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Le nitrure de silicium montre la capacité efficace de la neutralisation SARS-CoV-2

Une étude neuve publiée sur le bioRxiv* de serveur de prétirage prouve en août 2020 que le nitrure de silicium composé fabriqué par l'homme, qui est employé dans les implants médicaux et les applications mécaniques élevées de bureau d'études de rendement, est capable d'inactiver le coronavirus 2 (SARS-CoV-2) de syndrôme respiratoire aigu sévère aux concentrations variables sans entraîner la cytotoxicité de cellules. Ceci qui trouve devrait être vérifié pour développer des antiseptiques pour libérer le virus des surfaces, évitant son écart.

Transmission du virus par l'intermédiaire d'air, de Fomites, et de surfaces

Des virus sont connus pour écarter par l'intermédiaire des fomites et des surfaces contaminées. Cette voie de la transmission est concernée quand ces surfaces se produisent dans les environnements serrés où les personnes infectées sont susceptibles d'être présentes à la haute densité. Ceci comprend des écoles, des maisons de repos, et des hôpitaux, et des services de garderie.

L'éternuement, la toux, le chant, et le jeu des instruments de vent ont été associés à la boîte de vitesses d'aérosol des virus respiratoires tels que SARS-CoV-2. Toujours, le fait demeure que la contamination des mains et des surfaces par les gouttelettes respiratoires est un motif important de l'écart continu du virus. Ceci attire une attention forte aujourd'hui car COVID-19 a réalisé la communauté étendue dans beaucoup de hotspots autour du monde.

On le détermine que les virus sont capables de survivre le long terme sur beaucoup de surfaces. Le coronavirus pathogène plus tôt Radars à ouverture synthétique-CoV, qui était responsable de la manifestation 2002*2004 de syndrôme respiratoire aigu sévère, s'est avéré pour survivre pour jusqu'à 9 jours en suspension, et 6 jours dans la condition sèche. Un autre coronavirus pathogène, HuCoV-229E, qui est responsable des infections des voies respiratoires supérieures chez l'homme, s'est avéré pour vivre pendant jusqu'à 5 jours sur un grand choix de surfaces, de glace à l'acier inoxydable.

Le virus actuel, SARS-CoV-2, a également été sous tension trouvé à jusqu'à 72 heures sur le plastique, le cuivre, et le carton, et pendant jusqu'à 7 jours sur les masques chirurgicaux. Ainsi, le besoin de méthode extérieure efficace de désinfection appuie.

Une synthèse imagée de la méthode d
Une synthèse imagée de la méthode d'essai antivirale.

Désinfection des surfaces

Des technologies variées ont été employées, y compris des antiseptiques, l'irradiation, et l'utilisation des métaux comme le cuivre, le zinc, le fer, et l'argent, qui inactivent rapidement des virus. Des alliages de cuivre, par exemple, sont employés pour produire les surfaces antimicrobiennes dans des dispensaires et pour réduire l'incidence des infections nosocomial.

Les antiseptiques avérés efficaces dans cette situation comprennent les composés d'ammonium quaternaire comme le chlorure d'ammonium. Ceux-ci perturbent l'enveloppe protectrice de lipide du virus et l'inactivent ainsi. Ces composés sont pour cette raison employés pour nettoyer des surfaces de santé et pour retirer les particules virales persistantes.

Les implants spinaux de nitrure de silicium montrent des taux d'infection très inférieurs

L'étude actuelle se concentre sur le nitrure de silicium, Si3N4, qui est un céramique de non-oxyde utilisé sous l'approbation de FDA pour la chirurgie spinale d'implant. De tels dispositifs ont prouvé que les résultats à long terme sont excellents quand le nitrure de silicium est employé pour la fusion lombaire et cervicale, comparé à d'autres biomatériaux utilisés dans les situations assimilées comme les greffons osseux, le titane, et le polyetheretherketone.

