partikeln auf die Bindung von SARS-CoV-2 an den ACE2-Rezeptor in einem ELISA-Assay, gemessen als optische Dichte (OD450). .

Parallel zu den antiviralen Eigenschaften wurde auch die antibakterielle Aktivität gegenüber dem gramnegativen Escherichia coli und dem grampositiven Staphylococcus aureus analysiert. Unseren Ergebnissen zufolge verringerten weder Nano-CeO2(+) noch Nano-CeO2(−) bis zu 2000 mg/l die lebensfähigen Zahlen (ausgedrückt als koloniebildende Einheiten, CFU) von E. coli oder S. aureus um mehr als 2 Logs (99 %) (Abb. 6, Tabelle 3), was darauf hinweist, dass die antivirale Wirkung von CeO2-Nanopartikeln ausgeprägter war als ihre bakterizide Wirksamkeit. Der Vergleich kleinerer Veränderungen als eine 2-log-Abnahme der CFU-Werte in E. coli und S. aureus zeigte, dass gramnegative E. coli stärker von Nano-CeO2 betroffen waren als grampositive S. aureus (Tabelle 3). Während Nano-CeO2(−)-Konzentrationen von 2, 20 und 200 mg/l die Anzahl der E. coli-KBE um 1,48–1,68 log verringerten, wurde kein Rückgang der Lebendzahlen von S. aureus als Reaktion auf Nano-CeO2 beobachtet. Interessanterweise war die Reaktion von E. coli nicht monoton, ebenso wie im Fall des nicht umhüllten Bakteriophagen MS2. Die höhere Empfindlichkeit gramnegativer Bakterien im Vergleich zu grampositiven Bakterien gegenüber Nano-CeO2-Partikeln wurde auch in früheren Studien gezeigt und steht in Zusammenhang mit der Redoxaktivität von Nanoceria und der Fähigkeit einer dickeren Peptidoglycanschicht, diesen Effekt zu mildern68. In der Literatur finden sich unterschiedliche Ergebnisse zur antibakteriellen Wirkung von CeO2-Nanopartikeln, sowohl aufgrund der Vielfalt der verwendeten Nanopartikel als auch aufgrund der unterschiedlichen antibakteriellen Tests. Die minimale Hemmkonzentration (MHK) von Nano-CeO2 gegenüber einer Reihe grampositiver und -negativer Bakterien liegt nachweislich zwischen 20 und 140 mg/l69,70. Eine andere Studie, in der CeO2-Nanopartikel mit dem Tensid Tween-80 hergestellt wurden, ergab einen MHK-Wert von 150 mg/l, wohingegen der MHK-Wert ohne Tensid 3000 mg/l betrug71. In einer anderen Studie wurde eine vollständige Inaktivierung von E. coli in Gegenwart von 1000 mg/l CeO2-Nanopartikeln erreicht72. Somit stimmte unser Ergebnis, das keine signifikante antibakterielle Aktivität von CeO2 gegenüber Gram-positivem S. aureus (Tabelle 2) und eine relativ mäßige antibakterielle Wirkung gegenüber Gram-negativem E. coli bis zu 2000 mg/l zeigt, mit einigen der zuvor veröffentlichten Ergebnisse überein unterschieden sich jeweils von anderen.

Bakterizide Aktivität nach 1-stündiger Exposition gegenüber Nano-CeO2, Ce(NO3)3, Nanopartikeln aus SiO2 und Ag gegen Gram-negative Escherichia coli (A) und Gram-positive Staphylococcus aureus (B). Die bakterizide Aktivität wird als logarithmische Verringerung der Lebendzahl im Vergleich zur nicht exponierten Kontrolle nach 1 Stunde ausgedrückt. Die Ergebnisse von drei unabhängigen Experimenten mit Standardabweichung werden als Reduzierung von log KBE/ml ausgedrückt. Die gepunktete Linie zeigt eine Quantifizierungsgrenze an.

Im Gegensatz zu Nano-CeO2, das eine signifikante oder relativ mäßige antibakterielle Wirkung zeigte, zeigten Nano-Ag-Partikel bereits bei 1,5 mg/l eine signifikante antibakterielle Wirkung. Erwartungsgemäß reagierten gramnegative Bakterien empfindlicher auf Nano-Ag und bei 1,5 mg/l wurde bereits ein Rückgang der lebensfähigen E. coli-Zahlen um mehr als 4 Logs beobachtet. Die Lebensfähigkeit von Gram-positivem S. aureus nahm ab 15 mg Nano-Ag/l um > 4 log ab (Abb. 6, Tabelle 3). Diese Ergebnisse stimmen mit früheren Studien überein, die die Wirksamkeit von Ag-Nanopartikeln bereits im niedrigen mg/l-Bereich gezeigt haben27. Tatsächlich gelten Silbernanopartikel, die nachweislich über die Freisetzung von Silberionen und die Bildung von ROS73 und die folgende Wechselwirkung zwischen Ag-Ionen und Thiolgruppen von Proteinen sowie die Permeabilisierung der Bakterienmembran wirken, allgemein als die Nanopartikel mit der höchsten antibakteriellen Aktivität. Im Januar 2022 wurden im ISI WoS mehr als 18.000 Artikel zum Thema „Nano* UND Silber* UND Antibacter*“ registriert.

