Περίληψη

Οι ιοί είναι υπερμοριακά σύμπλοκα υψηλής τάξης που έχουν εξελιχθεί για να εξαπλωθούν με την πειρατεία του μηχανισμού του κυττάρου ξενιστή. Οι ιοί είναι εξαιρετικά διαφορετικοί, εξαπλώνονται μέσω κυττάρων από όλα τα βασίλεια της ζωής, αλλά όλοι έχουν κοινές λειτουργίες και ιδιότητες. Ωστόσο, για να αξιοποιήσουμε καλύτερα τους ιούς και τα σωματίδια που μοιάζουν με ιούς, όπως ένα όχημα για στοχευμένη χορήγηση φαρμάκων ή ως δομικά στοιχεία στα ηλεκτρονικά, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε πρώτα τις βασικές ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά τους. Οι μηχανισμοί που επηρεάζουν τις ιδιότητες του ιού και οι προσεγγίσεις που στοχεύουν στη χρήση των χαρακτηριστικών των ιικών σωματιδίων παρουσιάζονται σε αυτήν την εκπαιδευτική ενότητα.

Λέξεις-κλειδιά/φράσεις: Κορωναϊοί, λειτουργικά νανοσωματίδια, Νανοσωματίδια που βασίζονται σε ιούς (ΙΝΣ)

1. Οι ιοί και η σημασία τους

1.1. Οι ιοί βρίσκονται σε όλο τον κόσμο

Οι ιοί ή οι μοριακές νανομηχανές μολύνουν όλες τις κυτταρικές μορφές ζωής, συμπεριλαμβανομένων των ευκαρυωτικών οργανισμών (σπονδυλωτά, ασπόνδυλα, φυτά και μύκητες) και προκαρυωτικών (βακτήρια). Η παρουσία ιών είναι ορατή σε ξενιστές που εμφανίζουν συμπτώματα ασθένειας. Πολλά υγιή είδη, από την άλλη πλευρά, είναι ξενιστές μη παθογόνων ιικών λοιμώξεων, μερικά από τα οποία είναι ενεργά ενώ άλλα είναι αδρανή. Επιπλέον, τα γονιδιώματα πολλών οργανισμών περιέχουν θραύσματα αρχαίων ιικών γονιδιωμάτων που έχουν ενσωματωθεί εδώ και πολύ καιρό στο γονιδίωμα του ξενιστή τους. Οι ιοί μπορούν να βρεθούν στο έδαφος, τον αέρα και το νερό και μπορούν να μολύνουν είδη που κατοικούν σε αυτά, εκτός από τους ξενιστές τους [10].

Υπάρχει ακόμα μια διαμάχη στη βιβλιογραφία σχετικά με το εάν οι ιοί είναι ζωντανοί ή μη. Η άποψη που αποφασίζεται καθορίζεται από το πώς ορίζεται η ζωή. Οι ιοί έχουν γονίδια, τα οποία διπλασιάζονται όταν μολύνουν κύτταρα, κάνοντας τους ιούς ζωντανούς με αυτή την έννοια. Ωστόσο, δεν είναι ίδιες με τις κυτταρικές μορφές ζωής. Όταν οι ιοί βρίσκονται έξω από τα κύτταρα-ξενιστές τους, υπάρχουν ως ιικά σωματίδια (virions), τα οποία είναι μη ζωντανά και άψυχα. [10].

Οι ιοί διαφέρουν από τα κύτταρα στο ότι πολλαπλασιάζονται με διαφορετικό τρόπο. Ένα νέο κύτταρο δημιουργείται πάντα από ένα προηγουμένως σχηματισμένο κύτταρο, αλλά ένα νέο ιοσωμάτιο δεν σχηματίζεται ποτέ από ένα προηγουμένως σχηματισμένο ιοσωμάτιο. Η διαδικασία αντιγραφής, η οποία λαμβάνει χώρα μέσα σε ένα κύτταρο ξενιστή και περιλαμβάνει τη σύνθεση συστατικών που ακολουθείται από τη συναρμολόγησή τους σε ιοσωμάτια, παράγει νέα ιοσωμάτια. Ως αποτέλεσμα, οι ιοί είναι παράσιτα που βασίζονται στους ξενιστές τους για την πλειονότητα των αναγκών τους, όπως δομικά συστατικά όπως αμινοξέα και νουκλεοσίτες, οργανίδια πρωτεϊνοσύνθεσης (ριβοσώματα) και ενέργεια ως τριφωσφορική αδενοσίνη.

Για να βελτιωθεί η αποτελεσματικότητα της διαδικασίας αναπαραγωγής, ένας ιός μεταβάλλει το ενδοκυτταρικό περιβάλλον του ξενιστή του. Η παραγωγή νέων μεμβρανικών δομών, η μειωμένη έκφραση των γονιδίων των κυττάρων ή η αύξηση μιας κυτταρικής διαδικασίας είναι παραδείγματα τροποποιήσεων. Μερικοί τεράστιοι φάγοι κωδικοποιούν πρωτεΐνες που αυξάνουν τη φωτοσύνθεση στα κύτταρα των φωτοσυνθετικών βακτηριακών ξενιστών τους, αυξάνοντας έτσι την παραγωγή ιών

1.2 Λόγοι για τη μελέτη των ιών

1.2.1. Οι ιοί μπορούν να προκαλέσουν ασθένειες

Οι ιοί παίζουν ρόλο σε ένα ευρύ φάσμα ανθρώπινων ασθενειών, από τις δευτερεύουσες (π.χ. κοινό κρυολόγημα) έως τις θανατηφόρες (π.χ. λύσσα). Πέντε πανδημικές αναπνευστικές λοιμώξεις που προκαλούνται από διαφορετικούς υποτύπους του ιού της γρίπης έχουν εμφανισθεί στον κόσμο τον περασμένο αιώνα, με τους χοίρους να χρησιμεύουν ως σημαντικές δεξαμενές για αυτούς τους ιούς της γρίπης. Ο H1N1 (ισπανική γρίπη) του 1918 σκότωσε περίπου 50 εκατομμύρια ανθρώπους παγκοσμίως, ο H2N2 (ασιατική γρίπη) του 1957 σκότωσε περίπου 4 εκατομμύρια ανθρώπους παγκοσμίως, ο H3N2 του 1968 (γρίπη του Χονγκ Κονγκ) σκότωσε 1 εκατομμύριο ανθρώπους σε όλο τον κόσμο, ο H5N1 του 2005 (γρίπη των πτηνών) περισσότερα πουλιά και ανθρώπους και ο Η1Ν1 (γρίπη των χοίρων) του 2009 σκότωσε 18.000 ανθρώπους παγκοσμίως και εμφανίσθηκε σε περισσότερες από 100 χώρες μολύνοντας ανθρώπους, χοίρους και πτηνά [39].

Μια άλλη πανδημία προέκυψε από την οικογένεια του Coronavirus. Το σοβαρό οξύ αναπνευστικό σύνδρομο (SARS) και το αναπνευστικό σύνδρομο της Μέσης Ανατολής (MERS) είναι δύο περιφερειακές επιδημίες. Ο SARS στοίχισε τη ζωή σε 774 άτομα το 2003, ενώ ο MERS στοίχισε τη ζωή σε 858 άτομα μεταξύ 2012 και 2019. (CenMKes for Disease ConMKol & Prevention, 2005; World Health Organization, 2019). Το 2019, ένας νέος ιός ανακαλύφθηκε στην Κίνα, προκαλώντας τη νέα νόσο του κορωνοϊού 2019 (SARS-CoV-2 ή COVID-19), ο οποίος εξαπλώθηκε γρήγορα σε 216 έθνη σε Ευρώπη, Βόρεια Αμερική, Ασία, Μέση Ανατολή, Αφρική, και της Λατινικής Αμερικής. Ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας ανακήρυξε τον COVID-19 ως πανδημική ασθένεια στις 11 Μαρτίου 2020 [26].

1.2.2. Ορισμένοι ιοί μπορεί να είναι χρήσιμοι

Ορισμένοι ιοί εξετάζονται επειδή έχουν τρέχουσες ή μελλοντικές εφαρμογές που θα μπορούσαν να είναι ευεργετικές [10].

• Τυποποίηση βακτηρίων φάγου. Κατά τη διάρκεια εμφάνισης εστιών ασθενειών που προκαλούνται από βακτήρια, ο εντοπισμός των τύπων φάγων των βακτηριακών απομονώσεων μπορεί να παρέχει σημαντικές επιδημιολογικές πληροφορίες.
• Πηγές ενζύμων. Τα ένζυμα ιών χρησιμοποιούνται σε μια ποικιλία εφαρμογών μοριακής βιολογίας (π.χ. αντίστροφη μεταγραφάση ή ανάστροφη τρανσκριπτάση από ρετροϊούς και RNA πολυμεράσες από φάγους).
• Φυτοφάρμακα.Οι βακουλοϊοί χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο ορισμένων παρασίτων εντόμων και ο ιός του μυξώματος έχει ήδη χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο των κουνελιών.
• Αντιβακτηριδιακά μέσα. Οι ανθρώπινοι φάγοι χρησιμοποιήθηκαν για τη θεραπεία διαφόρων βακτηριακών λοιμώξεων στα μέσα του εικοστού αιώνα.
• Αντικαρκινικοί παράγοντες. Η χρήση γενετικά τροποποιημένων ιικών στελεχών για τη θεραπεία του καρκίνου βρίσκεται υπό έρευνα. Αυτά τα στελέχη έχουν υποστεί χειρισμό για να τους επιτρέψουν να μολύνουν και να καταστρέψουν συγκεκριμένα κύτταρα όγκου, ενώ αποκλείονται τα φυσιολογικά κύτταρα.
• Φορείς γονιδίων για την παραγωγή πρωτεϊνών. Οι ιοί χρησιμοποιούνται ως φορείς για την εισαγωγή γονιδίων σε καλλιεργημένα ζωικά κύτταρα.
• Φορείς γονιδίων για τη θεραπεία γενετικών ασθενειών. Οι ρετροϊοί χρησιμοποιήθηκαν ως φορείς για τη μεταφορά ενός μη μεταλλαγμένου αντιγράφου του μεταλλαγμένου γονιδίου που ευθύνεται για τη νόσο στα βλαστοκύτταρα παιδιών με σοβαρή συνδυασμένη ανοσοανεπάρκεια.
• Νανοϋλικά και νανοδομές που βασίζονται σε ιούς σε ενεργειακές και βιοϊατρικές εφαρμογέςΤα βιομιμητικά υλικά με βάση τον ιό που αναπτύχθηκαν χαρακτηρίζονται για εφαρμογές βιοαισθητήρων και νανοφορέων [39] .

