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El nitruro de silicio muestra capacidad potente de la neutralización SARS-CoV-2

Un nuevo estudio publicado en el bioRxiv* del servidor de la prueba preliminar muestra en agosto de 2020 que el nitruro de silicio compuesto artificial, que se utiliza en implantes médicos y altos usos mecánicos de la ingeniería del funcionamiento, es capaz de desactivar el coronavirus 2 (SARS-CoV-2) de la neumonía asiática en las concentraciones diversas sin causar citotoxicidad de la célula. Esto que encuentra se debe investigar para desarrollar desinfectantes para autorizar el virus de las superficies, previniendo su extensión.

Transmisión viral vía el aire, Fomites, y superficies

Los virus se saben para extenderse vía fomites y superficies contaminadas. Esta ruta de la transmisión es de interés cuando estas superficies ocurren en ambientes apretados donde están probables los individuos infectados estar presentes en la alta densidad. Esto incluye escuelas, las clínicas de reposo, y los hospitales, y los centros de guardería.

El estornudo, toser, el canto, y tocar de los instrumentoes de viento se han asociado a la transmisión del aerosol de virus respiratorios tales como SARS-CoV-2. No obstante, el hecho sigue siendo que la contaminación de manos y de superficies por las gotitas respiratorias es una razón importante de la extensión que continúa del virus. Esto está atrayendo la atención intensa hoy pues COVID-19 ha logrado a la comunidad extendida en muchos apuroses en todo el mundo.

Se establece que los virus son capaces de sobrevivir largo plazo en muchas superficies. El coronavirus patógeno anterior SARS-CoV, que era responsable del brote 2002*2004 de neumonía asiática, fue encontrado para sobrevivir para hasta 9 días en suspensión, y 6 días en el estado secado. Otro coronavirus patógeno, HuCoV-229E, que es responsable de infecciones respiratorias superiores en seres humanos, se ha encontrado para vivir por hasta 5 días en una variedad de superficies, del cristal al acero inoxidable.

El virus actual, SARS-CoV-2, también ha estado vivo descubierto en hasta 72 horas en el plástico, el cobre, y la cartulina, y por hasta 7 días en las máscaras quirúrgicas. Así, la necesidad de un método superficial efectivo de la desinfección está prensando.

Una reseña ilustrada del método de pruebas antivirus.
Una reseña ilustrada del método de pruebas antivirus.

Desinfección de superficies

Las diversas tecnologías se han utilizado, incluyendo desinfectantes, la irradiación, y el uso de los metales como el cobre, el cinc, el hierro, y la plata, que desactivan rápidamente virus. Las aleaciones de cobre, por ejemplo, se utilizan para crear superficies antimicrobianas en instalaciones de atención sanitaria y para reducir la incidencia de infecciones nosocomiales.

Los desinfectantes encontrados para ser efectivos en esta situación incluyen las composiciones de amonio de cuaternario como el cloruro de amonio. Éstos rompen el envolvente protector del lípido del virus y lo desactivan así. Estas composiciones por lo tanto se utilizan para limpiar superficies de la atención sanitaria y para quitar partículas virales persistentes.

Los implantes espinales del nitruro de silicio muestran índices de infección muy inferiores

El estudio actual se centra en el nitruro de silicio, Si3N4, que es un de cerámica del no-óxido usado bajo aprobación del FDA para la cirugía espinal del implante. Tales dispositivos han mostrado que los resultados a largo plazo son excelentes cuando el nitruro de silicio se utiliza para lumbar y la fusión cervical, comparada a otros biomateriales usados en situaciones similares como el hueso injerta, titanio, y polyetheretherketone.

En un ambiente acuoso, los implantes espinales del nitruro de silicio se hidrolizan de la superficie, liberando el amoníaco en el nivel microscópico. Esta molécula entonces se convierte en el amonio, el óxido nitroso, y las especies reactivas del nitrógeno, que suprimen el incremento y la proliferación de bacterias. Ésta es quizás la razón de las propiedades antibacterianas intrínsecas de esta composición, y porqué su uso en implantes espinales se asocia a una incidencia más inferior de infecciones bacterianas, tan bajo como 0,006%, en contraste con los otros biomateriales que tienen tan arriba una incidencia de la infección como el ~3% al 18%.

Actividad Virucidal de Si3N4

Cuando los virus fueron expuestos a una solución acuosa del nitruro de silicio, desactivó virus como el virus de gripe H1N1, el enterovirus y el calicivirus felino. Papeles anteriores denunciaron que el nitruro de silicio en la suspensión acuosa también desactiva SARS-CoV-2 así como los iones de cobre. Sin embargo, una ventaja importante es que el nitruro de silicio no es citotóxico a las células mamíferas, a diferencia de cobre.

Los investigadores en el estudio actual intentado para determinar que la exposición al nitruro de silicio no sería tóxica a las células mamíferas in vitro sino desactivaría el virus en un dependiente del régimen en la duración y la dosis de la exposición.

Si3N4 no afecta a viabilidad de la célula

Encontraron que cuando utilizaron suspensiones del nitruro de silicio en 5, 10, 15, y el 20% (peso/volumen), en las células de Vero en cultura, allí no eran ninguna diferencia en viabilidad de la célula en 24 o 48 horas después de la exposición en ninguna concentración excepto con el más alto. De hecho, la viabilidad de la célula perfeccionó por el cerca de 10% en 48 horas después de ser expuesto hasta las suspensiones del 5% y del 10% por 10 minutos. Esto sugiere un efecto estimulante del nitruro de silicio sobre incremento o metabolismo de la célula.

