La pandémie COVID-19 en cours a fait du port de masques et d'autres équipements de protection individuelle (EPI) la nouvelle norme pour réduire la propagation du virus du syndrome respiratoire aigu sévère coronavirus 2 (SRAS-CoV-2) dans l'air et réduire le risque d'infection .
La rareté mondiale de la disponibilité des masques N-95 a déclenché l'utilisation de masques en tissu à grande échelle. Il existe également un besoin urgent de kits EPI et de masques faciaux plus préventifs, car le COVID-19 est très contagieux, même avant l'apparition des symptômes.
Pour répondre à ce besoin, des chercheurs italiens en nanotechnologie ont suggéré d'utiliser du graphène bidimensionnel pour améliorer les kits d'EPI existants. Leur recherche est publiée sur le serveur de pré-impression medRxiv*.
Le graphène et ses dérivés ont suscité un grand intérêt ces dernières années en raison de leur interaction avec les microorganismes. L'augmentation de la surface spécifique du graphène vierge, une feuille d'atomes de carbone avec l'arrangement hexagonal, se lie aux virus en utilisant une liaison hydrogène, une interaction électrostatique ou des réactions redox. La présence de groupes oxygène sur l'oxyde de graphène rend la surface hydrophile et stimule l'interaction avec les molécules organiques. Les dérivés du graphène sont également capables de détruire la membrane SARS-CoV-2 par adsorption de lipides chargés.
Sommaire
Fonctionnalisation du graphène
Les chercheurs ont d'abord étudié la capacité de l'oxyde de graphène (GO) en solution à se lier et à piéger les particules virales du SRAS-CoV-2 en incubant ~ 105 particules virales / ml avec des concentrations croissantes de GO pendant 2 heures. Après l'incubation, les solutions ont été centrifugées et les surnageants ont été utilisés pour incuber les cellules VERO (ATCC CCL-81) afin de mesurer l'infectivité du virus. L'incubation des particules virales du SRAS-CoV-2 en suspension avec GO a considérablement réduit l'infectivité virale, même à la concentration la plus faible de GO (0,06 mg / mL), comme en témoigne une diminution de l'effet cytopathique du virus et une augmentation de la survie cellulaire.
GO a également réduit de manière significative la charge des particules virales évaluée par marquage immunofluorescent avec un anticorps anti-SARS-CoV-2 spike protein et une cytotoxicité cellulaire réduite telle que mesurée par la coloration au cristal violet et la libération de lactate déshydrogénase (LDH) dans le surnageant. Ces données démontrent que le GO soluble dans l'eau interagit avec les particules virales du SRAS-CoV-2 et réduit l'infectivité virale dans le modèle de virus vivant in vitro du SRAS-CoV-2. Ils ont découvert qu'une faible concentration d'oxyde de graphène en suspension réduisait les cellules d'invasion du virus.
L'oxyde de graphène (GO) piège le virus SARS-CoV-2 et prévient l'infection. (A) Une représentation schématique de la conception expérimentale pour évaluer la capacité de GO à piéger le virus en solution est montrée. Un isolat clinique du SRAS-CoV-2 a été mis en suspension dans une solution saline tamponnée au phosphate (PBS) à ~ 105 particules virales / mL et incubé avec des concentrations croissantes de GO (0,06, 0,12, 0,25 et 0,5 mg / mL) ou sans GO (non traité ) comme contrôle positif. Deux heures plus tard, GO a été éliminé par centrifugation et les surnageants ont été utilisés pour infecter les cellules Vero. La viabilité cellulaire a été surveillée quotidiennement et des images représentatives ont été prises 72 h après l'infection par microscopie optique (B) pour visualiser la densité cellulaire ou (C) microscopie fluorescente après marquage immunofluorescent des cellules avec un anticorps anti-viral spike (S). (D) La viabilité cellulaire a également été testée avec une coloration au cristal violet. (E) Fluorescence et (F) des images de coloration au cristal violet ont été analysées à l'aide du logiciel ImageJ pour quantifier les cellules infectées et la cytotoxicité, respectivement. (G) La lactate déshydrogénase (LDH) a été quantifiée dans les surnageants cellulaires pour mesurer la cytotoxicité médiée par le SRAS-CoV-2. Les données ont été représentées sous forme de moyenne avec écart-type. Toutes les expériences ont été analysées en utilisant des tests ANOVA à un facteur suivis de la correction de Tukey (p <0,05 = *; p <0,01 = **; p <0,001 = ***).