1.3. Ταξινόμηση ιών

Οι ιοί ταξινομούνται επί του παρόντος σε οκτώ ομάδες από τη Διεθνή Επιτροπή για την Ταξινόμηση των Ιών (ICTV) [60]. Η πρώτη κατηγορία περιλαμβάνει χιμαιρικούς ιούς με δίκλωνο DNA και μονόκλωνο DNA, όπως ο πλειομορφικός ιός haloarcula hispanica 1. Οι δίκλωνοι ιοί DNA, όπως οι ιοί ευλογιάς, οι ιοί του έρπη και οι αδενοϊοί, βρίσκονται στο δεύτερο διαμέρισμα. Ο μονόκλωνος ιός DNA, όπως οι παρβοϊοί, είναι ο τρίτος. ο δίκλωνος ιός RNA, όπως οι ρεοϊοί, είναι ο τέταρτος. Ιοί θετικού κλώνου RNA, όπως η τρέχουσα επιδημία SARS-CoV-2, εντεροϊοί, ιός ηπατίτιδας Α, ιός πολιομυελίτιδας, ρινοϊοί, ιός χεριού και στόματος (HFM), ιός SARS, ιός κίτρινου πυρετού , τον ιό της ηπατίτιδας C (HCV) και τον ιό της ερυθράς. Η έκτη ομάδα περιλαμβάνει ιούς με γονιδιώματα μονόκλωνου RNA αρνητικού κλώνους, όπως οι θανατηφόροι ιοί Marburg και Έμπολα, καθώς και η ιλαρά, ο ιός της γρίπης και η παρωτίτιδα. Η έβδομη ομάδα περιλαμβάνει ιούς με μονόκλωνα γονιδιώματα RNA που αντιγράφονται μέσω ενός ενδιάμεσου DNA, όπως ο HIV. και η όγδοη ομάδα περιλαμβάνει ιούς με γονιδιώματα δίκλωνου DNA και αντιγραφή αντίστροφης μεταγραφάσης, όπως ο ιός της ηπατίτιδας Β (HBV).

1.3.1. Ταξινόμηση των Κορωνοϊών

Οι κοροναϊοί (CoVs) είναι μια σημαντική ομάδα ιών που ανήκουν στην τάξη Nidovirales , στην υποκατηγορία Cornidovirineae και στην οικογένεια Coronaviridae . Οι Letovirinae και Orthocoronavirinae είναι δύο υποοικογένειες της οικογένειας Coronaviridae . Το γένος Alphaletovirus ανήκει στην οικογένεια Letovirinae , ενώ η οικογένεια Orthocoronaviridae χωρίζεται σε τέσσερα γένη με βάση τη φυλογενετική ανάλυση και τη δομή του γονιδιώματος : Alphacoronavirus (CoV), Betacoronavirus (CoV), Gammacoronavirus (CoV) και Deltacoronavirus (CoV), που περιέχουν 17 , 12, 2 και 7 διαφορετικά είδη, αντίστοιχα . Το Corona είναι μια λατινική λέξη που σημαίνει “στέμμα” και ο ιός πήρε το όνομά του από την παρουσία προεκτάσεων ακίδας στο φάκελο του ιού που του δίνουν μια μορφή σαν κορώνα κάτω από το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Η ικανότητα των ιών με αυτή τη σειρά να δημιουργούν ένα ένθετο σύνολο υπογονιδιωματικού mRNA αναφέρεται ως nido [3].

Ως αποτέλεσμα, οι κορωνοϊοί (CoVs) κατηγοριοποιούνται σε τέσσερις γενιές: α-, β-, γ- και δ-CoV [15]. Οι α- και β-CoV μολύνουν μόνο θηλαστικά, ενώ οι γ- και δ-CoV μπορούν να μολύνουν πτηνά και ορισμένα θηλαστικά. Η πιο πρόσφατη ταξινόμηση των Coronaviridae φαίνεται στο Σχήμα 1.

Σχήμα 1. Ταξινομία του SARS-CoV-2 και των στενών συγγενών του [3 ] (Πηγή: Aydogdu et al., 2021 [3])

Μέχρι σήμερα, επτά CoVs είναι γνωστό ότι προκαλούν λοιμώξεις σε ανθρώπους, συμπεριλαμβανομένων των CoV-OC43, CoV-229E, HCoV-OC43, CoV-HKU1, CoVNL63, αναπνευστικής νόσου της Μέσης Ανατολής (MERS)-CoV και σοβαρού οξέος αναπνευστικού συνδρόμου (SARS). )-CoV και SARS-CoV-2 ή COVID-19 [50, 62 ].

Ο SARS-CoV-2, μέλος της οικογένειας Coronaviridae , ανήκει στο γένος -CoV και λέγεται ότι ταξινομικά και γενετικά είναι πανομοιότυπος με τους SARS-CoV, MERS-CoV και άλλους ανθρώπινους κοροναϊούς [3 ].

Το SARS-CoV-2 υποδεικνύει μια ξεχωριστή γενεαλογία στο υπογένος Sarbecovirus (προηγουμένως, η σειρά 2b του CoV), σύμφωνα με τους Chan et al. [14]. Δεδομένου ότι υπάρχουν πολύ περιορισμένα δεδομένα σχετικά με αυτήν την απειλή που εμφανίστηκε πρόσφατα και οι στρατηγικές πρόληψης που υιοθετήθηκαν κατά την προηγούμενη έρευνα και οι επιδημίες ιών διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη νέων στρατηγικών κατά του SARS-CoV-2, πρέπει να είναι ακριβές και χρήσιμο για τους επιστήμονες να λάβουν αυτούς τους «συγγενείς». του SARS-CoV-2 υπόψη.

Άλλοι κοροναϊοί, ωστόσο, έχουν προκαλέσει πανδημικές λοιμώξεις σε οικόσιτα και άγρια θηλαστικά και πτηνά, με αποτέλεσμα υψηλά ποσοστά θνησιμότητας και σημαντικές οικονομικές απώλειες. Ο ιός IBV κοτόπουλου, ο κοροναϊός φάλαινας Beluga SW1 (BWCoV-SW1), οι κοροναϊοί της νυχτερίδας CDPHE15 και HKU10 (ICTV 2018), ο ιός της επιδημικής διάρροιας χοίρων (PEDV), ο TGEV και το σύνδρομο ξαφνικής οξείας διάρροιας είναι μεταξύ των ιών που έχουν αναγνωριστεί (SADS-CoV ) [3].

1.4. Η φύση των ιών

1.4.1. Οι ιοί είναι μικρά σωματίδια

Τα περισσότερα ιοσωμάτια ιού είναι πολύ μικρά για να τα δει κανείς με μικροσκόπιο φωτός και μπορεί να δει μόνο με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Διατίθενται σε μεγάλη γκάμα μεγεθών, σχημάτων και μορφών. Μερικά είναι τεράστια, ενώ άλλα είναι μικρά. μερικά είναι σφαιρικά, ενώ άλλα μοιάζουν με ράβδους. Πολλοί από αυτούς τους ιούς έχουν μια εξαιρετικά συμμετρική δομή. Η τυπική μονάδα μέτρησης για τα ιοσωμάτια είναι τα νανόμετρα. (1 nm = 10 −9 m). Οι παρβοϊοί, με διαστάσεις περίπου 20 nm, είναι από τους μικρότερους, ενώ ο ιός που μιμείται το μικρόβιο (mimivirus), που αναγνωρίζεται από αμοιβάδα, είναι από τους μεγαλύτερους. Τα ιοσωμάτια του κοροναϊού (CoVs) έχουν διάμετρο 60-140 nm και είναι γενικά σφαιρικά έως πλειομορφικά έγκλειστα σωματίδια [ 1 ].
Οι ιοί είναι μακρομοριακά συγκροτήματα που είναι μετασταθερά. Εκτός από τα ιοσωμάτια αρεναϊών, τα οποία έχουν συσκευασμένα κυτταρικά ριβοσώματα όταν παρήχθησαν τα ιοσωμάτια, δεν είναι κύτταρα και δεν περιέχουν οργανίδια [10].

1.4.2. Οι ιοί έχουν γενετικό υλικό.

Το γονιδίωμα του ιού περιέχεται εντός του ιού. Τα γονιδιώματα του ιού μπορεί να είναι δίκλωνο DNA, μονόκλωνο DNA, δίκλωνο RNA ή μονόκλωνο RNA, ενώ τα γονιδιώματα κυττάρων μπορεί να είναι μόνο δίκλωνο DNA.
Οι κοροναϊοί (SARS-CoV-2) έχουν ένα από τα μεγαλύτερα γονιδιώματα μεταξύ των ιών RNA, με ένα μονομερές γονιδίωμα μονόκλωνου θετικής αίσθησης RNA [(+) ssRNA] [11]. Το γονιδίωμα του κοροναϊού έχει μήκος 29903 νουκλεοτίδια και περιλαμβάνει δύο αμετάφραστες περιοχές (UMKs) στα άκρα 5′ και 3′, καθώς και 11 ανοιχτά πλαίσια ανάγνωσης (ORFs) [14].
Το μέγεθος του ιού είναι συχνά ανάλογο με το μέγεθος του γονιδιώματος. Το ιικό γονιδίωμα, από την άλλη πλευρά, συνεισφέρει σημαντικά λιγότερο στη συνολική μάζα του ιού από ό,τι οι πρωτεΐνες καψιδίου. Ως αποτέλεσμα, πολλά αντίγραφα της πρωτεΐνης καψιδίου πρέπει να συνδεθούν μεταξύ τους για να παραχθεί το καψίδιο (α). Η ποσότητα της γενετικής πληροφορίας που είναι απαραίτητη σε ένα τέτοιο συγκρότημα με επαναλαμβανόμενες υπομονάδες μειώνεται σημαντικά. Σε ορισμένους ιούς, ένα μόνο γονιδιακό προϊόν εμπλέκεται στην ανάπτυξη καψιδίων, αλλά σε πιο περίπλοκους ιούς εμπλέκονται πολλά γονιδιακά προϊόντα [59].
Τέσσερις δομικές πρωτεΐνες, η πρωτεΐνη νουκλεοκαψιδίου (Ν), η πρωτεΐνη μεμβράνης (Μ), η πρωτεΐνη Spike (S) και η πρωτεΐνη Envelop (E), κωδικοποιούνται από το γονιδίωμα του κοροναϊού, καθώς και αρκετές μη δομικές πρωτεΐνες (25 nsp) (Εικ. . 2). Το καψίδιο είναι ένα πρωτεϊνικό κέλυφος που περιέχει πυρηνικό καψίδιο, ή Ν-πρωτεΐνη, το οποίο συνδέεται με το μονόκλωνο RNA του ιού και του επιτρέπει να μολύνει ανθρώπινα κύτταρα και να τα μετατρέπει σε εργοστάσια ιών. Η πρωτεΐνη Ν καλύπτει το γονιδίωμα του ιικού RNA και είναι απαραίτητη για την αντιγραφή και τη μεταγραφή. Η αντιγραφή και η μεταγραφή του ιού επεξεργάζονται από το Ν-τελικό άκρο της Ν πρωτεΐνης, το οποίο συνδέεται με γονιδιωματικά και υπογονιδιωματικά RNA [5].

