Starkes Anti

Aug 08, 2023

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 19934 (2022) Diesen Artikel zitieren

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In diesem Artikel haben wir kolloidale Ag/ZnO-Komposit-Nanopartikel synthetisiert und die Oberfläche der Nanopartikel wurde durch den Amodiaquin-Liganden verbessert. Die synthetisierten Nanopartikel wurden mithilfe des XRD-Beugungsmusters, FT-IR-Spektroskopie, TEM-Bild und UV-Vis-Spektroskopie charakterisiert. Die antibakteriellen, antimykotischen und antiviralen Wirkungen des synthetisierten Kolloids wurden auf E. coli-, Staphylococcus aureus-, Pseudomonas aeruginosa- und Enterococcus hirae-Bakterien sowie Candida albicans und Formsporen-Aspergillus-Pilze sowie Influenza-, Herpes-simplex- und Covid-19-Viren untersucht. Die Ergebnisse zeigen eine Entfernung von mehr als 7 Logarithmen der Bakterien, Pilze und Viren durch synthetisiertes Kolloid mit einer Konzentration von 15 µg/L (Ag)/50 µg/ml (ZnO). Diese Entfernung für das Covid-19-Virus reicht von 3,2 × 108 Zahlen auf 21 Viren innerhalb von 30 Sekunden. Auch Reizungs- und Toxizitätstests des synthetisierten Kolloids zeigen harmlose Auswirkungen auf menschliche Zellen und Gewebe. Diese kolloidalen Nanopartikel wurden als Mundwasserlösung verwendet und ihre klinischen Tests wurden an 500 mit dem Coronavirus infizierten Personen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass alle Patienten durch dreimaliges Waschen von Mund und Nase am Tag je nach Schwere der Erkrankung zu unterschiedlichen Zeiten gesund wurden. Fast alle Menschen, die keine Anzeichen einer Infektion hatten und diese Lösung als Mundwasser verwendeten, infizierten sich während der Studie nicht mit dem Virus.

Komplikationen und Arten resistenter und unbekannter Viren haben Virusinfektionen zu einer großen globalen Gesundheitsherausforderung gemacht. Aufgrund der Komplexität des Virusverhaltens verringert der langfristige Einsatz antiviraler Medikamente den Nutzen der Behandlung pathogener Viren1,2,3,4,5,6. Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation (WHO) waren Menschen seit Beginn des 21. Jahrhunderts mehreren Virusinfektionen ausgesetzt. Das akute respiratorische Syndrom des Coronavirus (SARS-CoV), die H1N1-Influenza und das Coronavirus Respiratory Syndrome of the Middle East (MERS-CoV) traten 2002, 2009 bzw. 2012 in verschiedenen Ländern auf. Kürzlich kam es zu einer weiteren Virusepidemie namens „COVID-19“ oder „Coronavirus 2019“. Da das neue Virus hoch ansteckend ist, hat es Auswirkungen auf das menschliche Leben, die Weltwirtschaft und die Lebensgrundlagen der Menschen7,8,9. Viele Wissenschaftler und Pharmaunternehmen haben in den letzten zwei Jahrzehnten umfangreiche Forschung betrieben, um einen wirksamen und organisierten Weg zu finden, Menschenleben vor durch das Coronavirus verursachten Infektionskrankheiten wie SARS und Mers zu schützen. Unter diesen Studien sind kleine Moleküle, gewöhnliche antivirale Medikamente und Antikörper-basierte Medikamente vielversprechend für die Behandlung von Virusinfektionen10,11,12,13,14. Im Falle neuer Virusinfektionen erfordert die Entwicklung eines wirksamen Medikaments einen hohen Studien-, Kosten- und Zeitaufwand. Da es keine wirksamen Behandlungsprotokolle und -behandlungen gibt, ist die Virusprävention eine der besten Möglichkeiten, Virusinfektionen zu reduzieren15. Die Virenprävention kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Bei respiratorischen Virusinfektionen verringert das Einhalten eines Sicherheitsabstands und das Entfernen und/oder Neutralisieren von Viruspartikeln aus der Ebene das Infektionsrisiko16.

Aufgrund der Möglichkeiten der neuen Wissenschaft und Technologie bietet die Nanotechnologie ein leistungsstarkes Werkzeug zur Diagnose, Vorbeugung und Behandlung von durch Viren verursachten Infektionskrankheiten10,17,18. Die Dimensionen von Viren liegen meist im Nanobereich, daher untersucht das Gebiet der Nanomedizin die Aufnahme von Nanopartikeln in die Zelle und untersucht die Ansätze und Wirkmechanismen von Nanopartikeln innerhalb der Zelle19,20,21.