Dans un milieu aqueux, les implants spinaux de nitrure de silicium sont hydrolysés de la surface, relâchant l'ammoniaque au niveau microscopique. Cette molécule est alors convertie en ammonium, protoxyde d'azote, et substances réactives d'azote, qui suppriment l'accroissement et la prolifération des bactéries. Ce contraste peut-être la raison des propriétés antibactériennes intrinsèques de ce composé, et pourquoi son utilisation dans des implants spinaux est associée à une incidence plus limitée des infections bactériennes, aussi bas que 0,006%, avec les autres biomatériaux qui ont aussi élevé une incidence de l'infection que ~3% à 18%.

Activité Virucidal de Si3N4

Quand des virus ont été exposés à une solution aqueuse de nitrure de silicium, elle a inactivé des virus comme le virus de la grippe H1N1, l'entérovirus et les calicivirus félins. Papiers en avance rapportés que le nitrure de silicium dans la suspension aqueuse inactive également SARS-CoV-2 ainsi qu'ions de cuivre. Cependant, un avantage important est que le nitrure de silicium n'est pas cytotoxique aux cellules mammifères, à la différence de cuivre.

Les chercheurs dans l'étude actuelle essayée pour déterminer que l'exposition au nitrure de silicium ne serait pas toxique aux cellules mammifères in vitro mais inactiverait le virus à une personne à charge de régime sur la durée et la dose d'exposition.

Si3N4 n'affecte pas la viabilité de cellules

Ils ont constaté que quand ils ont employé des suspensions de nitrure de silicium à 5, 10, 15, et 20% (poids/volume), sur des cellules de Vero dans la culture, là n'était aucune différence dans la viabilité de cellules à 24 ou 48 heures après exposition à n'importe quelle concentration excepté avec le plus élevé. En fait, la viabilité de cellules s'est améliorée environ de 10% à 48 heures après avoir été exposé aux suspensions de 5% et de 10% pendant 10 mn. Ceci propose un effet stimulatoire de nitrure de silicium sur la croissance des cellules ou le métabolisme.

Au poids/volume de 20%, la viabilité de cellules a montré un petit déclin, environ de 10%, à 48 heures après avoir été exposé au nitrure de silicium.

Si3N4 inactive SARS-CoV-2

Les chercheurs ont également constaté qu'aux mêmes concentrations, exposition de nitrure de silicium inactivation entraînée de SARS-CoV-2, comme évalué par analyse de plaque. Ces virus qui ont été exposés aux medias de culture cellulaire ont montré 4,2 x 103 PFU/mL. En revanche, toutes les concentrations des titres Si3N4 viraux réduits jusqu'aux degrés variables. À une mn d'exposition à une suspension de 5%, le titre viral a été vers le bas assorti par 0,8 log10, avec une suspension de 10% par 1,2 log10, à 15% par 1,4 log10, et à une suspension de 20% par 1,7 log10. On a observé la même tendance à 5 et 10 mn.

Cette réduction de titre viral correspond à l'inhibition de 85%, de 93%, de 96% et de 98% des particules virales aux suspensions de 5%, de 10%, de 15% et de 20%, respectivement. L'inhibition est presque 100% quand l'exposition est prolongée pendant de plus longues durées et à des concentrations plus élevées, telles que 10 mn au poids/volume de 20%.

Ainsi, les chercheurs observent, Si3N4 n'exerce un effet inhibiteur intense sur la prolifération SARS-CoV-2 mais aucun effet cytotoxique sur les cellules mammifères.

Implications

Les chercheurs disent que ces découvertes sont remarquables puisqu'une seule minute d'exposition à une solution de 5% de nitrure de silicium réduit le nombre de particules virales actives de 85%. Toujours, la cellule est d'une façon minimum affectée même pendant 48 heures après exposition à une concentration en 20% de la substance. Ceci est conforme à la recherche antérieure qui montre que ce Si3N4 a un « double effet » remarquable parce qu'il produit non seulement l'inactivation virale mais supprime également la formation du film biologique bactérien, mais stocke les cellules mammifères.

Il est également concordant avec une autre étude récente qui montre le virus à inactiver rapidement par l'exposition au nitrure de silicium de 15%, ainsi que toute autre caractéristique qui associe ceci aux activités antivirales de Si3N4 sur une gamme des virus ARN monocatenaires aussi bien, comme mentionné ci-dessus.