Σχήμα 2. Οι πρωτεΐνες της επιφάνειας του ιού (ακίδα, φάκελος και μεμβράνη) είναι ενσωματωμένες σε μια διπλοστοιβάδα λιπιδίων.

Η πρωτεΐνη Μ είναι πιο διαδεδομένη στην επιφάνεια του ιού και πιστεύεται ότι είναι ο βασικός οργανωτής του κοροναϊού. Η S-πρωτεΐνη ενσωματώνεται στην επιφάνεια του ιού και διευκολύνει την είσοδο του ιού στο κύτταρο ξενιστή διαμεσολαβώντας την προσκόλληση του ιού στους υποδοχείς της επιφάνειας του κυττάρου ξενιστή και τη σύντηξη της μεμβράνης μεταξύ των μεμβρανών του ιού και του κυττάρου ξενιστή [28]. Η πρωτεΐνη Ε είναι μια μικροσκοπική πρωτεΐνη μεμβράνης με 76-109 αμινοξέα που είναι ένα δευτερεύον συστατικό του σωματιδίου του ιού. Συμμετέχει στη συναρμολόγηση του ιού, στη διαπερατότητα της μεμβράνης του κυττάρου ξενιστή και στην επαφή ιού-κυττάρου ξενιστή. [24]. Το λιπιδικό περίβλημα βρίσκεται εξωτερικά σε ορισμένους ιούς, όπως οι κοροναϊοί. Μια διπλή στιβάδα λιπιδίων περιβάλλει την ακίδα, τον φάκελο και τη μεμβράνη των πρωτεϊνών της επιφάνειας του ιού. Το διμερές αιμοσυγκολλητίνης-εστεράσης (HE) έχει ανακαλυφθεί στην επιφάνεια του ιού. Η πρωτεΐνη HE μπορεί να παίζει ρόλο στην είσοδο του ιού. δεν είναι απαραίτητο για τον πολλαπλασιασμό του ιού, αλλά φαίνεται να είναι σημαντικό για τη φυσική μόλυνση των κυττάρων-ξενιστών [34]. Οι πρωτογενείς αντιγονικοί επίτοποι, ιδιαίτερα εκείνοι που ταυτοποιούνται από αντισώματα, μεταφέρονται από τις γλυκοπρωτεΐνες του φακέλου, οι οποίες είναι υπεύθυνες για την προσκόλληση στο κύτταρο ξενιστή. Η πλήρης δομή της πρωτεΐνης Spike (S) στην κλειστή και στην ανοικτή κατάσταση (πρόχυση) έχει προσδιοριστεί από έρευνες κρυο-ΕΜ. [61] [67]. Αυτή η γλυκοπρωτεΐνη αποτελείται από τρεις πανομοιότυπες αλυσίδες, η καθεμία με 1273 αμινοξέα, και δύο καλά καθορισμένες περιοχές πρωτεϊνικής περιοχής: υπομονάδες S1 και S2, οι οποίες εμπλέκονται στην αναγνώριση κυττάρων και τη σύντηξη μεμβράνης, αντίστοιχα. Το τελευταίο προκύπτει ως αποτέλεσμα πολλών δομικών αλλαγών πρωτεΐνης που είναι προς το παρόν άγνωστες.

1.4.3. Μηχανισμός δράσης του ιού

Οι ιοί πρέπει να αναπαράγονται στα κύτταρα ξενιστές τους και η διαδικασία αποτελείται από έξι βήματα: προσκόλληση, διείσδυση, αποκάλυψη, αντιγραφή, συναρμολόγηση και απελευθέρωση [40]. Οι ιοί προσκολλώνται σε μια συγκεκριμένη θέση υποδοχέα στη μεμβράνη του κυττάρου ξενιστή χρησιμοποιώντας πρωτεΐνες προσκόλλησης στο καψίδιο ή γλυκοπρωτεΐνες που είναι ενσωματωμένες στο ιικό περίβλημα, και τα κύτταρα ξενιστές που μπορούν να μολυνθούν από έναν συγκεκριμένο ιό προσδιορίζονται από αυτήν την εξειδίκευση αλληλεπίδρασης. Γενικά, μόνο το νουκλεϊκό οξύ των βακτηριοφάγων διεισδύει στο κύτταρο ξενιστή, αφήνοντας το καψίδιο έξω. Οι ζωικοί και φυτικοί ιοί μπορούν να εισέλθουν στα κύτταρα με ενδοκύττωση, στην οποία ο ιός περιβάλλεται πλήρως και απορροφάται από τις κυτταρικές μεμβράνες. Οι ιοί με περίβλημα θα εισέλθουν στα κύτταρα ξενιστές τους όταν ο ιικός φάκελος συγχωνευθεί απευθείας με τις κυτταρικές μεμβράνες. Το ιικό καψίδιο καταστρέφεται μία φορά μέσα στα κύτταρα-ξενιστές, απελευθερώνοντας το ιικό νουκλεϊκό οξύ, το οποίο στη συνέχεια είναι διαθέσιμο για αναπαραγωγή και μεταγραφή. Το γονιδίωμα του ιού καθορίζει τον μηχανισμό αντιγραφής. Οι ιοί DNA συνήθως χρησιμοποιούν τα ένζυμα και τις πρωτεΐνες του κυττάρου ξενιστή για να παράγουν περισσότερο DNA, το οποίο στη συνέχεια μεταγράφεται σε αγγελιοφόρο RNA (mRNA) και χρησιμοποιείται για άμεση πρωτεϊνοσύνθεση. Ο πυρήνας RNA χρησιμοποιείται συνήθως από ιούς RNA ως πρότυπο για τη σύνθεση ιικού γονιδιωματικού RNA και mRNA. Η απελευθέρωση νέων βιριόντων που δημιουργούνται στα κύτταρα-ξενιστές είναι το τελικό στάδιο της ιικής αντιγραφής, επιτρέποντας τη συνέχιση της μόλυνσης γειτονικών κυττάρων και των κύκλων αυτο-αντιγραφής. Ο κύκλος αντιγραφής του ιού μπορεί να οδηγήσει τα κύτταρα ξενιστές να υποστούν σημαντικές δομικές και μεταβολικές αλλαγές, καθώς και να βλάψουν [69].

Το Σχήμα 3 απεικονίζει τον μηχανισμό εισόδου, αντιγραφής και συσκευασίας RNA του SARS-CoV-2 στο ανθρώπινο κύτταρο. Η πρωτεΐνη ακίδας (S) του κοροναϊού συνδέεται με τους υποδοχείς του μετατρεπτικού ενζύμου 2 (ACE2) της αγγειοτενσίνης στην επιφάνεια πολλών ανθρώπινων κυττάρων, συμπεριλαμβανομένων αυτών στους πνεύμονες, διευκολύνοντας την είσοδο του ιού. Οι πρωτεάσες του ξενιστή (θρυψίνη και φουρίνη) διασπούν την πρωτεΐνη S του κορωνοϊού σε δύο σημεία στο όριο της υπομονάδας S1/S2 (θέση S1/S2). Το πεπτίδιο σύντηξης απελευθερώνεται μόλις διασπαστεί η περιοχή S2 (θέση S2′). Ο μηχανισμός σύντηξης μεμβράνης θα ενεργοποιηθεί ως αποτέλεσμα αυτού του συμβάντος. Η ενδοκυττάρωση είναι η διαδικασία μέσω της οποίας ένα ανθρώπινο κύτταρο προσλαμβάνει τον ιό. Ο SARS-CoV-2 θεωρείται ότι χρησιμοποιεί μια μοναδική μέθοδο τριών σταδίων για τη σύντηξη της μεμβράνης μόλις εισέλθει στο κυτταρόπλασμα, που περιλαμβάνει δέσμευση υποδοχέα και επαγόμενες δομικές αλλαγές στη γλυκοπρωτεΐνη Spike (S), ακολουθούμενη από πρωτεόλυση καθεψίνης L από ενδοκυτταρικές πρωτεάσες και περαιτέρω ενεργοποίηση του μηχανισμού σύντηξης μεμβράνης εντός των ενδοσωμάτων [52]. Το ενδοσώμα στη συνέχεια ανοίγει, απελευθερώνοντας τον ιό στο κυτταρόπλασμα και το ιικό νουκλεοκαψίδιο (Ν) δεν είναι επικαλυμμένο από πρωτεοσώματα, τα οποία μπορεί να υδρολύουν ενδογενείς πρωτεΐνες αλλά μπορούν επίσης να αποικοδομήσουν εξωτερικές πρωτεΐνες όπως η πρωτεΐνη νουκλεοκαψιδίου SARS [63]. Ένας νέος μηχανισμός δύο σταδίων έχει προταθεί, στον οποίο το ιοσωμάτιο προσκολλάται σε έναν υποδοχέα στην επιφάνεια του κυττάρου ξενιστή μέσω της υπομονάδας S1, η ακίδα διασπάται από πρωτεάσες ξενιστή και στη συνέχεια οι μεμβράνες στόχου του ιού και του ξενιστή αναμένεται να συντηχθούν σε χαμηλό pH μέσω της υπομονάδας S2 [25, 33]. Τέλος, το ιικό γενετικό υλικό, που είναι ένα μονόκλωνο RNA, απελευθερώνεται στο κυτταρόπλασμα στο σύνολό του. Πραγματοποιούνται οι διαδικασίες αντιγραφής και μεταγραφής, οι οποίες διαμεσολαβούνται από το σύμπλεγμα αντιγραφής/μεταγραφής (ΣΑΜ). Αυτό το σύμπλεγμα αποτελείται από μη δομικές πρωτεΐνες και κωδικοποιείται στο γονιδίωμα του ιού (nsp). Το ΣΑΜ θεωρείται ότι παρήγαγε δομές διπλής μεμβράνης στο κυτταρόπλασμα του μολυσμένου κυττάρου [58]. Μετά το θετικό γονιδίωμα RNA, το ανοιχτό πλαίσιο ανάγνωσης 1a/b (ORF 1a/b) μεταφράζεται για τη δημιουργία πρωτεϊνών ρεπλικάσης. Αυτές οι πρωτεΐνες χρησιμοποιούν το γονιδίωμα ως πρότυπο για να δημιουργήσουν πλήρους μήκους αρνητικά νοηματικά RNA, τα οποία στη συνέχεια χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία πρόσθετων γονιδιωμάτων πλήρους μήκους. Οι δομικές ιικές πρωτεΐνες M, S και E συντίθενται στο κυτταρόπλασμα, εισάγονται στο ενδοπλασματικό δίκτυο (EΔ) και μεταφέρονται στο ενδιάμεσο διαμέρισμα ενδοπλασματικό δίκτυο-Golgi (Εικ. 3). (ΕΔEΔΓκ) [37]. Επιπλέον, τα νουκλεοκαψίδια σχηματίζονται στο κυτταρόπλασμα με την ενθυλάκωση των αναδιπλασιασμένων γονιδιωμάτων από την πρωτεΐνη Ν, και ως αποτέλεσμα, συνενώνονται εντός της μεμβράνης ΕΔEΔΓκ για να αυτοσυναρμολογηθούν σε νέα ιοσωμάτια. Επιτέλους, νέα ιοσωμάτια εξάγονται από μολυσμένα κύτταρα μεταφέροντάς τα στην κυτταρική μεμβράνη σε κυστίδια με λεία τοιχώματα και στη συνέχεια εκκρίνοντάς τα μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως εξωκυττάρωση προκειμένου να μολύνουν άλλα κύτταρα. Εν τω μεταξύ, το στρες που προκαλείται από την παραγωγή του ιού στο ενδοπλασματικό δίκτυο έχει ως αποτέλεσμα τον κυτταρικό θάνατο.