Nanopartikel aus SiO2, die allgemein als harmlos gelten, zeigten in unseren Experimenten keine bakterielle Toxizität. Die fehlende antibakterielle Aktivität von Nano-SiO2 allein wurde auch in anderen Studien gezeigt, allerdings verwendeten die meisten Arbeiten zu SiO2 Silica-Nanopartikel als Träger biologisch aktiverer Metallionen oder anderer Nanopartikel und sind daher für unsere Zwecke kein geeigneter Vergleich.

In dieser Studie haben wir die Abnahme der viralen Infektiosität aufgrund der Exposition gegenüber CeO2-Nanopartikeln analysiert. Einigen früheren Studien zufolge können CeO2-Materialien eine erhebliche antivirale Aktivität aufweisen, während sie für menschliche Zellen relativ harmlos sind und Zellen sogar vor Umweltstress schützen. Dies legt nahe, dass CeO2-Nanopartikel als vielversprechende antivirale Mittel angesehen werden könnten. Unsere Analyse der Aktivität von zwei Arten von CeO2-Nanopartikeln gegenüber vier umhüllten Viren zeigte eine Abnahme der viralen Infektiosität um mehr als 2 Logs (99 %) nach Exposition gegenüber 20–200 mg Ce/l Nano-CeO2 und mehr als 4 Logs (99,99 %). ) Abnahme der Infektiosität nach Exposition gegenüber 200–2000 mg/l. Die beiden unbehüllten Viren waren erwartungsgemäß weniger empfindlich gegenüber Nano-CeO2; Einer von ihnen, das EMCV-Picornavir, zeigte bis zur höchsten getesteten Konzentration keinen Rückgang der Infektiosität, und der andere, der MS2-Bakteriophage, zeigte einen leichten, nicht-monotonen Rückgang der Infektiosität nach Exposition gegenüber einem der getesteten CeO2-Partikel. Dies lässt die Hypothese zu, dass CeO2-Nanopartikel nicht nur mit Proteinen interagieren, sondern auch mit anderen Komponenten der Virushülle, z. B. Phospholipiden, die bei nicht umhüllten Viren fehlen.

Interessanterweise war ihre antivirale Aktivität relativ ähnlich, auch wenn die beiden CeO2-Nanopartikel unterschiedliche Oberflächeneigenschaften aufwiesen, wobei eines eine positive Oberflächenladung und das andere eine negativ geladene Citratgruppe auf seiner Oberfläche trug. Dies lässt darauf schließen, dass die intrinsischen Eigenschaften der Nanopartikel und nicht die Oberflächenladung oder funktionelle Oberflächengruppen für die beobachteten antiviralen Wirkungen verantwortlich waren. Darüber hinaus lassen unsere Ergebnisse, die auf eine relativ geringe antivirale Aktivität von Ce-Ionen und eine nicht vorhandene Toxizität eines inerten Nanopartikels von SiO2 hinweisen, den Schluss zu, dass die antivirale Aktivität von Nano-CeO2 nicht auf die Freisetzung von Ionen oder spezifische Effekte durch nanoskalige Materialien zurückzuführen ist. Im Vergleich zu Viren zeigten Bakterien eine deutlich geringere Empfindlichkeit gegenüber CeO2-Nanopartikeln. Der maximale Rückgang der lebensfähigen Anzahl von Escherichia coli-Bakterien betrug nur 97 %, während die antibakterielle Wirkung nicht monoton war. Das grampositive Bakterium Staphylococcus aureus wurde in keiner der getesteten Konzentrationen durch Nano-CeO2 beeinträchtigt. Wichtig ist, dass keine zytotoxische Wirkung von Nano-CeO2 beobachtet wurde. Andererseits zeigten Ag-Nanopartikel, die in mehreren früheren Berichten als antiviral galten, in unserer Studie keine signifikante antivirale Aktivität, mit Ausnahme eines nicht umhüllten Bakteriophagen ф6. Allerdings erwies sich Nano-Ag als antibakteriell und reduzierte bereits bei niedrigen mg/l-Konzentrationen die Anzahl lebensfähiger Bakterien um mehr als 99,99 %. Bei höheren Konzentrationen zeigte Nano-Ag auch zytotoxische Wirkungen. Basierend auf unseren Ergebnissen können wir daher den Schluss ziehen, dass Ag-Nanopartikel eine relativ unspezifische biologische Wirkung aufweisen, während Nano-CeO2 eine relativ spezifische antivirale Aktivität zeigt. Es sind jedoch detailliertere Untersuchungen erforderlich, um den Mechanismus der antiviralen Wirkung von CeO2-Nanopartikeln und die spezifischen Ziele von Nanoceria in verschiedenen Viren aufzuklären.

Alle in der Studie verwendeten Chemikalien waren von analytischer Qualität. Die Bestandteile von Wachstumsmedien werden im Folgenden ausführlicher beschrieben.

