Оптимизированные параметры для эффективного лечения SARS

Том 12 научных докладов, номер статьи: 16664 (2022 г.) Цитировать эту статью

1156 Доступов

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Распространение инфекции SARS-CoV-2 и тяжесть пандемии коронавирусной болезни 2019 года (COVID-19) привели к быстрой разработке лекарств, вакцин и контрмер для снижения передачи вируса. Хотя доступны новые стратегии лечения для предотвращения заражения SARS-CoV-2, вирусные мутации остаются серьезной угрозой для медицинского сообщества. Следовательно, для предотвращения передачи вируса необходимы медицинские устройства, оснащенные функциями уничтожения вирусов. УФ-светодиоды набирают популярность в медицинской сфере, поскольку используют наиболее бактерицидный спектр УФ-излучения, который действует посредством образования фотопродуктов. Здесь мы разработали портативное и перезаряжаемое медицинское устройство, которое может дезинфицировать SARS-CoV-2 менее чем за 10 секунд на 99,9% и в течение 6 часов. Используя это устройство, мы исследовали противовирусный эффект UVC-LED (275 нм) против SARS-CoV-2 в зависимости от расстояния облучения и времени воздействия. Расстояние облучения 10–20 см, время воздействия < 10 с и дозы УФ-излучения > 10 мДж/см2 были признаны оптимальными для элиминации SARS-CoV-2 (снижение вируса ≥ 99,99%). Системы UVC-LED имеют такие преимущества, как быстрая стабилизация интенсивности и нечувствительность к температуре, и могут способствовать разработке медицинских устройств, способных сдерживать инфекцию SARS-CoV-2. Демонстрируя инактивацию SARS-CoV-2 с помощью очень кратковременного УФ-светодиодного облучения, наше исследование может предложить рекомендации по обеспечению более безопасной медицинской среды.

Пандемия коронавирусной болезни 2019 года (COVID-19) распространилась по всему миру с момента ее первой вспышки в 2019 году, вызвав серьезную заболеваемость и смертность. Его вызывает SARS-CoV-2 (коронавирус тяжелого острого респираторного синдрома 2), высококонтагиозный вирус, обнаруживаемый преимущественно в образцах из дыхательных путей и носоглотки у пациентов с COVID-191. Сообщения указывают на передачу вируса между людьми в течение 2–10 дней, показывая, что вирус распространяется при прямом контакте, например, через зараженные руки и поверхности, а также воздушно-капельным путем2. В условиях окружающей среды SARS-CoV-2 сохраняет жизнеспособность в аэрозолях до 3 часов и более устойчив на пластике и нержавеющей стали (до 72 часов), чем на меди (4 часа) и картоне (24 часа)3. Воздействие загрязненных материалов из окружающей среды можно предотвратить с помощью многих методов контроля, включая тепловую стерилизацию, химическую дезинфекцию, фильтрацию, дезинфекцию поверхностей и ультрафиолетовое (УФ) облучение4. Возможный материальный ущерб, вызванный тепловой стерилизацией и токсичностью химических дезинфицирующих средств, а также нехватка фильтров на рынке создают серьезную проблему на протяжении всей пандемии, вызывая тревожный спрос на более устойчивые системы дезинфекции4. Учитывая быструю передачу вируса, важно разработать устойчивые меры и технологии, которые смогут инактивировать вирус и ограничить передачу.