Εικόνα 3. Το σχηματικό διάγραμμα του μηχανισμού εισόδου, αντιγραφής και συσσώρευσης ιικού RNA του SARS-CoV-2 στο ανθρώπινο κύτταρο.

2. Λειτουργικά νανοσωματίδια

2.1. Τι είναι τα νανοσωματίδια;

Ένα νανοσωματίδιο, σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Τυποποίησης (ISO), είναι ένα σωματίδιο με μέγεθος μεταξύ 1 και 100 νανόμετρα [6]. Τα νανοσωματίδια, τα οποία είναι αόρατα στο ανθρώπινο μάτι, μπορούν να έχουν ριζικά διαφορετικές φυσικές και χημικές ιδιότητες από τα αντίστοιχα μεγαλύτερα υλικά. Καθώς το μέγεθος μιας ουσίας πλησιάζει την ατομική κλίμακα, οι ιδιότητές της αλλάζουν. Αυτό οφείλεται στην αύξηση της αναλογίας της επιφάνειας προς τον όγκο, η οποία αναγκάζει τα άτομα της επιφάνειας να κυριαρχούν στην απόδοση του υλικού. Σε σύγκριση με υλικά χύδην όπως σκόνες, πλάκες και φύλλα, τα νανοσωματίδια έχουν σχετικά σημαντική αναλογία επιφάνειας προς όγκο λόγω του εξαιρετικά μικρού τους μεγέθους. Όταν τα νανοσωματίδια είναι αρκετά μικρά ώστε να περιορίζουν τα ηλεκτρόνια τους και να προκαλούν κβαντικά αποτελέσματα, μπορεί να έχουν απροσδόκητες οπτικές, φυσικές και χημικές ικανότητες.

Τα μεταλλικά νανοσωματίδια διαφέρουν από τα χύδην μέταλλα όσον αφορά τις φυσικές και χημικές ιδιότητες (π.χ. χαμηλότερες θερμοκρασίες τήξης, μεγάλες ειδικές επιφάνειες, ειδικές οπτικές ιδιότητες, μηχανικές αντοχές και μαγνητισμούς), οι οποίες θα μπορούσαν να είναι χρήσιμες σε μια ποικιλία βιομηχανικών εφαρμογών. Ο χαλκός, για παράδειγμα, θεωρείται μαλακό υλικό επειδή τα άτομα του συγκεντρώνονται στην κλίμακα 50 nm, προκαλώντας κάμψη του χύμα χαλκού. Ως αποτέλεσμα, τα νανοσωματίδια χαλκού μικρότερα από 50 nm ταξινομούνται ως πολύ σκληρό υλικό, με σημαντικά διαφορετική ελατότητα και ολκιμότητα από τον χύμα χαλκό. Τα νανοσωματίδια χρυσού λιώνουν σε σημαντικά χαμηλότερες θερμοκρασίες από τον χύμα χρυσό (1064 °C) (300 °C για μέγεθος 2,5 nm).

Τις τελευταίες τρεις δεκαετίες, η δραστηριότητα στο αντικείμενο της νανοτεχνολογίας έχει αυξηθεί με εκθετικό ρυθμό σε όλο τον κόσμο, μετατρέποντάς το σε σημαντικό διεπιστημονικό ερευνητικό θέμα. Η ενσωμάτωση της νανοτεχνολογίας στον τομέα της ιατρικής επιστήμης έχει οδηγήσει σε αυτή την άνοδο σε μεγάλο βαθμό, καθώς τα νανοδομημένα υλικά έχουν ξεχωριστές βιολογικές επιδράσεις.

Τα νανοϋλικά χρησιμοποιούνται με διάφορους τρόπους στη βιομηχανία υγειονομικής περίθαλψης, ένας από τους οποίους είναι η χορήγηση φαρμάκων.

Εικόνα 4. Βιοϊατρικές εφαρμογές νανοσωματιδίων.

Ένα παράδειγμα αυτής της τεχνικής είναι η ανάπτυξη νανοσωματιδίων που βοηθούν στην παροχή θεραπειών χημειοθεραπείας απευθείας σε καρκινικούς ιστούς, καθώς και για τη χορήγηση φαρμάκων σε κατεστραμμένες περιοχές των αρτηριών για την καταπολέμηση των καρδιαγγειακών παθήσεων. Οι νανοσωλήνες άνθρακα αναπτύσσονται επίσης για να εφαρμοστούν σε διαδικασίες για τη δημιουργία αισθητήρων βακτηρίων μέσω της προσθήκης αντισωμάτων στους νανοσωλήνες.

Τα νανοσωματίδια έχουν αναδειχθεί ως δυνητικά υποψήφια για βελτιστοποιημένη θεραπεία μέσω της εξατομικευμένης ιατρικής λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων τους, όπως η τεράστια επιφάνεια, οι δομικές ιδιότητες και η εκτεταμένη διάρκεια κυκλοφορίας στο αίμα σε σύγκριση με τα μικρά μόρια. Η ικανότητα μετατροπής των δυσμενών φυσικοχημικών ιδιοτήτων των βιοδραστικών μορίων σε αντίστοιχα με επιθυμητά βιοφαρμακολογικά προφίλ, η βελτίωση της παροχής θεραπευτικού παράγοντα μέσω βιολογικών φραγμών και διαμερισμάτων, ο έλεγχος της απελευθέρωσης βιοδραστικού παράγοντα, η βελτίωση της θεραπευτικής αποτελεσματικότητας με επιλεκτική χορήγηση φαρμάκου σε βιολογικούς στόχους και η εκτέλεση στοχευμένων λειτουργιών θεραπείας συνδυάζοντας πολυτροπικά ιοντικά κανάλια. Όλα αυτά αποτελούν δυνητικά πλεονεκτήματα των τεχνητών θεραπευτικών νανοσωματιδίων [56].

Μερικά νανοϋλικά και νανοσωματίδια μελετώνται επί του παρόντος σε κλινικές δοκιμές ή έχουν ήδη εγκριθεί για χρήση σε ανθρώπους από τον Οργανισμό Τροφίμων και Φαρμάκων των ΗΠΑ (FDA) και πολλές μελέτες με σκοπό την εφαρμογή της ιδέας για νανοσωματίδια σε κυτταροκαλλιέργεια και σε μοντέλα μικρών ζώων για ιατρικές εφαρμογές βρίσκονται σε εξέλιξη.

Η ανάπτυξη αντιικών φαρμάκων είναι κρίσιμη για τον περιορισμό της εξάπλωσης των ασθενειών και την ελαχιστοποίηση των απωλειών. Πολλά λειτουργικά νανοσωματίδια, όπως κβαντικές κουκκίδες, νανοσωματίδια χρυσού και αργύρου, οξείδιο του γραφενίου, νανοσυμπλέγματα, υλικά πυριτίου, κουκκίδες άνθρακα, πολυμερή και δενδριμερή, έχουν πρόσφατα βρεθεί ότι έχουν εντυπωσιακές αντιικές ιδιότητες. Αυτά τα λειτουργικά υλικά που βασίζονται σε νανοσωματίδια προσφέρουν μοναδικές ιδιότητες ως πιθανοί υποψήφιοι παράγοντες κατά των ιών, λαμβάνοντας υπόψη τις διαφορές τους στον αντιιικό μηχανισμό και την ανασταλτική τους αποτελεσματικότητα. Ο SARS-CoV-2 είναι ένας ιός εγκλεισμένος σε πρωτεΐνη ακίδας με διάμετρο 60–140 nm και ιδιότητες που μοιάζουν με σωματίδια. Λόγω των δομικών τους ομοιοτήτων, τα συνθετικά νανοσωματίδια μπορούν να μοιάζουν πολύ με τον ιό και να αλληλεπιδρούν επιθετικά με τις παθογόνες πρωτεΐνες του. Τα αντιικά νανοϋλικά, όπως τα νανοσωματίδια οξειδίου του ψευδαργύρου, έχουν σχήμα τετραπόδων που μιμείται την επιφάνεια του κυττάρου όταν εμπλέκονται με το ιικό καψίδιο. Λόγω μιας φωτοκαταλυτικής αντίδρασης, ανέστειλε τις ιικές πρωτεΐνες όταν εκτίθεται στην υπεριώδη ακτινοβολία [56].

