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salute

Nanotecnologie contro Covid-19

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da Regis Barille, Università di Angers

Nell'attuale contesto di crisi sanitaria, le tecnologie su scala nanometrica (nanotecnologie) possono essere utilizzate per combattere il virus. Hanno un enorme potenziale nella diagnosi, nel trattamento e nella prevenzione del Covid-19.

Le nanotecnologie possono aiutare a combattere il Covid-19 attraverso diversi approcci: osservare i virus utilizzando strumenti la cui risoluzione è adattata alle dimensioni del virus e rimuovere la contaminazione virale.

In particolare da:

  • La progettazione di dispositivi di protezione individuale (DPI) a prova di infezioni per migliorare la sicurezza degli operatori sanitari e lo sviluppo di disinfettanti antivirali efficaci e rivestimenti superficiali in grado di inattivare il virus e prevenirne la diffusione.
  • La progettazione di nanosensori altamente specifici e sensibili per identificare rapidamente infezioni o risposte immunologiche.
  • Lo sviluppo di nuovi farmaci, con attività migliorata, tossicità ridotta e rilascio prolungato, nonché tessuti bersaglio, ad esempio, per i polmoni.
  • Lo sviluppo di una vaccinazione basata sulla nanotecnologia per stimolare le risposte immunitarie umorali e cellulari.

Utilizzo delle nanotecnologie per il rilevamento e la diagnostica dei virus

È difficile immaginare come sia possibile visualizzare questi virus. Innanzitutto c'è in fisica uno strumento molto utile per andare a sondare oggetti di dimensioni nanometriche, è il microscopio a forza atomica (Microscopio a forza atomica).

Il principio si basa su una punta di silicio alta da 7 a 15 nanometri (nm), che consente la scansione della superficie a contatto. 1 nm corrisponde a 1 metro diviso per 1 miliardo e 1 miliardo corrisponde a contare 30 anni ogni secondo. Gli spostamenti vengono misurati con un laser che si riflette sulla superficie della punta e che misura le variazioni delle topografie utilizzando un fotodiodo la cui superficie è divisa in 4 quadranti. Le informazioni vengono quindi elaborate dall'elettronica per ricostruire un'immagine. Un altro utilizzo di questo microscopio è premere sulla superficie e osservare come la punta scava nel materiale. In questo modo, misuriamo la forza necessaria per premere. Queste informazioni vengono utilizzate per ottenere la durezza del materiale.

Misure presso l'AFM del virione SARS-CoV-2 sono stati prodotti. Il virione è la particella virale composta da un acido nucleico e da un involucro protettivo, presenta una spazzola dinamica sulla superficie grazie alla flessibilità e al rapido movimento delle proteine ​​in punta. Questi virioni sono molto flessibili e in grado di recuperare da disturbi meccanici significativi. La superficie del virione diventa gradualmente priva di picchi in seguito all'esposizione termica. La misurazione AFM del virione fornisce un'altezza di 62 nm. Il numero di spike che ricoprono la superficie è di circa 61 (350 per il virus influenzale) ma questo numero è variabile durante il processo di maturazione nella cellula infetta e sono soprattutto molto dinamici. La loro altezza è di circa 13 nm e sono separati da 21 nm.

Un altro tipo di strumento che utilizza la nanotecnologia sono le piattaforme di biosensori basate sulla risonanza plasmonica di superficie (SPR) (quella che dà il colore del vetro colorato nelle cattedrali). Questa tecnica ottica altamente sensibile rileva i cambiamenti nell'indice di rifrazione che si verificano all'interfaccia di uno strato sottile di un metallo di pochi nanometri di spessore, rendendo possibile il monitoraggio delle interazioni biochimiche in tempo reale. Il sensore è in grado di misurare qualsiasi variazione degli indici sulla superficie dello strato metallico su altezze di pochi nanometri.

The Surface Plasmon / Clément Chauvin.

Sulla base delle prestazioni di successo dei biosensori basati su SPR, è stato migliorato un dispositivo segnalato di recente per SARS-CoV-2. È stato possibile rilevare variazioni dell'indice di rifrazione di poche decine di milionesimi. Altri biosensori con un principio simile di risonanza plasmonica e utilizzando il riscaldamento di particelle metalliche sulla superficie sono stati in grado di ottenere un limite di rilevamento inferiore fino a una concentrazione di 0,22 pico-Mole.

Disinfezione di superfici e dispositivi di protezione individuale

Risultati sperimentali recentemente pubblicato sulla stabilità del SARS-CoV-2 ha mostrato una maggiore persistenza su superfici lisce rispetto a superfici porose: 2 giorni su acciaio inossidabile e 3 giorni su una superficie plastica. D'altra parte, nessun virus infettivo è stato recuperato dopo 3 ore di incubazione su carta da stampa e seta, e dopo un giorno su cartone e 2 giorni su tessuto. Lui ha stato più mostrato che l'effetto della porosità superficiale con pori di pochi nanometri è un fattore.