Die Zielmaterialien, deren antivirales Potenzial in dieser Studie bewertet wurde, waren Nanopartikel aus Ceroxid, die mit zwei Methoden synthetisiert wurden, was zu Nano-CeO2 mit positivem und negativem Oberflächen-Zeta-Potenzial führte. Die antiviralen Wirkungen von Nano-CeO2 wurden mit Nanopartikeln aus Siliziumdioxid (Nano-SiO2), die als biologisch inert galten (Negativkontrolle), und Silbernanopartikeln (Nano-Ag), die als potenziell antiviral galten (Positivkontrolle), verglichen. Für die Synthese der Nanopartikel wurden folgende Chemikalien verwendet: Cer(III)-nitrat-Hexahydrat (99,0 %, Sigma-Aldrich), Diammonium-Cer(IV)-nitrat (98 %, Fluka), Hexamethylentetramin (HMTA, analytische Qualität, Sigma-Aldrich) , Zitronensäure (99 %, Fluka), Natriumcitrat-Dihydrat (98 %, Sigma-Aldrich), Tetraethylorthosilicat (TEOS, 98 %, Fluka), 0,1 M wässrige Lösung von AgNO3 (Fluka, Analysequalität), Natriumtetrahydridoborat (Sigma). Aldrich, Reagenzqualität), Ethylalkohol (Analysequalität, Sigma-Aldrich), Polyethylenglykol (PEG, Mw 1500, Reagenzqualität, Sigma Aldrich), Polyvinylpyrrolidon (PVP, Mw 10000, Reagenzqualität, Sigma Aldrich), 30 % wässriges Ammoniak Lösung (Reagenzqualität, Sigma Aldrich). Alle Lösungen wurden mit entionisiertem MQ-Wasser hergestellt.

Für die Synthese von Nano-CeO2(+)-Nanopartikeln wurde die modifizierte Technik aus Ref.74 verwendet. Diammoniumcer(IV)nitrat wurde bei hoher Temperatur in Gegenwart von HMTA hydrolysiert. Dazu wurden 0,189 g (NH4)2Ce(NO3)6 und 0,053 g HMTA in 50 ml Wasser gelöst und in ein Autoklavengefäß (100 ml) gefüllt. Das Gefäß wurde verschlossen und 30 Minuten lang im Mikrowellen-Hydrothermalgerät (Berghof Speedwave 4, 2,45 GHz, 1000 W) auf 180 °C erhitzt. Nach der thermischen Behandlung wurde das Gefäß im Wasserbad auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Produkt wurde 10 Minuten lang zentrifugiert, das Sediment mit entionisiertem Wasser gewaschen und durch Ultraschall redispergiert. Diese Schritte wurden mindestens dreimal wiederholt und das Endprodukt wurde in 5 ml MQ-Wasser durch Ultraschall redispergiert, bis ein opaleszierendes blassgelbes Kolloid erhalten wurde. Als Ergebnis wurden Nanopartikel mit einer nahezu „nackten“ Oberfläche erhalten, die eine positive Ladung trägt.

Für die Synthese von Nano-CeO2(−)-Nanopartikeln verwendeten wir eine Methode aus Ref.75. Cer(III)-nitrat wurde bei Raumtemperatur in Gegenwart von Ammoniak hydrolysiert und gleichzeitig durch Luftsauerstoff oxidiert. Dazu wurden 0,045 g Zitronensäure in 25 ml einer zuvor hergestellten 0,05 M wässrigen Lösung von Cer(III)-nitrat gelöst. Die Lösung wurde schnell in 100 ml 3 M Ammoniaklösung gegeben und 2 Stunden lang kräftig gerührt, wobei sich die Farbe der Lösung von farblos nach gelborange änderte. Danach wurde die Kolloidlösung zentrifugiert, gewaschen und durch Ultraschall redispergiert. Diese Schritte wurden mindestens dreimal wiederholt und das Endprodukt wurde in 15 ml MQ-Wasser durch Ultraschall redispergiert, bis ein transparentes dunkelgelbes Kolloid erhalten wurde. Diese Methode ermöglichte die Herstellung von Ceroxid-Nanopartikeln, die durch Citrationen stabilisiert waren und daher eine große negative Ladung trugen.

Für die Synthese von Nano-Ag wurde eine zweistufige, durch Keime vermittelte Technik verwendet, die aus Lit. 76 übernommen und modifiziert wurde, um toxische Reagenzien zu vermeiden. Zur Herstellung der Samen wurden 20 ml einer 2,5 mM Natriumcitratlösung mit 1 ml einer 5 g/l wässrigen PVP-Lösung (MW 10000) und 1,2 ml einer frisch zubereiteten 10 mM NaBH4-Lösung gemischt. Zu dieser Mischung wurden 20 ml einer 0,5 mM Silbernitratlösung mit einer Geschwindigkeit von 2 ml/min unter ständigem Rühren hinzugefügt. Die Ag-Keime wurden 15 Minuten lang unter Rühren bei Raumtemperatur gebildet. Im zweiten Schritt wurden 27 ml der vorbereiteten Keimlösung zu der Lösung von 0,5884 g Natriumcitrat in 470 ml MQ-Wasser gegeben. Diese Mischung wurde unter Rühren auf 85 °C erhitzt und als diese Temperatur erreicht war, wurden 0,625 ml einer 0,1 M AgNO3-Lösung zu der Lösung gegeben, die anschließend 15 Minuten lang unter Rühren belassen wurde. Um die erhaltene Lösung zu reinigen und zu konzentrieren, wurde eine Ultrazentrifugation durchgeführt (Beckman Coulter, Optima XE-90 Ultrazentrifuge, 28.000 U/min/141.000 × g, 2,5 h). Dadurch konnten wir eine Lösung mit einer Konzentration von 0,13 g/ml erhalten. Aus dieser Stammlösung wurden weniger konzentrierte Proben durch Verdünnung mit MQ-Wasser hergestellt.