На рост мирового рынка UVC (ультрафиолетового излучения C) положительно повлияла вспышка COVID-19. Во время пандемии УФ-дезинфекция воздуха и поверхностей привлекла внимание к УФ-устройствам, и многие продукты стали доступны на рынке4. В различных общественных местах с разным уровнем загрязнения воздуха и материалов окружающей среды начали использовать системы УФ-обеззараживания поверхностей4. УФ-лучи подразделяются на три основных типа в зависимости от длины волны: UVA (320–400 нм), UVB (280–320 нм) и UVC (100–280 нм)5. Различные исследовательские центры и лаборатории разрабатывают продукты на основе УФ-излучения для предотвращения распространения инфекции. УФ-светодиоды (УФ-светодиоды) представляют собой устройства, не содержащие ртути, которые можно использовать для операций по требованию6. В то время как ртутные лампы излучают свет только определенной длины волны, УФ-светодиоды способны излучать свет на нескольких отдельных длинах волн5. В качестве меры общественного здравоохранения и экологической безопасности Программа ООН по окружающей среде (ЮНЕП) запретила ртутьсодержащие продукты в 2013 году, а начиная с 2020 года ртутные лампы низкого давления должны были быть заменены новыми источниками УФ-излучения7. УФ-облучение является новым антимикробным подходом благодаря его гибкости, доступности и простоте контроля диаграммы направленности излучения8. Медицинские устройства, оснащенные УФ-светодиодами, в настоящее время набирают популярность в медицинских областях, причем УФ-излучение, действующее посредством образования фотопродуктов, считается наиболее эффективной бактерицидной областью в УФ-спектре9. Кроме того, недавнее исследование показало, что на интенсивность UVC-светодиодов не влияют изменения температуры или время прогрева10. Кроме того, UVC-LED инактивирует патогены с помощью нескольких механизмов, включая повреждение нуклеиновых кислот или белков и образование кислородных радикалов11,12. Недавнее исследование показало, что облучение UVC-LED с длиной волны 280 ± 5 нм быстро инактивирует SARS-COV-2, выделенный от пациента с COVID-199. Кроме того, в другом исследовании сообщалось об элиминации SARS-COV-2 при обработке высокой температурой (> 56 °C) и УФ-облучением (100–280 нм)13. Различные технологии дезинфекции COVID-19 с использованием УФ-излучения включают технологию фотоэлектрохимического окисления (PECO), использованную при разработке очистителя воздуха, в которой УФ-А-излучение использовалось для активации катализатора в покрытом наночастицами фильтре для окисления загрязнителей воздуха14. В соответствии с этими выводами мы разработали портативное и перезаряжаемое медицинское устройство для дезинфекции SARS-CoV-2, которое можно использовать для стерилизации труднодоступных участков или поверхностей, которые окрашиваются или иным образом реагируют при контакте с чистящими химикатами. В текущем исследовании мы демонстрируем снижение заболеваемости SARS-COV-2 под действием UVC в зависимости от времени и расстояния воздействия и стремимся оптимизировать и проверить эффективность разработанного устройства UVC-LED.

30 s and a distance of 50 cm. At 30 cm, the viral titers were calculated to be 1.1 × 103 TCID50/mL (3.031 log TCID50/mL), 2.2 × 102 TCID50/mL (2.301 log TCID50/mL), and 6.3 × 101 TCID50/mL (1.801 log TCID50/mL) at irradiation times of 5, 10, and 20 s, respectively. At 20 cm, viral titers were calculated as 8.96 × 102 TCID50/mL (2.884 log TCID50/mL), 6.32 × 101 TCID50/mL (1.801 log TCID50/mL), and 6.32 × 101 TCID50/mL (1.801 log TCID50/mL) at irradiation times of 5, 10, and 20 s, respectively. Collectively, these data confirm a viral reduction rate of > 99.99% at 30 cm/20 s, 20 cm/10 s, and 20 cm/20 s. At 10 cm, viral titers were 7.80 × 101 TCID50/mL (1.884 log TCID50/mL) and 6.32 × 101 TCID50/mL (1.801 log TCID50/mL) at irradiation times of 2 and 4 s, both translating to a viral reduction rate of > 99.99%./p> 10 mJ/cm2 produced a 99.99% viral reduction. In case of the 20 cm/5 s condition, the calculated dose of 10 mJ/cm2, which is the same as determined for the 50 cm/30 s condition, showed ≥ 99.96% viral reduction, which is slightly lower than the 99.99% standard reduction. Therefore, we conclude that a UV dose of > 10 mJ/cm2 is required for a stable viral reduction of > 99.99%./p> 30 s, 30 cm with 20 s irradiation, 20 cm with 10 s irradiation, and 10 cm with 2 s irradiation. Collectively, these results reveal that a distance of 10–20 cm is ideal for rapid (< 10 s) viral eradication. According to our calculations, a UV dose of > 10 mJ/cm2 resulted in 99.99% reduction of the virus. Overall, we conclude that the distance of 10–20 cm between the UVC source and the virus contaminated surface, an exposure time of < 10 s, and a UV dose of > 10 mJ/cm2 are the ideal conditions for effective SARS-CoV-2 eradication./p>

Новости