Metall-, Metalloxid- und Sulfid-Nanopartikel haben abhängig von verschiedenen Parametern wie Art, Größe, Oberfläche, Kristallinität, Abdeck- und Stabilisatormaterialien, Morphologie, Konzentration, pH-Wert und der Art des Mikroorganismus eine vielversprechende antimikrobielle und antivirale Aktivität gezeigt. Kleinere Partikel mit geeigneter Morphologie können problemlos durch die Nanoporen von Mikroorganismen eindringen. Daher können durch die Optimierung dieser Parameter neue Nanomaterialien entwickelt werden, die für die Behandlung verschiedener Krankheiten geeignet sind22,23,24,25,26,27. Verschiedene Studien haben über die antibakteriellen Eigenschaften verschiedener Metalle sowie Metalloxid- und Sulfid-Nanopartikel berichtet. Zinnferrit dekoriert auf Bismutferrit, Ag/g–C3N4/SiC, mit Gold/Eisen dotiertes Silberiodid, Co-Dotierung von Silber und Eisen auf graphitischem Kohlenstoffnitrid, Sn/Fe, CuO-Nanostäben und CuWO4-Nanopartikeln, Ag-dotiertes Sn3O4, Silberferrit/ Wismutferrit, Ag-dekoriertes CoO, CuO-beladene ZnS-Nanoblume, Al2O3-dekorierter 2D-CdO-Nanoheteroübergang, CdS-Ag2S, MgS/Ag2MoO4, Spinell-FeV2O4-Kopplung auf nanowürfelartigem Bi2O3, ZnFe2O4-dekoriertes CdO-Nanohybrid sind Beispiele dieser Forschungsarbeiten28,29 ,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44.

Der Einsatz von Goldnanopartikeln zur Erkennung viraler Infektionen hat vielversprechende Ergebnisse45,46,47. Silbernanopartikel (Ag-NPs) wurden auch als nützlicher neuer Ansatz zur Bekämpfung resistenter Virus- und Bakterienstämme identifiziert.10,48,49 Ag-NPs können eine wichtige Rolle bei der Kontrolle und Behandlung unbekannter Infektionskrankheiten spielen. Silbernanopartikel (NPs) gehören zu den bekanntesten Nanopartikeln und werden häufig zur Identifizierung, Neutralisierung und Behandlung von Virusinfektionen eingesetzt. Silber-NPs können leicht durch verschiedene Methoden wie grüne (biologische), chemische und physikalische Methoden synthetisiert werden. Es bestehen jedoch Bedenken hinsichtlich der potenziell toxischen Wirkung hoher Konzentrationen silberbasierter Substanzen, und es wurden Studien durchgeführt, in denen empfohlen wird, diese nicht in hohen Konzentrationen zu verwenden10,50,51,52,53. Daher sollte die Verwendung dieser Partikel für medizinische Zwecke unter Berücksichtigung ihrer Vorteile und Grenzen erfolgen. Ag-NPs wurden als antivirales Mittel beim Menschen gegen viele Viren validiert, darunter das humane Immundefizienzvirus, das Hepatitis-B-Virus, das Herpes-simplex-Virus, das Respiratory-Syncytial-Virus, das Poliovirus-Adenovirus und das Affenpockenvirus. Kürzlich untersuchten Wissenschaftler die Möglichkeit von Ag-NPs als Therapeutika gegen Coronaviren und schlugen schließlich deren Verwendung zur Vorbeugung infektionsbedingter Coronaviren vor54,55. In diesem Fall stellen einige Studien die häufigsten NPs mit antiviraler Aktivität gegen tierische und menschliche COV-Viren vor56,57,58,59. Es wird angenommen, dass Zinkoxid-Nanopartikel ungiftig, biologisch sicher und biokompatibel sind. Es wird als Arzneimittelträger und Füllstoff in der medizinischen Material- und Kosmetikindustrie eingesetzt. Mehrere Studien haben über die schädlichen Auswirkungen von Nanopartikeln auf lebende Zellen berichtet, es wurden jedoch keine toxischen Auswirkungen auf eukaryotische Zellen für niedrige Konzentrationen von Zinkoxid-Nanopartikeln berichtet60. ZnO-Nanopartikel wurden für die Entwicklung von Nanoantibiotika der nächsten Generation gegen pathogene Mikroorganismen zur Bekämpfung von Multiresistenzen untersucht61,62,63. Zinkoxid-Nanopartikel haben eine breite antimikrobielle Wirkung gegen Mikroorganismen wie Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus subtilis und den Bakteriophagen M1364. Um sowohl die antibakterielle als auch die antivirale Wirkung von Ag und Zinkoxid zu nutzen, haben wir hier Ag/ZnO-Verbundnanomaterialien synthetisiert, in denen die Konzentration der Ag-Nanopartikel im optimalen Toxizitätsbereich liegt. Einer der Vorteile von Nanopartikeln ist die Fähigkeit ihrer Oberfläche, mit Liganden mit funktionellen Gruppen zu interagieren. Um unser synthetisiertes Medikament zu verbessern, wurde die Oberfläche von Nanopartikeln mit dem Amodiaquin-Liganden interagiert, der mit Viren, Bakterien und Pilzen interagieren kann. Nach unserem Kenntnisstand gibt es bisher keinen Bericht über die Synthese und Charakterisierung der Ag/ZnO/Amodiaquin-Nanopartikel. Amodiaquin wird seit mehr als 60 Jahren klinisch als orales Malariamedikament eingesetzt. Allerdings sind wirksame antivirale Dosierungen viel höher, um sinnvoll zu sein. In unseren synthetisierten Nanopartikeln beträgt die Konzentration von Amodiaquin weniger als 0,1 g/L. Dadurch konnten wir mit einer geringen Dosierung des synthetisierten Kolloids die Bakterien, Pilze und Viren deutlich reduzieren und den Patienten zu Beginn der Krankheitsphase eine Besserung verschaffen.