2.2. Λειτουργικά νανοσωματίδια ως αντιιικοί παράγοντες

Όλα τα μέρη της έρευνας για τους ιούς έχουν επηρεαστεί από τη νανοτεχνολογία. Η νανοτεχνολογία έχει επιδείξει ισχυρό δυναμικό για την επίλυση αυτού του ζητήματος μεταξύ άλλων αντιικών τεχνικών, και τα αναπτυσσόμενα νανοσωματίδια έχουν αναφερθεί ότι έχουν εξαιρετική ισχύ κατά της μόλυνσης και της αναπαραγωγής του ιού. Πρώτον, οι ανιχνευτές που βασίζονται στη νανοτεχνολογία έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως για την ανίχνευση ιών, οδηγώντας στην ανάπτυξη μιας ποικιλίας βιοαισθητήρων και βιοηλεκτρονικών βασισμένων σε μοναδικά λειτουργικά νανοσωματίδια [12, 16]. Δεύτερον, πολλά νανοϋλικά έχουν δημιουργηθεί χρησιμοποιώντας βιριόντα και σωματίδια που μοιάζουν με ιούς ως πρότυπα, υπογραμμίζοντας τη σημασία της βιοσυμβατότητας και των βιοσυνθετικών μεθόδων στη σύγχρονη βιοχημική έρευνα [31, 35]. Τρίτον, έχει γίνει σημαντική προσπάθεια για την παραγωγή φθοριζόντων νανοανιχνευτών και τη χρήση τους στη μελέτη των μοριακών μηχανισμών των μολυσμένων από ιούς κυττάρων [41, 73]. Τέλος, ένας αυξανόμενος αριθμός λειτουργικών νανοσωματιδίων έχει αναγνωριστεί ως εξαιρετικά αποτελεσματικοί αναστολείς ιικής ανάπτυξης [66].

2.3. Η αντιική δράση των λειτουργικών νανοσωματιδίων

Η προσκόλληση, η διείσδυση, η αναπαραγωγή και η εκβλάστηση είναι τα βασικά βήματα στη μολυσματική διαδικασία του ιού και τα αντιιικά λειτουργικά νανοσωματίδια έχουν σχεδιαστεί για να αναστέλλουν τους ιούς αναστέλλοντας ή μειώνοντας ορισμένα από αυτά τα βήματα. Θα ταξινομήσουμε τους διάφορους μηχανισμούς των νανοσωματιδίων με βάση την αντιϊκή τους αποτελεσματικότητα σε αυτή την ενότητα. Η απενεργοποίηση των ιών είναι ο πιο άμεσος τρόπος αναστολής τους και ορισμένες νανοδομές μπορούν να αλληλεπιδράσουν με τους ιούς, να αλλάξουν τη δομή της καψιδικής πρωτεΐνης τους και στη συνέχεια να μειώσουν δραστικά τη λοιμογόνο δύναμη, η οποία μπορεί να συνδεθεί τόσο με φυσικούς όσο και με χημικούς μηχανισμούς για τη μείωση του ενεργού πληθυσμού του ιού. Οι περισσότερες ιογενείς λοιμώξεις ξεκινούν με την προσκόλληση των κυττάρων-ξενιστών, η οποία συνήθως επιτυγχάνεται με τη σύνδεση με την πρωτεΐνη-δέκτη στόχο. Τα κύτταρα ξενιστές θα είναι απαλλαγμένα από μόλυνση εάν τα νανοσωματίδια μπορούν να αποτρέψουν αποτελεσματικά την προσκόλληση. Η ομάδα του Stellacci έχει αναπτύξει μια σειρά αντιιικών νανοσωματιδίων με μακρούς και εύκαμπτους συνδέτες που μιμούνται τις πρωτεογλυκάνες θειικής ηπαράνης, τον εξαιρετικά διατηρημένο στόχο των προσδεμάτων ιικής προσκόλλησης (ΠΙΠ), τα οποία μπορούν να επιτύχουν αποτελεσματική πρόληψη του ιού μέσω αποτελεσματικής ιικής σύνδεσης με μια σύνδεση που προσομοιώνεται ότι είναι ισχυρή και πολυσθενής στις επαναλαμβανόμενες μονάδες ΠΙΠ [8]. Αυτά τα σωματίδια είναι μη κυτταροτοξικά και έχουν νανομοριακή μη αναστρέψιμη δράση έναντι του ιού του απλού έρπητα, του ιού των ανθρώπινων θηλωμάτων, του αναπνευστικού συγκυτιακού ιού, του ιού του δάγγειου πυρετού και του ιού των φακών in viMKo . Ως αποτέλεσμα, τα λειτουργικά νανοσωματίδια μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αντιιικό φάρμακο ευρέος φάσματος για την πρόληψη της προσκόλλησης του ιού, το πρώτο βήμα στη διαδικασία μόλυνσης. Η δεύτερη μέθοδος καταστολής του ιού είναι να αποτρέψει τους ιούς να διεισδύσουν και να εισέλθουν στα κύτταρα ξενιστές αλλάζοντας την κυτταρική επιφάνεια της μεμβράνης και την αρχιτεκτονική της πρωτεΐνης. Ο Haag και οι συνεργάτες του δημιούργησαν έναν αριθμό υδατοδιαλυτών θειικών φουλερενίων-πολυγλυκερόλης (FPS) με διάφορες αναλογίες βάρους φουλερενίου και πολυμερούς και αριθμούς κλάδων θειικής πολυγλυκερόλης [19].

Πίνακας 1. Τυπικοί αντιιικοί μηχανισμοί δράσης νανοϋλικών.

Νανοϋλικό	Ιός	Μηχανισμός
Οξείδιο του γραφενίου	αναπνευστικός συγκυτιακός ιός	Απενεργοποιήστε άμεσα τον ιό και αναστέλλετε την προσκόλλησηприкрепването
Νανογέλη	PRRSV	Προσάρτηση και διείσδυση ασπίδας
Νανοσωματίδιο αργύρου	Έρπης	Επηρεάστε την προσκόλληση του ιού
Οξείδιο του γραφενίου	Έρπης	Αναστολή προσκόλλησης
νανοσωματίδια χρυσού	Έρπης	Αποτρέψτε την προσκόλληση και τη διείσδυση του ιού
Νανο-άνθρακας	Έρπης	Αναστέλλουν την είσοδο του ιού στο αρχικό στάδιο
Νανοσωματίδια πυριτίου	Γρίπη Α	Μειώστε την ποσότητα του προγονικού ιού
Νανοσυμπλέγματα Ag 2 S	Κορωνοϊός	Αποκλεισμός σύνθεσης και εκβλάστησης ιικού RNA
Gd 2 O 3 :Tb 3+ /Er 3+ νανοσωματίδια	Ιός Ζίκα	Ως μικροφορείς αντιγόνου για το πεπτίδιο Zk2 του ZIKV
Νανοσωματίδια οξειδίου του χαλκού	Ο ιός του απλού έρπητα τύπου 1	Οξείδωση ιικών πρωτεϊνών και αποικοδόμηση του ιικού γονιδιώματος
NiO νανοδομές	Ιός μωσαϊκού αγγουριού	Αυξήστε την έκφραση των γονιδίων pod, pr1 και pal1
Νανοσωματίδια ζιρκονίου	Ιός γρίπης H5N1	Προωθεί την έκφραση των κυτοκινών
Νανοσωματίδια οξειδίου ψευδαργύρου	Ιός γρίπης H1N1	Αναστέλλετε τον ιό μόνο μετά την είσοδο του ιού στα κύτταρα-ξενιστές

Το FPS, το οποίο συνδυάζει πολυανιονικούς κλάδους με έναν μεταβλητό υδρόφοβο πυρήνα εκτεθειμένο σε διαλύτη, ξεπερνά τα ανάλογα που έχουν μόνο μία από αυτές τις ιδιότητες στην παρεμπόδιση της επαφής της γλυκοπρωτεΐνης του περιβλήματος του ιού της φυσαλιδώδους στοματίτιδας με τα νεφρικά κύτταρα του μωρού χάμστερ. Ως αποτέλεσμα, η ανάπτυξη μπλοκαρίσματος μεταξύ των ιών και των κυττάρων-ξενιστών είναι μια καλή προσέγγιση για την αποφυγή λοιμώξεων από ιούς. Στην περίπτωση της εισόδου του ιού σε ένα κύτταρο, η τρίτη επιτυχημένη τεχνική για τον αποκλεισμό του ιού είναι η καταστροφή της αντιγραφής του, η οποία συνήθως επιτυγχάνεται με τη μείωση της έκφρασης συγκεκριμένων ενζύμων που προηγουμένως βοηθούσαν στην ολοκλήρωση της αντιγραφής DNA ή RNA του ιού. Η τελική στρατηγική είναι η αναστολή της εκβλάστησης του ιού και η απέκκρισή του από τα κύτταρα-ξενιστές. Οι απόγονοι ενός ιού μπορεί να είναι πιο λοιμογόνοι από την προηγούμενη γενιά και εάν τα λειτουργικά νανοσωματίδια εμποδίσουν τον ιό να αναπαραχθεί και περιορίσουν δραστικά τον αριθμό των απογόνων ιών, η λοιμογόνος δράση του ιού θα μειωθεί σημαντικά. Ο Πίνακας 1 δείχνει μερικούς από τους πιο κοινούς αντιιικούς μηχανισμούς για λειτουργικά νανοσωματίδια.

3. Νανοσωματίδια που βασίζονται σε ιούς (ΙΝΣ)

Το σημείο διέλευσης μεταξύ των ιικών σωματιδίων και των λειτουργικών νανοϋλικών είναι νανοσωματίδια με βάση τον ιό. Η συναρμολόγηση εκατομμυρίων πανομοιότυπων νανοσωματιδίων και η δημιουργία τους σε ζωντανά κύτταρα είναι δυνατή με βιοανοϋλικά που βασίζονται σε ιούς. Οι ιοί μολύνουν βακτήρια, ανθρώπους και φυτά και όλοι έχουν χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία νανοσωματιδίων που βασίζονται σε ιούς (ΙΝΣ). Οι ιοί είναι ένα εξαιρετικό μέρος για να ξεκινήσετε, επειδή έχουν εξελιχθεί για να διανέμουν τα νουκλεϊκά οξέα με φυσικό τρόπο και έτσι μπορούν να υποστούν χειρισμό για την παροχή άλλων ενώσεων, όπως ως θεραπευτικά και απεικονιστικά αντιδραστήρια. Τέλος, οι ιοί έχουν υψηλό ρυθμό αναπαραγωγής, επιτρέποντας τη μαζική παραγωγή ΙΝΣ με χαμηλό κόστος.