Die Synthese von Nano-SiO2 wurde mit einer modifizierten Stöber-Technik77 durchgeführt. Dazu wurden 18 ml MQ-Wasser mit 100 ml Ethanol vermischt. In dieser Wasser-Alkohol-Mischung wurden 1,5 g PEG, 6,2 ml TEOS und 3 ml NH4OH-Lösung gelöst. Die resultierende Reaktionsmischung wurde 24 Stunden lang unter kräftigem Rühren bei Raumtemperatur belassen. Anschließend wurde das synthetisierte SiO2 zentrifugiert, mit entionisiertem Wasser gewaschen und durch Ultraschall redispergiert. Diese Schritte wurden mindestens dreimal wiederholt und das Endprodukt durch Ultraschall in 5 ml MQ-Wasser redispergiert, bis ein opaleszierendes farbloses Kolloid erhalten wurde.

Die Eigenschaften von Nanopartikeln, Größe, Form, Agglomerationszustand, Größenverteilung, Oberflächeneigenschaften und Löslichkeit, wurden gemäß der Empfehlung des Wissenschaftlichen Ausschusses für neu auftretende und neu identifizierte Gesundheitsrisiken der Europäischen Kommission79 ausgewählt. Partikelgröße und Morphologie wurden mittels Transmissionselektronenmikroskopie (FEI Tecnai F20 TEM) untersucht. Für die TEM-Analyse wurde ein Tropfen einer Partikelsuspension mit 100 mg/l auf ein mit Kohlenstoff beschichtetes Kupfergitter mit Löchern von 400 Mesh (Agar Scientific AGS147-4) aufgetragen und die Probe getrocknet. Messungen des Partikelaggregationspotentials (hydrodynamische Größenmessung mittels dynamischer Lichtstreuung, DLS) und des Oberflächen-Zetapotentials wurden mit dem Malvern Zetasizer Nano ZSP aus wässrigen Partikelsuspensionen bei der höchsten im antiviralen Test getesteten Konzentration durchgeführt. Im Fall von Nano-CeO2 wurden alle im antiviralen Assay getesteten Konzentrationen mithilfe von DLS gemessen. Die Messungen von Nano-SiO2 und Nano-Ag wurden mit entsprechenden voreingestellten Parametern des Geräts durchgeführt; Nano-CeO2-Messungen wurden unter Verwendung voreingestellter Parameter für TiO2-Nanopartikel durchgeführt, die den verfügbaren Parametern am nächsten kommen. Bei diesen Messungen wurde Wasser als Lösungsmittel verwendet, um den tatsächlichen Expositionsbedingungen in antiviralen und bakteriellen Tests zu ähneln.

Detailliertere Oberflächeneigenschaften von Nano-CeO2 wurden im UV-Vis-Modus (250–800 nm) des Agilent Cary 5000 UV-Vis-NIR-Geräts und im FTIR-Spektralanalysemodus des Bruker Vertex 70 FTIR-Spektrometers gemessen. Für Letzteres wurde eine ATR-Konfiguration mit Diamantkristall sowie Quecksilber-Cadmiumtellurid- und MCT-Detektoren verwendet. Es wurden Daten im Bereich von 4000 cm–1 bis 400 cm–1 erhalten. Die Trennung der Mutterlösung für die Elementaranalyse erfolgte mittels Ultrazentrifugation (Beckman Coulter, Ultrazentrifuge Optima XE-90) von Kolloiden bei 300.000 × g für 2 Stunden. Die Elementaranalyse wurde mit einem ICP-MS-Spektrometer durchgeführt (Agilent Technologies, 2009).

Vor dem Test der antiviralen Aktivität wurden die Auswirkungen von Nanopartikeln und anderen Testchemikalien auf Wirtsorganismen dieser Viren bewertet – Zelllinien im Fall von Säugetierviren und Bakterien im Fall von Bakteriophagen.