0,024 g Silberacetat und 0,6 g Polyvinylpyrrolidon (PVP) wurden in 450 ml entionisiertem Wasser gelöst und 5 Minuten lang gerührt. Dann wurden 0,1 g Natriumborhydrid in 50 ml entionisiertem Wasser gelöst, tropfenweise in die erste Lösung gegeben und 30 Minuten lang gerührt. Der Lösung wurden 0,11 g Zinkacetat-Dehydrat zugesetzt und 0,1 g Natriumborhydrid wurden in 500 ml entionisiertem Wasser gelöst und erneut tropfenweise in die Lösung gegeben. Dies bedeutet, dass das erhaltene Produkt 15 ppm Ag- und 50 ppm ZnO-Nanopartikel enthält.

0,1 g 4-[(7-Chlor-4-chinolyl)-amino]-2-[(diethylamino)-methyl]-phenol (Amodiaquin-Dihydrochlorid-Dihydrat), gelöst in 20 ml entionisiertem Wasser und auf 80 ml der synthetisierten kolloidalen Nanopartikel gegeben und 24 h gerührt. Die erhaltenen Nanopartikel wurden zentrifugiert und mehrmals mit Ethanol und Wasser gewaschen.

Die erhaltenen reinen Materialien wurden in 100 ml entionisiertem Wasser dispergiert und als Mundwasserlösungen für Patienten verwendet.

Zur Durchführung des Tests wurden jedes Mal vier Hindi-Schweine eingesetzt. Der rechte kaudale und linke Schädelbereich des Rückens jedes getesteten Tieres wurde mit der untersuchten Substanz behandelt, während der unbehandelte linke Schwanz und der rechte Schädelbereich des Rückens als Kontrolle verwendet wurden. Ungefähr 24 Stunden vor dem Test wurde das Fell von einer etwa 240 cm2 breiten Fläche entfernt, indem die Rücken- und Flankenbereiche der Tiere geschoren und rasiert wurden. Auf der Rückseite wurde ein ca. 6 cm2 breiter Bereich für die Applikation des Testmusters vorgesehen.

25 × 25 mm der Testsubstanz wurden direkt auf die Haut an der Schädelstelle jedes Hindi-Schweins aufgetragen. Die Applikationsstellen wurden mit einem nicht okklusiven Verband abgedeckt und die Applikationsstellen wurden mit einem halbokklusiven Verband umwickelt. Die Pflaster wurden 4 Stunden nach der Anwendung entfernt und wiederholte Hautreizungstests sind Erneuerungen.

4 ml der synthetisierten Nanopartikel wurden entnommen und um das Material auf der Haut zu halten, wurde dieser Suspension 1 % CMC zugesetzt und die Exposition gegenüber Tieren ermöglicht. Es wurden vier Gruppen für Experimente ausgewählt (25, 50, 75 und 100 % Körperoberfläche minus Kopf). Die akute Toxizitätsstudie dieses Produkts wurde dermal durch eine Box mit den Abmessungen 50 × 30 × 40 cm an einem Standard-Hindi-Zuchtschwein und weißen Albino-Kaninchen durchgeführt, die vom Pasteur-Institut in Teheran bezogen wurden. Das synthetisierte Material verursachte bei den Tieren weder Tod noch andere Verhaltensweisen oder körperliche Schäden und veränderte auch nicht den Futter- und Wasserverbrauch. Die histopathologische Beobachtung lebenswichtiger Organe zeigte keine abnormale dauerhafte Wirkung.