Le piégeage du virus et la charge virale minimisée à l'aide d'oxyde de graphène empêchent l'entrée du virus SARS-CoV-2 qui suggère une application potentielle dans les kits EPI.
Suite à cela, l'efficacité de la fonctionnalisation graphène et GO sur différents matériaux PPE à la fois en coton et en polyuréthane a été étudiée.
L'incorporation de graphène et de GO dans les matériaux de coton et de polyuréthane lors de l'incubation de la suspension virale lorsqu'elle est incubée directement ou à travers un milieu filtré a contribué à une diminution remarquable de l'infectivité virale, ont déclaré les chercheurs.
La recherche a également montré que la fonctionnalisation du graphène et du GO réduisait également la propagation des bactéries après avoir comparé les matériaux de masque chirurgical standard avec les matériaux intégrés au graphène.
Après avoir visualisé la fonctionnalisation des nanomatériaux sous microscopie électronique à balayage (SEM) sur des matériaux en coton et en polyuréthane, l'équipe estime que le graphène et le GO sont des matériaux EPI très pertinents.
Les chercheurs ont testé la capacité des cellules à survivre et à rester inchangées en présence de graphène et de matériaux GO. Ils ont découvert que le graphène et le GO ne sont pas toxiques pour les cellules. Comme le virus SRAS-CoV-2 est connu pour être excrété par des patients infectieux, GO propose des applications prospectives dans les usines de traitement des eaux usées pour réduire la propagation du virus dans l'environnement. La capacité des matériaux fonctionnalisés au graphène à se lier aux acides nucléiques et aux microorganismes permet d'identifier des biomarqueurs pour la prédiction du COVID-19 et le développement d'outils de diagnostic rapide.
Masques faciaux
Trois couches sont utilisées dans la conception des masques chirurgicaux pour une protection optimale. La première couche est destinée à l'absorption de la sueur et d'autres gouttelettes, la deuxième couche polaire pour retenir les micro-organismes dans le masque et la troisième couche non polaire pour arrêter la fuite de fluide vers l'environnement extérieur. Le graphène est bien adapté aux matériaux EPI car il peut piéger les fluides dans l'environnement extérieur en raison de sa nature non polaire.
Balayage d'images au microscope électronique (SEM) de matériaux fonctionnalisés graphène (G) et oxyde de graphène (GO). Images SEM représentatives de coton, coton + G et coton + GO à 60X (A, B et C, respectivement), 100 X (D, E et F, respectivement) et 750X (G, H et I, respectivement) sont indiqués. Des images similaires sont présentées pour PU, PU + G et PU + GO à 60X (J, K et L, respectivement), 100X (M, N et O, respectivement) et 750X (P, Q et R, respectivement) ).
Conclusion
Avec l'utilisation répandue de masques faciaux pendant la pandémie de COVID-19, les matériaux EPI fonctionnalisés au graphène peuvent aider à réduire la propagation du virus et à bloquer l'infection. La fonctionnalisation au graphène dans les matériaux EPI offre une large possibilité d'augmenter l'efficacité des masques faciaux, contribuant ainsi à la mission universelle d'arrêter la propagation du COVID-19. Le graphène et ses nanomatériaux associés offrent un potentiel significatif pour aider à lutter contre la pandémie mondiale avec de nombreuses applications allant des kits EPI aux traitements des eaux usées et aux nouvelles stratégies de diagnostic.
*Avis important
medRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas examinés par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, orienter la pratique clinique / les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.
Référence du journal:
- La fonctionnalisation des nanoplaquettes de graphène et de l'oxyde de graphène des matériaux des masques faciaux inhibe l'infectivité du SRAS-CoV-2 piégé Flavio De Maio, Valentina Palmieri, Gabriele Babini, Alberto Augello, Ivana Palucci, Giordano Perini, Alessandro Salustri, Marco De Spirito, Maurizio Sanguinetti, Giovanni Delogu , Laura Giorgia Rizzi, Giulio Cesareo, Patrick Soon-Shiong, Michela Sali, Massimiliano Papi medRxiv 2020.09.16.20194316; doi: https://doi.org/10.1101/2020.09.16.20194316, https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2020.09.16.20194316v2