Die Zytotoxizität wurde gegenüber viralen Wirtszelllinien getestet (Tabelle 4). Die Zellen wurden auf Platten mit 96 Vertiefungen ausgesät und in einem bestimmten Medium (Tabelle 1) gezüchtet, um eine Konfluenz von 70 % zu erreichen. Anschließend wurde das Wachstumsmedium entfernt und 100 μl der getesteten Verbindung, die der später auf antivirale Wirkung getesteten Verbindung entsprach, hinzugefügt. Die Zellen wurden 1 Stunde lang bei 37 °C, 5 % CO2 und einer feuchten Atmosphäre inkubiert. Anschließend wurde das Medium mit den Testverbindungen entfernt, frisches Wachstumsmedium hinzugefügt und die Zellen weitere 48 Stunden lang inkubiert. Die Lebensfähigkeit der Zellen wurde unter Verwendung des Zellproliferationsreagenzes (WST-1) (Roche) tox gemessen, dem 10 μl/Well WST-1-Reagenz zugesetzt wurden. Die Platte wurde 3 Stunden lang bei 37 °C und 5 % CO2 inkubiert und die Absorption bei 450 nm gemessen lesen. Zur Berechnung wurde der Wert einer leeren Vertiefung (keine Zellen vorhanden) von jeder Messung abgezogen und der Wert von Vertiefungen ohne Testverbindung als 100 % Lebensfähigkeit angesehen. Für jede Verbindung und Konzentration wurden drei Wiederholungen getestet. Die Konzentrationen der Testsubstanzen, die zu Zelltoxizität führten, wurden nicht auf ihre antivirale Wirkung getestet, da Störungen durch Zelltoxizität nicht vermieden werden konnten.

Wirtsbakterien für die beiden Bakteriophagen (Tabelle 4) wurden den Testsubstanzen im Plaque-Assay-Format ausgesetzt, wobei der Bakteriophage weggelassen wurde. Bakterienrasen wurden durch Mischen einer Übernachtkultur von Pseudomonas oder einer exponentiell gewachsenen Kultur von Escherichia coli mit TSB- bzw. NZCYM-Weichagar (Tabelle 4) erzeugt und in Petrischalen gegossen, wie unten unter „Bakterizidtests“ beschrieben. 10 μl Tropfen der angegebenen Konzentration der Testsubstanzen (siehe getestete Konzentrationsbereiche in Tabelle 2) wurden auf die agarisierte Oberfläche pipettiert. Nach der Inkubation über Nacht wurde ein Bakterienrasen auf Hemmzonen an den Chemikalientropfen beobachtet. Keines der Nanopartikel oder Chemikalien außer Nano-Ag führte zu Hemmzonen. Um die Toxizität von Nano-Ag in antiviralen Tests mit Bakteriophagen zu verringern, wurden diese Nanopartikel in Kombination mit einem dreifachen molaren Überschuss an L-Cystein getestet. So wurde im Fall von 14 μM Nano-Ag das gleiche Volumen von 42 μM L-Cystein zugegeben, im Fall von 140 μM Nano-Ag wurde das gleiche Volumen von 420 μM L-Cystein zugegeben und im Fall von 1400 μM wurde das gleiche Volumen Nano-Ag zugegeben. Ag 4200 μM L-Cystein wurde hinzugefügt. L-Cystein-Konzentrationen bis 4200 μM verringerten den Titer keines der Bakteriophagen.

Die sechs in den Tests verwendeten Viren und Bakteriophagen sowie die für ihre Infektion und Vermehrung verwendeten Medien sind in Tabelle 4 und unten beschrieben. Nanopartikel und Chemikalien, die für antivirale Tests verwendet werden, sind in Tabelle 2 aufgeführt. Im Allgemeinen wurden wässrige Suspensionen von Chemikalien in bestimmten Konzentrationen mit einer gleichen Menge Bakteriophagen in Wasser oder mit Säugetierviren in 1/10 mit Wasser verdünntem Zellkulturmedium gemischt. Die Proben wurden 1 Stunde lang bei Raumtemperatur inkubiert und anschließend in Zehnfachreihen mit SM-Puffer (Bakteriophagen) oder Viruswachstumsmedium (Säugetierviren) verdünnt. Die einstündige Inkubation wurde gewählt, um den Anforderungen der europäischen Biozidprodukte-Verordnung für die Prüfung der antimikrobiellen Wirksamkeit behandelter Artikel zu entsprechen.

Viren (Tabellen 2, 4) wurden aus folgenden Quellen gewonnen: SARS-CoV-2 war ein lokales estnisches Isolat, das vom Estnischen Gesundheitsamt erhalten wurde; Influenzavirus A/WSN/1933 stammte von SinoBiological; TGEV wurde von L. Enjuanes am Department of Molecular and Cell Biology, National Center of Biotechnology (CNB-CSIC), Madrid, Spanien, erhalten; EMCV wurde von A. Kohl MRC-University of Glasgow Centre for Virus Research, Glasgow, Schottland, Vereinigtes Königreich, erhalten. Die Zelllinien für die Virusvermehrung (Tabelle 4) stammten aus der Zellkulturbibliothek des Tartu University Institute of Technology, mit Ausnahme der ST-Zellen von L. Enjuanes, Madrid, Spanien. Zur Vermehrung von Coronaviren wurden konfluente Vero E6- (für SARS-CoV-2) oder ST-Zellen (für TGEV), die auf T75-Kolben gezüchtet wurden, mit Virusbeständen in VGM bei einer Infektionsmultiplizität von 0,01 pfu/Zelle infiziert. Infizierte Zellen wurden 4 Tage lang bei 37 °C und 5 % CO2 inkubiert. Der Zellüberstand wurde gesammelt, durch 15-minütige Zentrifugation bei 3000 × g bei + 4 ° C geklärt, aliquotiert und bei –80 ° C gelagert. Der EMCV-Vorrat wurde gebrauchsfertig erhalten. Zur Vermehrung des Influenzavirus A/WSN/1933 wurden konfluente MDCK-2-Zellen, die auf einem T175-Kolben gezüchtet wurden, in VGM infiziert, das TPCK-Trypsin in einer Endkonzentration von 1 μg/ml enthielt. Infizierte Zellen wurden 2 Tage lang bei 37 °C und 5 % CO2 inkubiert. Der Zellüberstand wurde gesammelt, durch 10-minütige Zentrifugation bei 4000 × g bei + 4 ° C geklärt, durch einen 0, 2-μm-Filter filtriert, aliquotiert und bei –80 ° C gelagert.