Für den Draize-Kaninchen-Augentest werden 100 μl der Testflüssigkeit in den unteren Bindehautsack gegeben. Nach 1, 24, 48, 72 Stunden, 1 Woche und 2 Monaten werden Hornhauttrübung und Hornhautbeteiligung, Bindehauthyperämie, Chemose, Augenausfluss und Irisanomalien beobachtet. Der Test wird an weißen Albino-Kaninchen durchgeführt, da diese große Augen, eine gut beschriebene Anatomie, eine einfache Handhabung, relativ niedrige Kosten und eine schnelle Verfügbarkeit aufweisen.

Fünf Bakterienstämme wurden getestet: E. coli, Staphylococcus aureus, Enterococcus hirae, Pseudomonas aeruginosa und Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus (MRSA). Alle wurden von der MikroBank an der Universität Teheran, Iran, bezogen. Die Platten mit den Bakterien wurden 24 Stunden lang bei 37 °C inkubiert und dann wurde die Bakterienkolonie in jedem Milliliter Lösung (KBE/ml) gezählt (1,5 × 108 KBE/ml). 0,3 g/l interferierende Substanz (Rinderalbumin) wurden zu 1 ml Bakteriensuspension gegeben und 2 Minuten bei 20 °C gelagert. Nach dieser Zeit wurden 8 ml synthetisiertes Kolloid hinzugefügt. Als Neutralisator wurden 30 g/l Polysorbat, 30 g/l Saponin und 3 g/l Lecithin ausgewählt. Eine Negativkontrolle wurde durch Mischen gleicher Volumina Bakterien und entionisiertem Wasser hergestellt. Anschließend wurden alle Proben über Nacht im Schüttelinkubator unter den gleichen Bedingungen inkubiert.

Die Antimykotika-Tests wurden an den Pilzen Candida albicans und Aspergillus durchgeführt. Die Methode ist die gleiche wie bei Bakterien.

1 ml der störenden Substanz wurde zu 1 ml Virussuspension mit einer Konzentration von 1 × 10–7 KBE/ml hinzugefügt. 8 ml des synthetisierten Materials mit einer Konzentration von 15 µg/L (Ag)/50 µg/ml (ZnO) wurden der Lösung zugesetzt und 30 s lang in einem Wasserbad (22 °C) gehalten. Nach dieser Zeit wurde die Lösung in ein Eisbad überführt und anschließend bei 37 °C gemäß der TCID50/ml-Standardmethode titriert.

Herby, wir bestätigen, dass alle Experimente in Übereinstimmung mit den relevanten Richtlinien und Vorschriften durchgeführt wurden. Toxizitäts- und Reizungstests wurden im Labor für Zell- und Tiertoxizität, Fakultät für Pharmazie, Medizinische Universität Teheran, Teheran, Postfach: 14155/6451 IR.IRAN, untersucht. Die Standards für Experimente und Methoden zur Reizung und Toxizität waren ES, BN ISO 10993: 10; 2016 und BS EN ISO 10993-11 (2009). Alle Versuchsprotokolle wurden von der IR-FDA und den Forschungsethikkommissionen der Medizinischen Universität Tabriz mit der Zulassungs-ID: IR.TBZMED.REC.1400.179 genehmigt. Wir bestätigen, dass die Einwilligung aller Probanden und/oder ihrer Erziehungsberechtigten eingeholt wurde. Alle Methoden wurden nach einschlägigen Richtlinien und Vorschriften durchgeführt. Der Name der Chemikalie und die Methoden zur Betäubung des Tieres werden im Abschnitt „Materialien und Methoden“ ausführlich beschrieben. Alle Dokumente im Zusammenhang mit Reizungs- und Toxizitätstests sowie der Ethikgenehmigung sind als ergänzende Dateien enthalten. Auch die Aussagen sind im Manuskript enthalten. Wir bestätigen, dass alle Versuchsprotokolle von der IR-FDA und Dr. Ostad vom Labor für Zell- und Tiertoxizität, Fakultät für Pharmazie, Medizinische Wissenschaften der Universität Teheran, Teheran, genehmigt wurden. Alle Methoden wurden gemäß den folgenden Standards durchgeführt: Antibakterielle Tests: EN1276, Antimykotische Tests: EN1650, Antivirale Tests: EN 105, ISIRI 16676, EN 14476. Alle genannten Standards wurden in das Manuskript aufgenommen und die Testergebnisse sind ergänzend enthalten Dateien. Methoden und Materialien zu Reizungen und Toxizität sind als ergänzende Dateien beigefügt. Auch Abbildung Nummer 6 wurde von Prof. Ostad an der Medizinischen Universität Teheran, Iran, aufgenommen. Weitere von Prof. Ostad aufgenommene Bilder sind als ergänzende Dateien beigefügt.