Τα ΙΝΣ αποτελούνται από κανονικές σειρές πρωτεϊνών επικάλυψης ιών με μια καλά καθορισμένη τρισδιάστατη δομή, καθιστώντας τα ένα καλύτερο ικρίωμα μηχανικής από τα βιομηχανικά σωματίδια. Τα ΙΝΣ μπορούν επίσης να αλλάξουν τη δομή τους τροποποιώντας το πρότυπο νουκλεϊκού οξέος που κωδικοποιεί τις πρωτεΐνες του ιού πριν από τη σύνθεσή τους, καθώς και χημικά διακοσμώντας τα με την προσθήκη συζυγών σε ορισμένες πλευρικές αλυσίδες αμινοξέων. Τα ΙΝΣ είναι γνωστά για τη βιοσυμβατότητά τους, τη βιοδιασπασιμότητά τους, την ικανότητά τους να ξεπερνούν τα βιολογικά εμπόδια και την αποτελεσματική κατανομή του φορτίου στα κύτταρα-στόχους, επειδή αποτελούνται κυρίως από πρωτεΐνη. Οι ιοί έχουν εξελιχθεί για να συνδέονται με συγκεκριμένες κυτταρικές πρωτεΐνες, να μεταφέρουν φορτίο νουκλεϊκού οξέος και να παραβιάζουν τον ενδοκυτταρικό μηχανισμό για να δημιουργήσουν συστατικά του ιού των απογόνων. Αυτά τα χαρακτηριστικά οδήγησαν στην ανάπτυξη ΙΝΣ βασισμένων σε ιούς θηλαστικών για χρήση στη γονιδιακή θεραπεία, αλλά είναι δύσκολο να αποκλειστούν οι επιβλαβείς επιπτώσεις που προκύπτουν από τις κανονικές αλληλεπιδράσεις ιού-ξενιστή [ 23 ]. Τα ΙΝΣ που βασίζονται σε βακτηριοφάγους και φυτικούς ιούς, από την άλλη πλευρά, θεωρούνται αβλαβή επειδή ακόμη και οι πλήρως λειτουργικοί ιοί δεν μπορούν να μολύνουν τους ανθρώπους. Ως αποτέλεσμα, η πλειοψηφία αυτής της διάλεξης θα αφιερωθεί στις ιατρικές εφαρμογές των ΙΝΣ που προέρχονται από βακτηριοφάγους και φυτικούς ιούς.

Οι βακτηριοφάγοι και οι φυτικοί ιοί είναι συγκροτήματα νουκλεοπρωτεϊνών με νουκλεϊκά οξέα σταθερά εγκλεισμένα σε ένα καψίδιο που αποτελείται από πολλά αντίγραφα των ίδιων πρωτεϊνών περιβλήματος. Τα καψίδια είναι συχνά εικοσαεδρικά (περίπου σφαιρικά), δύσκαμπτοι σωλήνες ή εύκαμπτα νήματα, με τις δύο τελευταίες κατηγορίες να έχουν υψηλή αναλογία διαστάσεων. Οι φυτικοί ιοί και οι βακτηριοφάγοι, σε αντίθεση με πολλούς ιούς θηλαστικών, δεν περιβάλλονται κανονικά από μια εύθραυστη λιπιδική μεμβράνη αφού πρέπει να ανέχονται πιο σκληρές περιβαλλοντικές συνθήκες προκειμένου να μολύνουν επιτυχώς τους ξενιστές τους.

Η φυσική λειτουργία του καψιδίου του ιού είναι να προστατεύει το DNA του ιού από νουκλεάσες και άλλες φυσικές απειλές. Οι πρωτεΐνες του περιβλήματος του ιού είναι επομένως χημικά και φυσικά σταθερές, κάτι που είναι πλεονεκτικό για την ανάπτυξη των ΙΝΣ επειδή σημαίνει ότι έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής και μπορούν να αντέξουν τις χημικές επεξεργασίες που απαιτούνται για σύζευξη με συνδετήρες στόχευσης ή φόρτωση με ωφέλιμα φορτία όπως φάρμακα, φθοροφόρα ή σκιαγραφικούς παράγοντες [ 54 ].

3.1. Στρατηγικές για τροποποίηση ΙΝΣ

Η γενετική μηχανική, η ενθυλάκωση, η βιομεταλλοποίηση, η έγχυση και η βιοσύζευξη είναι μερικές από τις προσεγγίσεις που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για το σχεδιασμό και την αλλαγή προϊόντων που βασίζονται σε ιούς. Η θεμελιώδης δομή της πρωτεΐνης του περιβλήματος μπορεί να τροποποιηθεί με τη γενετική μηχανική με την εισαγωγή, διαγραφή ή εναλλαγή συγκεκριμένων υπολειμμάτων αμινοξέων [ 42 ]. Τέτοιες τροποποιήσεις διευκολύνουν τη λειτουργικότητα ή την αλλαγή των συνολικών φυσικοχημικών χαρακτηριστικών του ΙΝΣ [ 20, 57] . Οι ετικέτες καθαρισμού/ανοσοανίχνευσης, οι αλληλουχίες επιτόπων για να γίνει το ΙΝΣ εμβόλιο και οι αλληλουχίες στόχευσης για την κατασκευή των ειδικών υποδοχέων στόχου ΙΝΣ είναι όλα παραδείγματα τέτοιων αλλαγών [70]. Χρησιμοποιώντας συγκρίσιμες τεχνολογίες ανασυνδυασμένης έκφρασης, είναι επίσης δυνατό να ενσωματωθούν αφύσικα αμινοξέα ως μοναδικές λαβές για επακόλουθες χημικές αντιδράσεις [55].

Υπό φυσιολογικές συνθήκες, οι πρωτεΐνες του περιβλήματος του ιού αυτοσυγκεντρώνονται γύρω από τα νουκλεϊκά οξέα και αυτή η ιδιότητα (την οποία μοιράζονται τα ΙΝΣ) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αποσυναρμολόγηση των ΙΝΣ και τη συναρμολόγηση τους σε πιο επιθυμητές διαμορφώσεις γύρω από άλλα μόρια φορτίου. Δύο βασικές αρχές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ενεργοποίηση της ενθυλάκωσης του φορτίου: (α) επιφανειακό φορτίο και ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις ή (β) μοναδικές αλληλεπιδράσεις δέσμευσης που συμβαίνουν κατά την αυτοσυναρμολόγηση [18]. Μια πρωτεΐνη χειριστή μεταφραστικής καταστολής (ΜΚ), για παράδειγμα, βρίσκεται στον βακτηριοφάγο MS2 και συνδέεται με έναν βρόχο στελέχους MK RNA. Οι χημικά τροποποιημένες πρωτεΐνες χειριστή MK μπορούν να μεταφέρουν μικρά θεραπευτικά μόρια. Όταν τα μη κατεστραμμένα σωματίδια MS2 συνδυάζονται με τροποποιημένους τελεστές MK, οι τελευταίοι διαχέονται στα ΙΝΣ και συνδέονται με το καψίδιο με σταθερό τρόπο. Αυτές οι τεχνικές σχεδιασμού έχουν χρησιμοποιηθεί για την επιτυχή εισαγωγή θεραπευτικών ενώσεων όπως η αλυσίδα ρικίνης Α και η 5-φθοροουριδίνη στα σωματίδια MS2. Η μεταφορά ωφέλιμου φορτίου και η επιτυχής θανάτωση των κυττάρων-στόχων έχει αποδειχθεί in vitro σε κυτταρική έρευνα που χρησιμοποιεί αυτή την τεχνική [7, 68].

Η βιομεταλλοποίηση είναι η εναπόθεση ορυκτών μέσα και γύρω από τα κύτταρα και τους ιστούς των ζωντανών οργανισμών, αλλά σχετίζεται με την ικανότητα των πρωτεϊνών του περιβλήματος του ιού να σχηματίζονται γύρω από έναν ορυκτό πυρήνα ή ανοργανοποίηση πυρήνων στο περιβάλλον των ΙΝΣ. Η βιομεταλλοποίηση ΙΝΣ έχει διάφορες χρήσεις στην ενεργειακή έρευνα, αλλά υπάρχουν και παραδείγματα στην ιατρική, ιδίως όταν τα ορυκτά φορτία χρησιμοποιούνται ως σκιαγραφικά [43].

Ορισμένα υλικά θα πρέπει να εγκλωβίζονται διεγείροντας το σχηματισμό καψιδίων γύρω από ένα φορτίο, ενώ άλλα μπορούν να διαχέονται μέσω του ιικού σωματιδίου και στην εσωτερική κοιλότητα, όπου μπορούν να πειστούν ότι θα παραμείνουν μέσα από μη ομοιοπολικές αλληλεπιδράσεις με νουκλεϊκά οξέα ή εσωτερικά προβαλλόμενες πλευρικές αλυσίδες αμινοξέων , ή η βιοσύζευξη μπορεί να τα συνδέσει μόνιμα με λαβές. [64]. Αυτή η μέθοδος έχει χρησιμοποιηθεί για τη φόρτωση χρωστικών φθορισμού για οπτική απεικόνιση, ιόντων Gd 3+ για μαγνητική τομογραφία και μικρών φαρμακευτικών ενώσεων [45, 71].

Η χρήση της κλασικής χημείας για τη λειτουργικότητα συγκεκριμένων πλευρικών αλυσίδων αμινοξέων, όπως οι καρβοξυλικές ομάδες στα υπολείμματα γλουταμικού και ασπαρτικού οξέος, οι αντιδραστικές αμίνες στα υπολείμματα λυσίνης, οι σουλφυδρυλικές ομάδες στα υπολείμματα κυστεΐνης και οι ομάδες φαινόλης στα υπολείμματα τυροσίνης, είναι μια από τις πιο ισχυρές προσεγγίσεις. για την τροποποίηση των ΙΝΣ. Αυτές οι ομάδες μπορούν να συνδεθούν απευθείας σε συγκεκριμένα μόρια ή να αλλάξουν ώστε να περιλαμβάνουν λειτουργικές ομάδες για πιο πολύπλοκες διαδικασίες σύζευξης.