Zum Testen der antiviralen Aktivität wurden die Viren mit anfänglichen Titern in Viruswachstumsmedien (Tabelle 4) 1:10 mit sterilem Wasser verdünnt, mit der Testverbindung oder Chemikalie gemischt und wie oben inkubiert. Nach der Inkubation wurden die Virusmischungen mit Viruswachstumsmedium um das Zehnfache verdünnt und 150 μl der resultierenden Probe wurden verwendet, um 100 % konfluente Wirtszellen zu infizieren, die auf Platten mit 12 oder 96 Vertiefungen gezüchtet und mit phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS) gewaschen wurden. In SARS-CoV-2-Experimenten wurden 25 μl der verdünnten Virusprobe zur Infektion von Vero-E6-Zellen verwendet. Den Zellen in der Negativkontrolle wurden 150 μl oder 25 μl Viruswachstumsmedium zugesetzt. Die Infektion wurde bei 37 °C, 5 % CO2 und einer befeuchteten Atmosphäre für 1 Stunde unter leichtem Schaukeln alle 10 Minuten durchgeführt. Nach 1 Stunde wurde das Infektionsmedium entfernt und eine 3:2-Mischung aus Viruswachstumsmedium: 2 % Carboxymethylcellulose (CMC) hinzugefügt (im Fall von Influenzaviren wurde die Mischung mit 1 µg/ml TPCK-Trypsin ergänzt). Die Zellen wurden in entsprechenden Wachstumsmedien 96 Stunden lang (ausgenommen 48 Stunden im Fall von EMCV und Vero E6) bei 37 °C, 5 % CO2 und feuchter Atmosphäre gezüchtet. Zur Plaquezählung in ST-, MDCK-2- und BHK-21-Zellen wurde das Viruswachstumsmedium entfernt und die Platten mit Kristallviolett gefärbt. Plaques wurden als klare Plaques innerhalb der Zellschicht identifiziert. In Vero E6-Zellen wurde die Mini-Plaque-Methode verwendet, bei der die Platten 1 Stunde lang mit eiskaltem 80 % Aceton in 1 × PBS bei –20 °C fixiert wurden. Anschließend wurde das Aceton durch Pipettieren entfernt und die Platten mindestens 3 Stunden lang getrocknet. Getrocknete Platten wurden mit einem Blockierungspuffer (Thermo Scientific, Ref. 37587), verdünnt in PBS/0,05 % Tween20 (PBS-T), 60 Minuten lang bei 37 °C behandelt. Als nächstes wurden die Platten mit dem monoklonalen Kaninchen-Anti-SARS-CoV-2-Nukleokapsid-Antikörper 82C3 (Icosagen AS, Ref.-Nr. R1-166-100), verdünnt in PBS-T, 1 Stunde lang bei 37 °C sondiert. Die Platten wurden 6 × 5 Minuten mit PBS-T gewaschen und mit sekundärem Ziegen-Anti-Kaninchen-IRDye800CW-Antikörper (LI-COR Biosciences, Ref.-Nr. 926-32211), verdünnt in Blockierungspuffer, 60 Minuten lang bei 37 °C behandelt. Die Platten wurden 6 × 5 Minuten mit PBS-T gewaschen, getrocknet und mit dem Odyssey-Infrarot-Bildgebungssystem von LI-COR Biosciences und der Anwendungssoftware gescannt, um fluoreszierende Fokusse (Mini-Plaques) zu identifizieren. Es wurden mindestens 3 Plaques und maximal 30 Plaques pro Vertiefung gezählt und der PFU-Wert entsprechend der Verdünnung und dem Volumen des Inokulums berechnet. Jede Nanopartikel- oder Salzkonzentration wurde in drei Wiederholungen getestet und es wurden mindestens drei unabhängige Experimente durchgeführt.

Die antivirale Aktivität wurde als Differenz zwischen der Anzahl der logarithmisch transformierten Plaque-bildenden Einheiten (PFU) in der Negativkontrolle und der Testprobe berechnet. Eine 2-log-Abnahme der PFU-Zahlen innerhalb einer Stunde wurde als niedrigster biologisch bedeutsamer Schwellenwert für potenzielle Anwendungen angesehen.