Amodiaquin ist ein oral wirksames 4-Aminochinolin-Derivat mit antimalaria- und entzündungshemmenden Eigenschaften. Die Molekülformel von Amodiaquin lautet C20H22ClN3O und seine chemische Struktur ist in Abb. 1 dargestellt.

Chemische Struktur der Amodiaquin-Verbindung.

Ag/ZnO-Nanopartikel wurden durch die Reduktionsmethode synthetisiert. Bei dieser Methode wurden die Ionen Ag+ und Zn2+ durch Natriumborhydrid reduziert. Allerdings sind die Zn-Atome in der Wasserumgebung nicht stabil und wandeln sich in ZnO-Partikel um. Im ersten Schritt wird die Oberfläche der Nanopartikel mit PVP bedeckt. Im zweiten Teil wurden die Polymerketten durch einen Amodiaquin-Liganden aufgebaut. Wie Abb. 1 zeigt, machen drei funktionelle Gruppen das Molekül für die Interaktion mit der Oberfläche von Nanopartikeln geeignet. Diese Gruppen sind –OH, –Cl und –NH. Abbildung 2. Zeigt ein TEM-Bild synthetisierter Nanopartikel. Wie die Abbildung zeigt, sind im Bild zwei Arten von Nanopartikeln zu sehen. Ag-Nanopartikel haben eine Größe von 35 nm und es ist eine Hülle um die Partikel herum zu erkennen. Neben den Ag-Nanopartikeln gibt es ZnO-Nanopartikel mit einem Durchmesser von 12,5 nm.

TEM-Bild synthetisierter Ag/ZnO/Amodiaquin-Nanopartikel.

Abbildung 3 zeigt das Absorptionsspektrum von Ag/ZnO-synthetisierten Nanopartikeln. Wie die Abbildung zeigt, weisen die synthetisierten Materialien Absorptionspeaks bei 200, 250 und 450 nm auf. Allerdings sind die Bänder relativ breit und es werden alle Bereiche des UV-B- und UV-Spektrums abgedeckt. Dies bedeutet, dass die Anwendung auf der Haut als Sonnenschutzmittel wirken kann. Zur Aufnahme des XRD-Beugungsmusters wurde das Kolloid bei 80 °C getrocknet (Abb. 4). Wie die Abbildung zeigt, entsprechen alle Beugungspeaks ZnO-NPs (JCPDS-Karte Nr. 36-1451) und Ag-NPs (JCPDS-Datei Nr. 04-0783) mit geringer Kristallinität.

Absorptionsspektrum für synthetisierte Ag/ZnO-Nanopartikel.

Das XRD-Muster der synthetisierten NPs.

FT-IR-Spektren im Zusammenhang mit ZnO-NPs, Ag-NPs, Amodiaquin und den synthetisierten NPs sind in Abb. 5 dargestellt. Das FT-IR-Spektrum der synthetisierten NPs zeigt das Vorhandensein von Ag-, ZnO- und Amodiaquin-Absorptionsbanden.

FT-IR-Spektren der (A) Ag-NPs, (B) ZnO-NPs, (C) Amodiaquin, (D) synthetisierten Ag/ZnO/Amodiaquin-NPs.

0,5 ml der Testsubstanz wurden auf die intakte Haut von 4 × 3 (drei getrennte Gelegenheitstests) Hindi-Schweinen im Rückenbereich auf der rechten und linken Seite aufgetragen (siehe Abb. 6). Der rechte Schwanzbereich und der linke Schädelbereich des Rückens von 4 getesteten Tieren wurden mit der Probe behandelt, während der linke Schwanzbereich und der rechte Schädelbereich des Rückens als Kontrolle verwendet und nur mit der inerten normalen Kochsalzlösung behandelt wurden.

Testreizung (A) am ersten Tag nach dem Entfernen des Fells (ohne Exposition mit Kolloid) (B) 1 schwach nach Exposition mit dem synthetisierten Kolloid (C) 2 Wochen nach Exposition (D) 4 Wochen nach Exposition.