3.2. Νανοσωματίδια με βάση τους ιούς σε θεραπευτικές παρεμβάσεις

Οι βακτηριοφάγοι και οι φυτικοί ιοί έχουν την ικανότητα να διεισδύουν στα κύτταρα των θηλαστικών και να αναπαράγονται χωρίς πρόσθετη αναπαραγωγή, καθιστώντας τους χρήσιμα θεραπευτικά εργαλεία. Τα νανοϋλικά που βασίζονται σε ιούς μπορούν να σχεδιαστούν για να στοχεύουν συγκεκριμένα κύτταρα, όπως καρκινικά κύτταρα και κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως μέσα εμβολιασμών, καθώς μπορούν να εκθέσουν αντιγόνα στο ανοσοποιητικό σύστημα. Η ανοσοθεραπεία και οι συνδυασμένες ανοσο/χημειοθεραπείες επωφελούνται από τις αλληλεπιδράσεις ΙΝΣ με το ανοσοποιητικό σύστημα, ενώ η απεικόνιση και η χορήγηση φαρμάκων συνήθως δεν μπορούν. Ως αποτέλεσμα, έχουν επινοηθεί πολυάριθμοι τρόποι για τη θωράκιση των ΙΝΣ από το ανοσοποιητικό σύστημα καθοδηγώντας τα σε συγκεκριμένα κύτταρα στόχους. Η κάθαρση του ΙΝΣ μέσω του συστήματος μονοπύρηνων φαγοκυττάρων μπορεί να παρακαμφθεί τροποποιώντας τη χημεία ή το σχήμα της επιφάνειας των σωματιδίων [53]. Η επιφανειακή PEGylation, για παράδειγμα, μπορεί να μειώσει τις μη ειδικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ΙΝΣ και των μακροφάγων, επιτρέποντάς τους να κυκλοφορούν περισσότερο [30]. Η γενετική ή χημική προσθήκη ενώσεων που συνδέονται με υποδοχείς που εκφράζονται σε μεγάλο βαθμό σε συγκεκριμένους κυτταρικούς τύπους, όπως καρκινικά κύτταρα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη στόχευσή τους. Η μορφή, το μέγεθος και η αναλογία διαστάσεων του ΙΝΣ μπορούν επίσης να επηρεάσουν την εξειδίκευση του ιστού, επομένως αυτές είναι πρόσθετες ιδιότητες που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά το στάδιο του σχεδιασμού. Τα σωληνοειδή ή νηματώδη ΙΝΣ, ειδικότερα, μπορούν να εμφανίσουν in vivo χαρακτηριστικά ανώτερα από τα σφαιρικά ΙΝΣ, όπως αυξημένη ροή και περιθώριο προς το αρτηριακό τοίχωμα και μειωμένη κάθαρση από το μονοπύρηνο φαγοκυτταρικό σύστημα, με αποτέλεσμα βελτιωμένη εστίαση του όγκου και στόχευση θρόμβου [51, 65] . Οι δομές ΙΝΣ μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διερεύνηση της επίδρασης του μεγέθους και του σχήματος του ΙΝΣ στην αποτελεσματικότητα της χορήγησης και της απεικόνισης φαρμάκων, καθώς είναι μονοδιασπορά και μπορούν να τροποποιηθούν με λεπτό και επαναλαμβανόμενο χωρικό έλεγχο.

3.3. Παράδοση φαρμάκων με ΙΝΣ

Η ανάπτυξη ΙΝΣ που στοχεύουν συγκεκριμένους τύπους κυττάρων επέτρεψε την προσθήκη τοξικών ωφέλιμων φορτίων μέσω σύζευξης, έγχυσης ή/και ενθυλάκωσης, με αποτέλεσμα τον θάνατο των κυττάρων-στόχων, επιτρέποντας την επιλεκτική εξάλειψη καρκινικών κυττάρων ή άλλων νοσούντων κυττάρων χωρίς εφέ στόχου. Η σύζευξη, όπως συζητήθηκε εν συντομία παραπάνω, συνεπάγεται την επιλεκτική ομοιοπολική προσθήκη μορίων ωφέλιμου φορτίου σε συγκεκριμένα υπολείμματα αμινοξέων της πρωτεΐνης περιβλήματος. Η έγχυση επιτυγχάνεται με επώαση του ανέπαφου ΙΝΣ σε διάλυμα που περιέχει το φορτίο, ενώ η ενθυλάκωση απαιτεί τη συναρμολόγηση του φορέα γύρω από το ωφέλιμο φορτίο [9]. Γονίδια και βραχέα παρεμβαλλόμενα RNA, φωτοενεργά μόρια που υποστηρίζουν φωτοδυναμική θεραπεία, συμβατικά φάρμακα μικρών μορίων, ακόμη και ετερόλογα ιικά γονιδιώματα για γονιδιακή θεραπεία, όπως ένα γονιδίωμα αλφαϊού ενθυλακωμένο σε ένα ΙΝΣ με βάση το CCMV, έχουν παραδοθεί [4, 17] .

Τα τοξικά φορτία μπορούν να φορτωθούν κατά προτίμηση στην κοιλότητα ΙΝΣ αντί να επικαλύπτουν την εξωτερική επιφάνεια, προστατεύοντάς τα από ενζυματική και χημική αποικοδόμηση in vivo και αποφεύγοντας τις αλληλεπιδράσεις με κύτταρα μη-στόχους. Η ικανότητα και η αποτελεσματικότητα φόρτωσης των ΙΝΣ γενικά βελτιώνονται με την απόρριψη του εγγενούς ιικού γονιδιώματος, το οποίο μπορεί να επιτευχθεί με την έκφραση των πρωτεϊνών του περιβλήματος από ένα πλασμίδιο (για ΙΝΣ βακτηριοφάγου) ή ένα διαγονίδιο (για ΙΝΣ φυτών) έτσι ώστε το ιικό νουκλεϊκό οξύ να είναι ποτέ παρόν. Το προκύπτον κενό σωματίδιο αναφέρεται ως σωματίδιο τύπου ιού (Virus Like Particle, VLP). Το γονιδίωμα του ιού μπορεί επίσης να αφαιρεθεί μέσω επιλεκτικής χημικής ή ενζυμικής αποικοδόμησης.

Η ομοιοπολική σύνδεση επιβλαβών μορίων φορτίου σε εσωτερικά εκτεθειμένες πλευρικές αλυσίδες εμποδίζει την πρώιμη απελευθέρωση, αλλά οι μη ομοιοπολικές μέθοδοι συνήθως επιτρέπουν υψηλότερη απόδοση φόρτωσης καθώς υπάρχει περισσότερος χώρος εντός του ΙΝΣ για περισσότερο φορτίο εάν χρησιμοποιείται ολόκληρη η κοιλότητα και όχι μόνο η εσωτερική επιφάνεια. Ο πολυμερισμός μπορεί να προσφέρει το καλύτερο και των δύο κόσμων σχηματίζοντας ένα δίκτυο διακλάδωσης λειτουργικών ομάδων με σκοπό την προσάρτηση ωφέλιμου φορτίου που εκτείνεται από την εξωτερική επιφάνεια του ΙΝΣ ή διαπερνά το εσωτερικό του [27, 44]. Αν και οι περισσότερες έρευνες έχουν επικεντρωθεί στον σχεδιασμό του ΙΝΣ και στην in vitro τοξικότητα, οι προκλινικές δοκιμές ενός φορέα παροχής φαρμάκου με βάση το ΙΝΣ έχουν δείξει in vivo αποτελεσματικότητα και μειωμένη καρδιοτοξικότητα ενός ΙΝΣ φορτισμένου με δοξορουβικίνη, ιδιαίτερα του ιού μωσαϊκού αγγουριού (CMV) τροποποιημένου με φολικό οξύ, στοχεύοντας στον καρκίνο των ωοθηκών [72].

Τα ΙΝΣ έχουν φορτωθεί με φωτοευαισθητοποιητές για εφαρμογές φωτοδυναμικής θεραπείας, εκτός από την τυπική χημειοθεραπεία. Ένα VLP που βασίζεται στον βακτηριοφάγο Q, για παράδειγμα, φορτώθηκε με ένα παράγωγο μεταλλοπορφυρίνης για φωτοδυναμική θεραπεία και θέσεις δέσμευσης γλυκάνης που στοχεύουν κύτταρα με τον υποδοχέα CD22 [47]. Επιπλέον, ως πρώτη επίδειξη των θηρανωσικών ΙΝΣs, ένας πολυλειτουργικός παράγοντας αντίθεσης και φωτοδυναμικής θεραπείας MRI (χηλικοποιημένη φθαλοκυανίνη Gd 3+ και Zn 2+ ) ενθυλακώθηκε με επιτυχία σε CCMV [38]. Επιπλέον, έχουν διερευνηθεί υβριδικά υλικά βασισμένα σε ΙΝΣ που περιέχουν μεταλλικά νανοσωματίδια για φωτοθερμική θεραπεία [21].

3.4. Ανοσοποίηση και ανοσοθεραπεία βασισμένη σε δομές που προέρχονται από ιούς

Επειδή τα υλικά που βασίζονται σε ιούς έχουν επαναλαμβανόμενες δομές βασισμένες σε πρωτεΐνες, προκαλούν ανοσολογικές αποκρίσεις, καθιστώντας τα χρήσιμα για την ανάπτυξη εμβολίων και ανοσοτροποποιητών. Τα εμβόλια με βάση τα σωματίδια ταξινομούνται σε τέσσερις τύπους: (α) εμβόλια χημικά απενεργοποιημένου ιού, (β) εμβόλια εξασθενημένου ιού με χαμηλή μολυσματικότητα, (γ) χωρίς γονιδίωμα και μη μολυσματικά VLP και (δ) εμβόλια χιμαιρικών και νανοσωματιδίων, όπου οι επίτοποι που προέρχονται από παθογόνο παρουσιάζονται σε μη μολυσματικό φορέα όπως φυτικό ιό, βακτηριοφάγο ή πλατφόρμα χημικής σύνθεσης [22]. Τα εμβόλια σωματιδίων, όπως τα VLPs και άλλα εμβόλια νανοσωματιδίων, έχουν αρκετά πλεονεκτήματα έναντι των εμβολίων DNA και των υπομονάδων [2, 29]. Ο φορέας που βασίζεται στον ιό παρέχει σταθερότητα αντιγόνου, μεταφέρει πολλαπλά αντίγραφα του αντιγόνου (πολυσθενής παρουσίαση) και έχει την ικανότητα να παρουσιάζει δύο ή περισσότερα διαφορετικά αντιγόνα. Το σκεύασμα ενθαρρύνει την παθητική ή ενεργή πρόσληψη από κύτταρα που παρουσιάζουν αντιγόνο, η οποία ακολουθείται από ενεργοποίηση και εκκίνηση των κατάλληλων αποκρίσεων Τ και Β κυττάρων [32].