Der umhüllte Bakteriophage ф6 (DSM21518) und der nicht umhüllte Bakteriophage MS2 (DSM21428) und ihre jeweiligen Wirtsbakterien, Pseudomonas sp. (DSM21428) und Escherichia coli (DSM5695) stammten aus der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ). Bakteriophagen wurden in ihren Wirtsbakterien vermehrt und in den in Tabelle 4 gezeigten Titern gereinigt. Bakteriophagen in Wasser wurden 1 Stunde lang Verbindungen und Chemikalien wie oben ausgesetzt, wonach SM-Puffer verwendet wurde, um Phagen für den Plaque-Assay zu verdünnen. Zur Infektion wurden 10 μl Bakteriophagenproben als ~ 0,5 cm breite Kreise auf Bakterienplatten getropft, die aus einer über Nacht gewachsenen Kultur (Pseudomonas sp.) oder einer 2 Stunden lang gewachsenen exponentiellen Kultur, die aus einer Übernachtkultur (Escherichia coli) hergestellt worden war, hergestellt wurden. 125 μl E. coli oder Pseudomonas sp. wurden mit 5 ml halbfestem Top-Agar-Medium (0,7 % Agar in NZCYM bzw. TSB) bei 40 °C gemischt und auf feste Lysogenie-Brühe (LB: 10 g/l Trypton, 5 g/l Hefeextrakt, 10 g/l) gegossen NaCl)-Agarplatten (1,5 % Agar) als dünne Schicht. 10 μl Phagen, der in Wasser ohne Verbindungen inkubiert wurde, wurden zur Negativkontrolle auf Bakterienrasen getropft. Innerhalb der Kreise befanden sich Plaques (Bereiche ohne sichtbares Wachstum des Wirtsbakteriums). gezählt nach Inkubation über Nacht, um die Plaque-bildenden Einheiten PFU/ml zu erhalten. Mindestens 3 Plaques wurden pro Kreis gezählt. Jede Konzentration von Nanopartikeln oder Chemikalien wurde mit zwei technischen Replikaten getestet und es wurden mindestens drei unabhängige Experimente durchgeführt.

In antibakteriellen Tests wurden Escherichia coli DSM1576 (ATCC8739) und Staphylococcus aureus (ATCC6538) aus der American Type Culture Collection verwendet. Nanopartikel und Ce(NO3)3 in bestimmten Konzentrationen wurden mit einem gleichen Volumen an Bakteriensuspensionen in Wasser gemischt. Bakteriensuspensionen mit 1 × 107 KBE/ml wurden durch Kultivierung der Bakterien in ihren Wachstumsmedien (LB) und anschließendes Waschen mit Wasser (5-minütige Zentrifugation, Resuspension in Wasser und anschließende Zentrifugation) hergestellt. Bakterien mit bestimmten Konzentrationen an Nanopartikeln und Chemikalien wurden 1 Stunde lang bei Raumtemperatur inkubiert. Anschließend wurden die Proben in Zehnfachreihen mit PBS verdünnt und zur Zählung lebensfähiger Zellen tropfplattiert (Kolonien wurden nach Wachstum über Nacht gezählt), wie in Lit. 78. Pro Tropfen wurden mindestens 3 Kolonien gezählt. Jede Bedingung wurde mit zwei technischen Replikaten getestet und es wurden mindestens drei Experimente durchgeführt. Die antibakterielle Aktivität wurde als Differenz zwischen logarithmisch transformierten koloniebildenden Einheiten (KBE) in der Negativkontrolle und der Testprobe berechnet.

Die Bindung von Nano-CeO2-Partikeln an Virusoberflächenproteine ​​wurde mit SARS-CoV-2 und seinem zellulären Rezeptor humanen rekombinanten ACE2-hFc analysiert. Maxisorp (Nunc) ELISA-Platten wurden mit ACE2-hFc (Produkt P-308-100, Icosagen, Estland) in PBS in einer Menge von 1 μg/Vertiefung bedeckt und über Nacht bei +4 °C inkubiert. Die Platte wurde 5 × 5 Minuten mit PBS-T (phosphatgepufferte Kochsalzlösung mit Zusatz von 0,05 % Tween20) gewaschen, über Nacht bei +4 °C mit 3 % BSA/PBS blockiert und dann mit PBS-T gewaschen. 10 μl Nano-CeO2(+) und (–) in unterschiedlichen Konzentrationen wurden mit 10 μl (5 × 104 PFU, d. h. 5 × 105 PFU/ml) rekombinantes SARS-CoV-2 (gerettet aus einem infektiösen Klon, der bei erstellt wurde) gemischt das Tartu University Institute of Technology; enthält Mutationen im SARS-CoV-2-S-Protein aus einem südafrikanischen Isolat). Die Mischungen wurden 1 Stunde lang bei Raumtemperatur inkubiert. 4 μl der Virus-Nanopartikel-Mischung wurden 25-fach verdünnt und auf die mit rekombinantem hACE2-Rezeptor beschichtete Platte übertragen. Die Platte wurde über Nacht bei 37 °C inkubiert und 1 Stunde lang mit eiskaltem 80 % Aceton/PBS bei –20 °C fixiert. Aceton wurde entfernt und die Platte 1 Stunde lang getrocknet. Anschließend erfolgte die Blockierung mit 3 % BSA/PBS bei +37 °C für 1 Stunde. Primärer Antikörper, monoklonaler Kaninchen-Antikörper gegen SARS-CoV2 RBD 72A5 B12 (R1-172-100 Icosagen, Estland), wurde in 3 % BSA/PBS-T 1:5000 verdünnt und über Nacht bei +4 °C auf die ELISA-Platte gegeben. Dann wurde die Platte 5 × 5 Minuten mit PBS-T gewaschen und mit dem Sekundärantikörper Anti-Kaninchen-HRP (Meerrettich-Peroxidase-Konjugat, LabAS, Tartu, Estland) 1:10.000 verdünnt in 3 % BSA/PBS-T bei + inkubiert 37 °C für 1 Stunde. Die Platte wurde dann 5 × 5 Minuten mit PBS-T gewaschen und 50 μl/Vertiefung 3,3ʹ,5,5ʹ-Tetramethylbenzidin-Substrat (Bio-Rad) wurden zugegeben, die Vertiefungen wurden 15 Minuten lang bei Raumtemperatur inkubiert. Die Reaktion wurde durch Zugabe von 50 μl/Vertiefung 0,5 M H2SO4 gestoppt. Die Absorption bei 450 nm wurde mit einem Mikroplatten-Lesegerät quantifiziert. Als Negativkontrolle dienten nicht mit hACE2 behandelte Vertiefungen.

