Dans une étude récente publiée dans PLoS ONE, les chercheurs ont développé des revêtements nanocomposites pour empêcher la contamination de surface par un coronavirus humain (HCoV).
Arrière plan
Des métaux tels que l’argent, le cuivre, l’oxyde de titane et le zinc sont toxiques pour les bactéries et les virus, même en petites quantités, et ont été utilisés comme agents antibactériens et antiviraux. Le cuivre a été le premier antimicrobien métallique reconnu par l’Environmental Protection Agency (EPA) des États-Unis. De plus, le cuivre pourrait être adsorbé sur les surfaces sous forme de nanoparticules (NP).
Les NP de cuivre incorporées dans un polymère ont été efficaces pour éliminer différentes infections bactériennes et virales. Deux mécanismes ont été proposés pour l’activité antivirale/antimicrobienne des NP de cuivre incorporées dans un polymère. Autrement dit, 1) les ions de cuivre sont libérés, migrent vers la surface et interagissent avec les bactéries/virus, ou 2) le contact direct entre les espèces de cuivre à la surface et les virus/bactéries adsorbés.
L’étude et les conclusions
Dans la présente étude, les chercheurs ont évalué la prévention de la contamination de surface par HCoV-OC43 à l’aide de revêtements nanocomposites à base de cuivre. L’efficacité antivirale des NP de cuivre et d’oxyde de cuivre (CuO) a été évaluée en les incorporant dans des polymères d’époxy et de polyméthacrylate de méthyle (PMMA).
Les NP ont été ajoutés à des solutions de polymères en différentes quantités pour préparer des suspensions allant de 1 % (p/p) à 20 %. Ceux-ci ont été enduits sur des surfaces inertes pour préparer des films. L’inactivation de HCoV-OC43 a été testée sur ces films en immobilisant le virus. Les surfaces ont été incubées avec un milieu de culture cellulaire qui a ensuite été ajouté à une culture de cellules HCT-8 pour quantifier l’activité virale.
Les cellules ont été collectées après deux jours (d’incubation) pour l’isolement de l’ARN et soumises à une réaction quantitative en chaîne par polymérase de transcription inverse (qRT-PCR). L’activité antivirale était évidente avec les deux NP. La quantité virale était légèrement supérieure à celle des échantillons témoins avec du PMMA vierge, mais l’ajout de 1 % de cuivre NP a réduit la quantité virale de 79 %.
L’augmentation de la concentration de cuivre a entraîné une diminution spectaculaire des niveaux de virus, avec une réduction de 98 % à 20 %. L’effet antiviral des NP CuO était similaire, mais la réduction de la charge virale était légèrement inférieure à celle des NP de cuivre. Il n’y avait aucun effet antiviral des NP CuO à une concentration de 1 %, et une réduction de 95 % ou plus de la charge virale s’est produite à des concentrations plus élevées (5 % ou 20 %).
La matrice à base de PMMA était beaucoup plus efficace pour réduire la quantité virale que le polymère époxy. Les auteurs ont caractérisé les films nanocomposites par spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS) pour déterminer pourquoi les polymères produisaient une activité antivirale différente lorsqu’ils étaient mélangés à des NP. L’analyse XPS a montré que CuO était présent sur la surface du PMMA mais absent sur la surface de l’époxy.
Cela a été confirmé par la microscopie électronique à balayage (SEM), qui a révélé l’agglomération des NP CuO sur la surface du PMMA, alors que la surface des films époxy manquait de NP. Par conséquent, la différence observée dans l’effet antiviral entre l’époxy et le PMMA pourrait résulter de la différence de teneur en NP à la surface du polymère.
L’équipe a incubé des surfaces revêtues dans de l’eau et les a analysées à l’aide de la spectroscopie plasma à couplage inductif. Les ions de cuivre n’ont pas été détectés dans le surnageant, ce qui suggère que l’effet antiviral était probablement le résultat d’un contact direct avec le virus, c’est-à-dire la mort par contact. Cela pourrait également expliquer pourquoi les surfaces à base de matrice époxy n’ont montré aucun effet antiviral.
La transparence optique d’un film recouvert de 5 % de NP CuO était de 98 %. Ensuite, ils ont testé le vieillissement de la solution de polymère NP. Une solution à base de PMMA de 5 % de NP de cuivre, de NP de CuO ou d’un mélange 1:1 (de NP de cuivre et de CuO) a été vieillie pendant sept jours à des cycles alternés de chauffage (pendant 12 heures) à 50 °C et de refroidissement à température ambiante .
Les solutions vieillies ont été utilisées pour préparer des revêtements de surface antiviraux et comparer l’efficacité antivirale des suspensions anciennes et fraîches. Les surfaces recouvertes de suspensions vieillies étaient moins efficaces que celles recouvertes de suspensions fraîches, bien que la différence soit statistiquement non significative. La quantité virale était une fois plus élevée en utilisant la suspension vieillie de NP CuO par rapport à la suspension fraîche mais négligeable avec les NP de cuivre.
Fait intéressant, le mélange 1: 1 des deux NP a produit une quantité virale inférieure à celle des NP individuels et a conservé l’activité antivirale même après le vieillissement. Ensuite, les expériences ont été répétées en utilisant un rétrovirus marqué à la protéine fluorescente verte (GFP) de la famille des Lentivirus. Le stock viral dilué a été ensemencé sur des surfaces revêtues de films nanocomposites.
Les surfaces ont été incubées dans un milieu de culture et ajoutées à une culture de lymphocytes T pour une incubation de 48 heures. Les cellules ont été collectées et soumises à un tri cellulaire activé par fluorescence (FACS). Le pourcentage de cellules infectées a diminué avec l’augmentation de la concentration de NPs. La surface revêtue de 5 % de CuO a provoqué une diminution des cellules infectées aux mêmes niveaux qu’avec les suspensions à 10 % ou 20 %.
conclusion
En résumé, le présent travail a montré une inactivation efficace de HCoV-OC43 à l’aide de composites polymères préparés avec des NP de cuivre et de CuO. De plus, ils ont également démontré l’effet générique des nanocomposites en testant avec un rétrovirus. L’efficacité de l’inactivation était basée sur la quantité de NP, le seuil étant de 5 %, et l’effet antiviral était probablement dû au mécanisme de « destruction par contact ».