Die Anwendung dauerte bei einem einfachen Reizungstest 4 Stunden und bei einem wiederholten Reizungstest 3 Tage. Die Hautreaktionen wurden 1, 24, 48 und 72 Stunden nach Beginn der Behandlung ausgewertet. Bei allen mit dem Testmaterial behandelten Tieren wurden keine Ödeme oder Erytheme beobachtet. Die positive Kontrollgruppe weist Ödem-Erytheme auf, wie in Tabelle 1 aufgeführt. Basierend auf den Ergebnissen, interpretiert gemäß BS EN ISO 10993-10; 2016 verursachte die Testsubstanz nach 24, 48 und 72 h keine Reizwirkung auf der Haut. Abbildung 4 zeigt Meerschweinchen, die für den Reizungstest der synthetisierten Nanopartikel verwendet wurden.

80 µg/ml Ag mit 50 µg/ml ZnO-Dosierung zeigten keine signifikanten Verhaltensänderungen vor und nach der dermalen Verabreichung des synthetisierten Materials. Tabelle 2 zeigt die allgemeinen käfigseitigen Beobachtungen für die untersuchten Parameter.

Das Körpergewicht ist ein wichtiger Faktor zur Überwachung der Gesundheit eines Tieres. Der Verlust des Körpergewichts ist häufig der erste Indikator für das Einsetzen einer unerwünschten Wirkung. Eine Dosis, die zu einer Verringerung des Körpergewichts um 10 % oder mehr führt, gilt als toxische Dosis65. Als Dosis gilt die Dosis, die eine minimale toxische Wirkung hervorruft, unabhängig davon, ob damit andere Veränderungen einhergehen oder nicht. Alle Tiere der behandelten Gruppen zeigten über alle 14 Tage keine signifikante Abnahme des Körpergewichts im Vergleich zu den 0-Tage-Werten. Es gab keine signifikante Veränderung in der Nahrungs- und Wasseraufnahme der Versuchstiere bei allen Dosisstufen und an allen Tagen.

Aus den Ergebnissen dieser Studie geht hervor, dass es bei den Tieren aller Dosisgruppen zu keiner Veränderung des Körpergewichts sowie der Nahrungs- und Wasseraufnahme kam und selbst bei der höchsten Oberfläche, d. h. 100 % der Oberfläche, keine Mortalität zu verzeichnen war. Dies beweist, dass das synthetisierte Nanomaterial bei der dermalen Anwendung keine signifikante toxische Wirkung bei Hindi-Schweinen hat. Daher gilt das synthetisierte Medikament auf diesem Verabreichungsweg als praktisch ungiftig.

Die Toxizität des synthetisierten Materials wurde anhand des Draize-Augenprotokolls an den Augen weißer Kaninchen getestet und es wurden innerhalb von 2 Monaten keine biochemischen, Verhaltens- oder pathologischen Veränderungen beobachtet. Der Draize-Kaninchen-Augentest ist ein akuter Toxizitätstest zur Beurteilung der Wirkung von Chemikalien, Substanzen und Gemischen im Hinblick auf ihr Potenzial, Reizungen oder Schäden an den Körperzellen hervorzurufen.

Metalle und Metallionen neigen dazu, über häufig starke und selektive Wechselwirkungen an O-, N- und S-Ligandenatome zu binden. Diese Wechselwirkungen basieren auf der Koordinationschemie.

Die Hart-Weich-Säure-Base-Theorie (HSAB-Theorie) ist ein weiteres Konzept, das eine grundlegende Rolle bei der Reaktivität von Metallen spielt. Die empirisch ermittelte HSAB-Klassifikation bietet eine Einteilung der Übergangsmetalle nach ihrer Präferenz für bestimmte organische Liganden. Zum Beispiel weiche Säuren (wie Hg(II), Cu(I), Ag(I) und Cd(II)) und Grenzsäuren (wie Co(II), Ni(II), Cu (II) und Zn(II) neigt dazu, sich fest mit weichen Basen zu verbinden, wie z. B. Sulfhydrylgruppen (RSH), die in Proteinen vorkommen66. Infolgedessen ist die antibakterielle Toxizität dieser Metalle ungefähr proportional zu ihrer Affinität zu S-Atomen. Das Covid-19-Virus weist in seiner Struktur Spike-Glykoproteine ​​(S), Membranproteine ​​(M), Hüllproteine ​​(E) und Nukleokapsidproteine ​​(N) auf. Oberflächenproteine ​​haben Sulfhydrylgruppen. Und Ag- und Zn-Atome können Virusinfektionen hemmen, indem sie das Spike-Protein und Angiotensin des SARS-CoV blockieren, was zur Bildung von Proteindisulfiden und zur Erschöpfung der Antioxidantienreserven, insbesondere Glutathion, in mikrobiellen Zellen führen kann. Zusätzlich zur Zerstörung des aktiven Zentrums können auch Metallsubstitutionen an nichtkatalytischen Metallbindungsstellen die Enzymaktivität hemmen. Dies bedeutet, dass die synthetisierten Ag/ZnO-NPs an virale Oberflächenproteine ​​mit Sulfhydrylgruppen binden und Sulfidbindungen aufbrechen können, um das Protein zu zerstören, was zu einer Unterbrechung der viralen Bindung an den Zielzellrezeptor67,68,69,70 und zu einer Vergiftung der Bakterien- und Viruszellen führt . Außerdem wurde in einigen Veröffentlichungen berichtet, dass wässrige ZnO-Suspensionen auch den Gehalt an reaktiven Sauerstoffspezies (ROS), hauptsächlich Hydroxylradikalen, erhöhen, die zur antibakteriellen Aktivität von ZnO-Nanopartikeln beitragen60.