La disattivazione più rapida osservata sui materiali porosi potrebbe essere correlata a una più rapida essiccazione del virus, poiché l'acqua condensata può essere scaricata dal virus alla superficie porosa circostante. Inoltre, le superfici delle fibre possono anche comprimere meccanicamente le goccioline essiccate e potenzialmente distorcere e danneggiare le particelle virali all'interno.

Trovare materiali in grado di uccidere batteri e virus al contatto è fondamentale per prevenire la diffusione del contagio. I polimeri possono essere dotati di proprietà antimicrobiche mediante l'aggiunta di agenti biocidi con conseguente superfici sterili permanenti. Anche le superfici in argento o rame sono note fin dall'antico Egitto per le loro attività antibatteriche e antivirali. Un meccanismo chiave di questi metalli è il lento rilascio di cationi Cu2 + e Ag + sulla superficie, che possono danneggiare la membrana e i nucleotidi dei virus. Recentemente sono state dimostrate le proprietà antibatteriche e antivirali delle superfici in alluminio nanostrutturate ispirate all'architettura delle ali degli insetti.

Il problema dell'infezione aerea attraverso la circolazione di SARS-CoV-2 negli aerosol, in particolare nei luoghi pubblici e nei WC. La nanotecnologia consente di produrre nanoparticelle di rame o argento e anche di incorporarle su superfici, tessuti di dispositivi di protezione (DPI) e filtri per aria e acqua per l'inattivazione in situ di agenti patogeni filtrati, riducendo così al minimo il rischio di manomissione del filtro limitandone trasmissione nell'ambiente.

La virucidità delle nanoparticelle dipende innanzitutto dalle loro proprietà fisiche quali dimensioni ridotte, elevata area superficiale specifica e carica superficiale, che consentono rispettivamente la penetrazione nella membrana, il forte assorbimento della carica antivirale e il legame. In secondo luogo, hanno importanti proprietà biomimetiche per il legame alle particelle virali o alle cellule ospiti. Le nanoparticelle possono anche incapsulare le risorse antivirali e rilasciare il carico utile nel sito desiderato, migliorando il dosaggio del farmaco, la biodisponibilità, il tempo di circolazione e la stabilità.

Come i filtri dell'aria, le membrane per il trattamento dell'acqua svolgono un ruolo importante nella disinfezione degli effluenti ospedalieri e dell'acqua potabile contaminata da batteri e virus. I sistemi di filtraggio avanzati possono contenere nanoparticelle metalliche antimicrobiche con metalli di transizione (Ag, Cu, CuO, Zn, Fe (II), ecc.) Ma anche altri nanomateriali di carbonio come carbone attivo, punti quantici di carbonio (CQD) '' (poche decine di nanometri), nanodiamanti (ND), nanotubi di carbonio a parete singola o multipla (MWCNT o SWCNT), grafene e ossido di grafene (GO).

I semiconduttori sono una classe interessante di materiali per combattere le infezioni virali perché possono produrre radicali che uccidono i virus attraverso l'interazione con la luce. Questo processo è comunemente indicato come inibizione fotodinamica (PDI) di virus e altri microbi ed è attivato sia da nanoparticelle semiconduttrici inorganiche che da composti fotosensibilizzanti organici (PS). Queste interazioni possono potenzialmente danneggiare i componenti del virus come la membrana, le proteine ​​e il DNA / RNA.

Terapia fotodinamica spiegata da frutta e verdura / Epinoia Prod.

I fotosensibilizzatori inorganici come le nanoparticelle semiconduttrici sotto forma di ossido di metallo TiO2, ZnO, SnO2, ZnO2, ZrO2, punti quantici CdS e CdSe / ZnS (QD) mostrano forti proprietà fotocatalitiche con effetti biocidi su germi, batteri, funghi e virus. Le applicazioni target di questi composti sono duplici: disinfezione delle acque reflue e impregnazione di superfici solide e tessili per l'auto-igiene.

La nanotecnologia è un potente strumento multidisciplinare che offre strategie che possono dare un contributo significativo alla promozione di progetti di ricerca in tutto il mondo contro questa malattia infettiva mortale che è il Covid-19.The Conversation

Regis Barille, Professore di fisica all'Università di Angers, Università di Angers

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto licenza Creative Commons. Leggi ilarticolo originale.

 

© Foto dell'illustrazione: microscopio a forza atomica. Brookhaven National Laboratory Segui / Flickr

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