Für die Analyse der PFU- oder CFU-Zahlen wurden logarithmisch transformierte Daten verwendet. In GraphPad Prism 9.3.0 wurde eine Zwei-Wege-ANOVA-Analyse gefolgt von Dunnetts Post-hoc-Test zur Erkennung signifikanter Unterschiede zur Kontrolle und korrigiert für Mehrfachvergleiche mit einem Signifikanzniveau von 0,05 durchgeführt. In Tabelle 3 sind nur statistisch signifikante Unterschiede markiert.

Die Originaldaten sind auf Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich: [email protected].

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Die Autoren bedanken sich für die finanzielle Unterstützung durch die Stipendien des Estnischen Forschungsrates (COVSG2, PRG629, PRG1496), das Estnische Zentrum für Exzellenz im Forschungsprojekt „Fortschrittliche Materialien und Hochtechnologiegeräte für nachhaltige Energie, Sensorik und Nanoelektronik“ TK141 (2014-2020.4). 01.15-0011) und Entwicklungsfonds der Universität Tartu (PLTFYARENG53). Die Forschung wurde teilweise mithilfe der NAMUR+-Kerneinrichtung durchgeführt, die durch die Projekte „Zentrum für Nanomaterialtechnologien und -forschung“ (2014-2020.4.01.16-0123) und TT13 finanziert wurde.

Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen: Alexandra Nefedova und Kai Rausalu.

Institut für Physik, Universität Tartu, W. Ostwald Street 1, 50411, Tartu, Estland

Alexandra Nefedova, Alexander Vanetsev, Stevin Lilla, Meeri Visnapuu, Vambola Kisand und Tanel Tätte

Institut für Technologie, Universität Tartu, Nooruse Street 1, 50411, Tartu, Estland

Kai Rausalu & Eva Zusinaite

Institut für Molekular- und Zellbiologie, Universität Tartu, 23 Riia Street, 51010, Tartu, Estland

Merilin Rosenberg, Kairi Koppel & Angela Ivask

Abteilung für Chemie und Biotechnologie, Technische Universität Tallinn, Akadeemia Street 15, 12618, Tallinn, Estland

Marilyn Rosenberg

Institut für Festkörperphysik, Universität Lettland, 8 Kengaraga Street, Riga, 1063, Lettland

Krisjanis Smits

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AI war für die Sicherstellung der Finanzierung, das Design der Studie und das Schreiben des Manuskripts verantwortlich, AN war für die Synthese und Charakterisierung von Nanopartikeln, die DLS-Analyse, das Schreiben und Bearbeiten des Manuskripts verantwortlich, KR war für die meisten antiviralen Tests und Zytotoxizitätstests sowie das Bearbeiten verantwortlich des Manuskripts, EZ war für die antiviralen Tests mit SARS-CoV-2- und ELISA-Assays sowie für das Schreiben und Bearbeiten des Manuskripts verantwortlich, AV war für die Nanopartikelsynthese und -charakterisierung verantwortlich und das Schreiben des Manuskripts, MR war für die Gestaltung von Bakteriophagen-Assays verantwortlich, getragen führte antibakterielle Tests durch und führte eine statistische Analyse der Daten durch, KK führte Tests mit Bakteriophagen durch und analysierte die Daten, SL beteiligte sich an der Nanopartikelsynthese und dem Schreiben des Manuskripts, MV war für die Nanopartikelanalyse einschließlich EM-Bildgebung und Elementaranalyse verantwortlich, KS führte hochauflösende EM durch , VK und TT beteiligten sich an der Manuskriptbearbeitung.

Korrespondenz mit Angela Ivask.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Nefedova, A., Rausalu, K., Zusinaite, E. et al. Antivirale Wirksamkeit von Ceroxid-Nanopartikeln. Sci Rep 12, 18746 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-23465-6

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Eingegangen: 17. Mai 2022

Angenommen: 31. Oktober 2022

Veröffentlicht: 05. November 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-23465-6

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