Es kann davon ausgegangen werden, dass der Hauptmechanismus der antiviralen Wirkung von Ag/ZnO-Nanopartikeln gegen SARS-CoV-2 darin besteht, die Virusbindung zu verhindern oder den Viruseintritt zu beeinträchtigen oder Oberflächenproteine ​​zu schädigen, insbesondere durch die Reaktion von Amodiaquin-Molekülen mit Membranproteinen und deren Störung strukturelle Integrität von Virionen und Hemmung der Eintrittsphase des Virus. Darüber hinaus können diese Nanopartikel in das zelluläre Zytoplasma eindringen und mit den Nukleinsäuren interagieren, die Leistung des Virus stören und möglicherweise eine Virusinfektion von infizierten Zellen zu nicht infizierten Zellen verhindern71. Weitere Studien sind erforderlich, um die antivirale Leistung der synthetisierten Nanopartikel auf SARS-CoV weiter zu untersuchen und eine eingehendere Klärung zu ermöglichen.

Tabelle 3 zeigt die Wirkung synthetisierter Nanomaterialien auf untersuchte Bakterien. Wie die Ergebnisse zeigen, wurde das Wachstum aller Bakterien nach der Inkubation mit den synthetisierten Nanopartikeln bei 15 µg/L (Ag)/50 µg/ml (ZnO) vollständig gehemmt und die logarithmische Reduktion der Bakterienzahl beträgt mehr als 8 innerhalb von 60 s (nahezu 100 %), wobei die akzeptable Zahl mehr als 5 beträgt.

Die Ergebnisse für die Wirkung des synthetisierten Nanomaterials auf E. coli-Bakterien in den Konzentrationen 8,5, 10 und 15 µg/ml Ag mit 50 µg/ml ZnO sind in Abb. 7 dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass der antibakterielle Zweck nicht erfüllt werden kann durch Konzentrationen unter 15 µg/ml mit 50 µg/ml ZnO. Der Vergleich der erhaltenen Ergebnisse mit anderen berichteten Nanopartikeln zeigt eine viel höhere Affektivität der synthetisierten Nanomaterialien72. Beispielsweise wurde der Prozentsatz der antimikrobiellen Aktivität bei 0,1, 1, 10, 25 und 50 mg/L für MnS/Ag2WO4 auf E. coli mit 66 %, 78 %, 89 %, 99 % und 99,9 % angegeben. Der Prozentsatz der antimikrobiellen Aktivität bei 0,1, 1, 10, 25 und 50 mg/L für MnS auf E. coli und B. subtilis beträgt 23 %, 41 %, 66 %, 74 % und 77 % bzw. 15 %, 22 %, 39 %, 63 % bzw. 74 %. Der Prozentsatz der antimikrobiellen Aktivität bei 0,1, 1, 10, 25 und 50 mg/L für Ag2WO4 auf E. coli und B. subtilis beträgt 35 %, 52 %, 63 %, 79 % und 93 % und 25 %, 42 % , 60 %, 72 % bzw. 85 %73.

Wirkung synthetisierter Nanopartikel auf E. coli, Staphylococcus aureus, Enterococcus hira und Pseudomonas aeruginosa in unterschiedlichen Konzentrationen (die Konzentrationen von 8,5, 10 und 15 µg/ml beziehen sich auf Ag-Nanopartikel und die Konzentrationen von ZnO-NPs betragen 50 µg/ ml für alle).