En el peso/volumen del 20%, la viabilidad de la célula mostró una pequeña disminución, del cerca de 10%, en 48 horas después de ser expuesto al nitruro de silicio.

Si3N4 desactiva SARS-CoV-2

Los investigadores también encontraron que en las mismas concentraciones, exposición del nitruro de silicio desactivación causada de SARS-CoV-2, según lo evaluado por análisis de la placa. Esos virus que fueron expuestos a los ambientes del cultivo celular mostraron 4,2 x 103 PFU/mL. En cambio, todas las concentraciones de Si3N4 redujeron títulos virales a los fragmentos diversos. En un minuto de exposición a una suspensión del 5%, el título viral fue hacia abajo por 0,8 log10, con una suspensión del 10% por 1,2 log10, en el 15% por 1,4 log10, y con una suspensión del 20% por 1,7 log10. La misma tendencia fue observada en 5 y 10 minutos.

Esta reducción en título viral corresponde hasta la inhibición del 85%, del 93%, del 96% y del 98% de partículas virales en las suspensiones del 5%, del 10%, del 15% y del 20%, respectivamente. La inhibición es casi 100% cuando la exposición se continúa para duraciones más largas y en concentraciones más altas, tales como 10 minutos en el peso/volumen del 20%.

Así, los investigadores observan, Si3N4 tienen un efecto inhibitorio fuerte sobre la proliferación SARS-CoV-2 pero ningún efecto citotóxico sobre las células mamíferas.

Implicaciones

Los investigadores dicen que estas conclusión son notables puesto que un único minuto de exposición a una solución del 5% del nitruro de silicio reduce el número de partículas virales activas por el 85%. No obstante, la célula se afecta como mínimo incluso 48 horas después de la exposición en una concentración del 20% de la substancia. Esto está de acuerdo con la investigación anterior que muestra que ese Si3N4 tiene un “efecto doble notable” en que no sólo produce la desactivación viral pero también suprime la formación de biofilm bacteriano, pero que pasa sin las células mamíferas.

Es también concordante con otro estudio reciente que muestre el virus que se desactivará rápidamente por la exposición hasta el nitruro de silicio del 15%, así como otros datos que se relacionen esto con los efectos antivirus de Si3N4 sobre un alcance de los virus de una sola fila del ARN también, como se mencionó anteriormente.

Esto sugiere un espectro de usos, tales como tejidos que se convierten para el equipo protector personal como máscaras y superficies en items común-tocados de los muebles.

Mecanismo de la desactivación viral

Los investigadores sugieren varias acciones antivirus de Si3N4, tales como la capacidad del material de liberar el amoníaco liberado a un régimen lento y controlado de la superficie. Esto da lugar a las especies reactivas del nitrógeno que hacen fragmentos del ARN viral.

En segundo lugar, el amoníaco también da lugar a electrones libres y a silanols con una carga negativa excesiva en soluciones acuosas.

En tercer lugar, la superficie del nitruro de silicio lleva los grupos aminados protonated, Si-NH3+, que son similares al extremo de la lisina de la N-terminal del virus, NH3 de la c. Esto podía llevar al atascamiento competitivo del virus a este material y a su desactivación subsiguiente.

El nitruro de silicio tiene varias características superiores sobre otras superficies antimicrobianas potenciales en que continúa ofrecer actividad antivirus continua debido a estas reacciones hidrolíticas que ocurren en su superficie, bastante que una única acción desinfectante que requiera usos relanzados y meticulosos. También, aunque el cobre se sabe para tener actividad virucidal potente, es también tóxico a las células. Por otra parte, los implantes Si3N4 han sido funcionando por años con tolerancia acertada en el cuerpo humano.

Finalmente, Si3N4 es un material altamente versátil. Se ha utilizado en forma sinterizada para hacer los polímeros, los cristales bioactivos, y otra cerámica y capas compuestas que ascienden incremento del hueso y conservan sus propiedades antibacterianas.

A pesar de estas ventajas obvias, el estudio es limitado por el uso de Si3N4 dopado pulverizado bastante que el material real de la implante-pendiente. Así, la investigación adicional se requiere para demostrar que cuando está utilizado como parte de un material o de una capa, tal como pintura, metal, tejido, o de cerámica, continúe conservar actividad del virucide.

Para cada uso, el proceso químico que es la base de la elución del amoníaco y de su conversión en composiciones virucidal necesitará la optimización. Los ajustes se pueden también requerir aumentar el índice de baja de estas composiciones alterando la composición de esta forma dopada de Si3N4, para aumentar su eficacia contra virus y bacterias y su seguro a las células huesped.

Finalmente, es todavía no entendible si las suspensiones acuosas son verdad necesarias o el contacto físico simple con las partículas Si3N4 es suficiente para desactivar el virus - o ambos se requieren en unísono.

Los investigadores resumen, “mientras que Si3N4 no es conveniente para la ingestión o la inhalación, su actividad antivirus, que no se limita a SARS-CoV-2, sugieren que puede ser una plataforma fortuita para dirigir superficies y el equipo protector personal para desalentar persistencia viral, y de tal modo controlan la extensión de COVID-19 y de otras enfermedades.”

Advertencia *Important

el bioRxiv publica los partes científicos preliminares que par-no se revisan y, por lo tanto, no se deben mirar como concluyentes, conduce práctica clínica/comportamiento relativo a la salud, o tratado como información establecida.

Journal reference:
Dr. Liji Thomas

Written by

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.

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