Ceci propose un éventail des applications, telles que les tissus se développants pour l'équipement de protection personnel comme des masques et des surfaces sur les organes courant-touchés des meubles.

Mécanisme d'inactivation virale

Les chercheurs proposent plusieurs actions antivirales de Si3N4, telles que la capacité du matériau de relâcher l'ammoniaque relâchée à un régime lent et réglé de la surface. Ceci provoque les substances réactives d'azote qui réduisent l'ARN viral.

Deuxièmement, l'ammoniaque provoque également les électrons libres et les silanols avec une charge négative excessive dans les solutions aqueuses.

Troisièmement, la surface de nitrure de silicium transporte les groupes aminés protonated, Si-NH3+, qui sont assimilés à l'extrémité de lysine de N-terminal du virus, NH3 de c. Ceci a pu mener au grippement compétitif du virus à ce matériau et à son inactivation suivante.

Le nitrure de silicium a plusieurs caractéristiques supérieures au-dessus d'autres surfaces antimicrobiennes potentielles parce qu'il continue à offrir l'activité antivirale supportée à cause de ces réactions hydrolytiques ayant lieu sur sa surface, plutôt qu'une action désinfectante unique qui exigera des applications répétées et méticuleuses. En outre, quoique le cuivre soit connu pour avoir l'activité virucidal efficace, il est également toxique aux cellules. D'autre part, les implants Si3N4 ont été en service pendant des années avec la tolérance couronnée de succès au corps humain.

En conclusion, Si3N4 est un matériau hautement polyvalent. Il a été employé sous la forme agglomérée pour préparer les polymères, les glaces bioactives, et d'autres céramique et couches composées qui introduisent la croissance osseuse et maintiennent ses propriétés antibactériennes.

En dépit de ces avantages évidents, l'étude est limitée en employant Si3N4 dopé en poudre plutôt que le matériau réel d'implant-pente. Ainsi, davantage de recherche est exigée pour expliquer que quand utilisé en tant qu'élément d'un matériau ou d'une couche, telle que la peinture, le métal, le tissu, ou céramique, elle continuera à maintenir l'activité de virucide.

Pour chaque application, le procédé chimique étant à la base de l'élution de l'ammoniaque et de sa conversion dans les composés virucidal aura besoin d'optimisation. Des réglages peuvent également être exigés pour augmenter le régime du desserrage de ces composés en modifiant la composition de cette forme dopée de Si3N4, pour améliorer son efficacité contre des virus et des bactéries et sa sécurité aux cellules hôte.

En conclusion, il est encore peu clair si les suspensions aqueuses soient vraiment nécessaires ou le contact matériel simple avec les particules Si3N4 est assez pour inactiver le virus - ou les deux sont exigés à l'unisson.

Les chercheurs résument, « alors que Si3N4 n'est pas adapté pour la consommation ou l'inhalation, son activité antivirale, qui n'est pas limitée à SARS-CoV-2, propose que ce puisse être une plate-forme fortuite pour concevoir les surfaces et l'équipement de protection personnel pour décourager la persistance du virus, et contrôle de ce fait la propagation de COVID-19 et d'autres maladies. »

Avis *Important

le bioRxiv publie les états scientifiques préliminaires qui pair-ne sont pas observés et ne devraient pas, en conséquence, être considérés comme concluants, guident la pratique clinique/comportement relatif à la santé, ou traité en tant qu'information déterminée.

Journal reference:
Dr. Liji Thomas

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Dr. Liji Thomas

Dr. Liji Thomas is an OB-GYN, who graduated from the Government Medical College, University of Calicut, Kerala, in 2001. Liji practiced as a full-time consultant in obstetrics/gynecology in a private hospital for a few years following her graduation. She has counseled hundreds of patients facing issues from pregnancy-related problems and infertility, and has been in charge of over 2,000 deliveries, striving always to achieve a normal delivery rather than operative.

Citations

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