Tabelle 4 zeigt die Wirkung synthetisierter Nanomaterialien auf untersuchte Pilze. Wie die Ergebnisse zeigen, wurde das Wachstum aller Pilze nach der Inkubation mit den synthetisierten Nanopartikeln bei 15 µg/L (Ag)/50 µg/ml (ZnO) vollständig gehemmt und die logarithmische Reduzierung der Pilzzahl beträgt mehr als 6 in 60 s (Die akzeptable Reduzierung beträgt mehr als 4). Das sind mehr als 8,7 in 120 s.

Tabelle 5 zeigt die Wirkung synthetisierter Nanomaterialien auf untersuchte Viren. Wie die Ergebnisse zeigen, wurde das Wachstum des Herpes-simplex-Virus (HSV) mit den synthetisierten Nanopartikeln bei 15 µg/L (Ag)/50 µg/ml (ZnO) gehemmt und die logarithmische Reduzierung der Viruszahl beträgt mehr als 6 Zoll 30 s, was eine akzeptable Zahl von mehr als 4 ist. Diese Reduzierung beträgt mehr als 7,1 für Covid 19. Und das bedeutet, dass das hergestellte Medikament problemlos zur Hemmung von Covid 19 eingesetzt werden kann.

Das Arzneimittel wurde als Mundwasser an 500 Personen getestet, von denen 280 Symptome einer Covid-19-Erkrankung aufwiesen und 220 keine Symptome zeigten, sich aber um den Patienten kümmerten. Von den 280 Personen, die Symptome aufwiesen, hatten 28 eine Lungenbeteiligung von mehr als 70 Prozent. Personen mit leichten Symptomen erholten sich nach neunmaligem Gurgeln (dreimal täglich) vollständig. Personen mit stärkeren Symptomen erholten sich nach neunmaligem Gurgeln mit ärztlich verschriebenen Medikamenten. Und Menschen, die keine Symptome hatten, wurden trotz Kontakt mit dem Virus nicht krank.

In dieser Arbeit wurde das Ag/ZnO/Amodiaquin-Nanokolloid synthetisiert und charakterisiert. Es wurden antibakterielle, antivirale, antimykotische und toxische Wirkungen von synthetisiertem Nanokolloid in verschiedenen Konzentrationen untersucht. Wie die Ergebnisse zeigen, zeigte das synthetisierte Nanomaterial mit einer Konzentration von 100 µg pro Milliliter keine Toxizität. Antibakterielle Tests dieses Materials zeigten, dass eine Konzentration von 15 µg/L (Ag)/50 µg/ml (ZnO) ausreicht, um Bakterien in 60 s um mehr als 6 Logs zu reduzieren. Diese Konzentration synthetisierter Kolloide zeigt auch sehr gute antimykotische Ergebnisse. Die antiviralen Wirkungen des synthetisierten Nanokolloids wurden auf H1N1-, Herpes-simplex- und Covid-19-Viren untersucht. In all diesen Fällen zeigen die synthetisierten Nanomaterialien in weniger als 30 s eine deutliche Reduktion des Virus, die im Fall von Covid 19 bei 7,1 log liegt. Die klinischen Ergebnisse des synthetisierten Kolloids als Mundwasser zeigen vielversprechende Wirkungen bei der Heilung und Verhinderung des Fortschreitens der Covid-19-Erkrankung.

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Gesundheitsorganisation

Nanopartikel

Polyvinylpyrrolidon

Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus

Herpes Simplex Virus

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Die Autoren danken Prof. Dr. Ostad von der Universität für medizinische Wissenschaften Teheran, Iran, für die Tests zur Reizung und Toxizität. Außerdem wurden die antibakteriellen und antiviralen Tests an der School of Public Health der Medizinischen Universität Teheran durchgeführt.

Industriepark für fortschrittliche Technologien, ASEPE Company, Tabriz, 5364196795, Iran

Mahboubeh Dolatyari & Ali Rostami

Photonics and Nanocrystal Research Lab (PNRL), Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik, Universität Tabriz, Tabriz, 5166614761, Iran

Ali Rostami

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AR konzipierte die Grundidee und charakterisierte die synthetisierten Nanopartikel. MD konzipierte die Grundidee, synthetisierte die Nanopartikel und verfasste das Manuskript. Alle Autoren haben das Manuskript überarbeitet.

Korrespondenz mit Ali Rostami.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Dolatyari, M., Rostami, A. Starkes antivirales Nanobiozid auf Basis von Ag/ZnO, modifiziert durch Amodiaquin, als antibakterieller und antiviraler Verbundstoff. Sci Rep 12, 19934 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-24540-8

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Eingegangen: 18. Juni 2022

Angenommen: 16. November 2022

Veröffentlicht: 19. November 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-24540-8

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