3.4.1. Εμβόλια για λοιμώδη νοσήματα

Τα εμβόλια VLP είχαν μεγάλη επιτυχία κατά των ιογενών ασθενειών, ιδιαίτερα όταν η δομή της σύνθεσης του μη μολυσματικού εμβολίου μοιάζει πολύ με εκείνη του φυσικού ιού (αυτά έχουν αναφερθεί ως εγγενείς VLPs) [46)]. Το πρώτο επιτυχημένο παράδειγμα ήταν το εμβόλιο κατά του ιού της ηπατίτιδας Β (HBV). Έχει μειώσει σημαντικά τις λοιμώξεις από HBV σε ανοσοποιημένους πληθυσμούς. Τα εμβόλια κατά του ιού των ανθρώπινων θηλωμάτων (HPV) προκαλούν ανοσία έναντι του ιού που με τη σειρά του προστατεύει από το επαγόμενο από τον HPV καρκίνωμα του τραχήλου της μήτρας και ενδεχομένως άλλους καρκίνους που προκαλούνται από τον HPV [48].

Τα χιμαιρικά VLP εκφράζουν ετερόλογα αντιγόνα και μπορούν να δημιουργήσουν αντιπαθογόνα και εξουδετερωτικά αντισώματα, υποδηλώνοντας ότι η ανοσοποίηση μπορεί να παρέχει προστασία έναντι πρόκλησης παθογόνων. Έχουν διεξαχθεί πολλές μελέτες για χιμαιρικούς VLPs που βασίζονται σε φυτικούς ιούς, βακτηριοφάγους, ιούς εντόμων και ιούς πολυομάκων και θηλωμάτων ζώων [48]. Οι χίμαιρες έχουν επίσης δημιουργηθεί από εγγενείς πλατφόρμες εμβολίων (π.χ. HBV και HPV) και αυτές οι πλατφόρμες έχουν επεκταθεί με την εμφάνιση πρόσθετων ετερόλογων επιτόπων. Αυτά τα εγγενή χιμαιρικά VLP επωφελούνται από μια ραχοκοκαλιά εμβολίου που έχει εγκριθεί από τον FDA.

Ο ιός Flock House (FHV), ο οποίος μολύνει τα έντομα, έχει χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία χιμαιρικών VLP με πολύπλοκες δομές αντιγόνου. Αυτό το πολυσθενές σύστημα απεικόνισης έχει τροποποιηθεί για να περιλαμβάνει θραύσματα του υποδοχέα τοξίνης άνθρακα (ANTXR2), ο οποίος χρησιμεύει ως ικρίωμα για την επίδειξη του προστατευτικού αντιγόνου Bacillus anthracis. Απουσία ανοσοενισχυτικού, το σύμπλεγμα ιού-αντιγόνου ενεργοποίησε προστατευτικές ανοσολογικές αποκρίσεις μετά από μία μόνο δόση [36]. Πρόσθετοι μηχανισμοί για χημικό δεσμό πολυσθενών αντιγόνων επάγουν ανοσοαποκρίσεις με παρόμοιο αποτελεσματικό τρόπο. Το σύστημα FHV έχει την ικανότητα να δέχεται εισαγωγές πρωτεϊνών και πεπτιδίων σε μια ποικιλία θέσεων στην επιφάνεια του καψιδίου, καθώς και τη διαθεσιμότητα λεπτομερών δομικών και γενετικών πληροφοριών που επιτρέπουν την ακριβή τοποθέτηση και διάταξη αντιγονικής περιοχής. Για παράδειγμα, η πρωτεΐνη της αιμοσυγκολλητίνης της γρίπης (ΗΑ) είναι ένα κύριο αντιγόνο για όλα τα στελέχη της γρίπης, αλλά λόγω της αντιγονικής διαφοροποίησης, είναι δύσκολο να αναπτυχθούν ευρέως εξουδετερωτικές ανοσοαποκρίσεις. Υπάρχουν ορισμένες εξαιρετικά διατηρημένες περιοχές της πρωτεΐνης, αλλά είναι δύσκολο να τις δούμε σε ένα δομικό πλαίσιο, το οποίο θα επέτρεπε την έναρξη ειδικών και εξουδετερωτικών αποκρίσεων αντισωμάτων. Η επαγωγή αυτών των αντισωμάτων είναι δυνατή με την εμφάνιση των διατηρημένων περιοχών της ΗΑ σε τριμερή διάταξη σε FHV. Η χρησιμότητα και το εύρος των εγγενών και χιμαιρικών VLPs για εφαρμογές εμβολίων διευρύνονται. Ο συνδυασμός εμβολίων VLP βιομηχανικής και η χορήγησή τους στην αναπνευστική οδό, για παράδειγμα, έχει πρόσφατα αποδειχθεί ως θεμελιώδης στρατηγική για μελλοντική ανάπτυξη εμβολίων και ανοσοθεραπεία [49].

3.4.2. Εμβόλια για τον καρκίνο

Ο αντικαρκινικός εμβολιασμός έχει πολλά πλεονεκτήματα έναντι της χημειοθεραπείας, συμπεριλαμβανομένων λιγότερων παρενεργειών, αποφυγής αντοχής στα φάρμακα, προετοιμασίας του ανοσοποιητικού συστήματος για την εξάλειψη των υπολειμματικών ανθεκτικών στα φάρμακα κυττάρων και πρόκλησης μακροπρόθεσμης ανοσολογικής μνήμης για προστασία από μεταστάσεις και υποτροπή.

Έχουν αξιολογηθεί αρκετές στρατηγικές εμβολίου κατά του καρκίνου που βασίζονται σε ΙΝΣ, συμπεριλαμβανομένης της διαμορφωμένης εμφάνισης αντιγόνων υδατανθράκων ή πεπτιδίων που σχετίζονται με τον όγκο. Τα ειδικά για Tn αντισώματα παρήχθησαν σε υψηλούς τίτλους μετά από σύζευξη με το ικρίωμα με βάση τον ιό και την πολυσθενή οθόνη. Ομοίως, οι ειδικές για το αντιγόνο αποκρίσεις IgG και IgM μπορούν να προκληθούν από αντιγόνο Tn συζευγμένο με TMV. Η παρουσίαση των καρκινικών επιτόπων σε ικριώματα με βάση τον ιό επιτρέπει σε αυτούς τους αυτο-επιτόπους να παρουσιάζονται σε ένα μη εγγενές μοριακό περιβάλλον, το οποίο είναι μια πολλά υποσχόμενη στρατηγική για την υπέρβαση της αυτοανοχής.

3.4.3. Εμβόλια για νευρολογικές παθήσεις και εθισμό

Τα VLPs έχουν χρησιμοποιηθεί ως νανοδομές για την εμφάνιση της αμυλοειδούς πρωτεΐνης βήτα (Α), η οποία έχει συνδεθεί με την εξέλιξη της νόσου του Αλτσχάιμερ. Ελλείψει ανοσοενισχυτικού, ο ιός των θηλωμάτων και τα Q VLP που περιέχουν αντιγόνα Α προκάλεσαν αντισώματα αντι-Α με περιορισμένες αποκρίσεις Τ κυττάρων. Οι υποκατηγορίες αντισωμάτων διέφεραν ανάλογα με το αν χρησιμοποιήθηκε ολόκληρο το αντιγόνο ή τα πεπτιδικά αντιγόνα [13].

Ένα πιθανό εμβόλιο εθισμού στη νικοτίνη αναπτύχθηκε πρόσφατα χρησιμοποιώντας ένα εικοσαεδρικό καψίδιο 30 nm του βακτηριοφάγου Q που έχει τροποποιηθεί χημικά για να εμφανίζει τη νικοτίνη με πολυσθενή τρόπο. Η πολυδύναμη και σωματιδιακή φύση του εμβολίου με βάση το Q διεγείρει την παραγωγή αντισωμάτων εξουδετέρωσης της αντινικοτίνης, μειώνοντας τα επίπεδα νικοτίνης στο αίμα και περιορίζοντας τη μεταφορά μέσω του αιματοεγκεφαλικού φραγμού.

---

Τεστ LO 1.1

---

Βιβλιογραφία

1. Alimardani V., Abolmaali S. and Tamaddon A. (2021). Recent Advances on Nanotechnology-Based Strategies for Prevention, Diagnosis, and Treatment of Coronavirus Infections. Hindawi J of Nanomaterials, Article ID 9495126, 1-20.
2. Awate S., Babiuk L and Mutwiri G. (2013). Mechanisms of action of adjuvants. Front Immunol, 4, 114.
3. Aydogdu M., Altun E., Chung E., Ren G., Homer-Vanniasinkam S., Chen B and Edirisinghe M. (2021). Surface interactions and viability of coronaviruses. J. R. Soc. Interface, 18, 20200798.
4. Azizgolshani O., Garmann R., Cadena-Nava R., Knobler C and Gelbart W. (2013). Reconstituted plant viral capsids can release genes to mammalian cells.Virology, 441, 12–17.
5. Boopathi, PomaA and Kolandaivel P. (2020). Novel 2019 coronavirus structure, mechanism of action, antiviral drug promises and rule out against its treatment. J Biomol Struct Dyn,39, 9, 1-10.
6. British Standards Institution. (2007). Terminology for Nanomaterials, Publicly Available Specification BS PAS 136, British Standards Institution, London.
7. Brown W., Mastico R., Wu M, Heal K and Adams C. (2002). RNA bacteriophage capsid-mediated drug delivery and epitope presentation. Intervirology, 45, 371–380.
8. Cagno V., Andreozzi P., Alicarnasso M., Silva P., Mueller M., Galloux M., Goffic R., et al. (2018). Broad-spectrum non-toxic antiviral nanoparticles with a virucidal inhibition mechanism. Nature Mater, 17, 195–205.
9. Cao J., Guenther R., Sit T., Opperman C., Lommel S and Willoughby J. (2014). Loading and release mechanism of Red clover necrotic mosaic virus derived plant viral nanoparticles for drug delivery of doxorubicin. Small, 10, 5126–5136.
10. Carter J. and Saunders.V. (2007). Virology. Principales and applications, John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate, Chichester,West Sussex PO19 8SQ, England.
11. Cascella M., Rajnik M., Cuomo A., Dulebohn S abd Di Napoli R. (2021). Features, evaluation and treatment coronavirus (COVID-19),” in Statpearls, StatPearls Publishing.
12. Caygill R., Blair G and Millner P. (2010). A review on viral biosensors to detect human pathogens. Anal. Chim. Acta, 681, 8–15.
13. Chackerian B. (2010). Virus-like particle based vaccines for Alzheimer disease. Hum Vaccines, 6, 926–930.
14. Chan J., Kok K., Zhu Z., Chu H., To K., Yuan S and Yuen K. (2020) Genomic characterization of the 2019 novel human-pathogenic coronavirus isolated from a patient with atypical pneumonia after visiting Wuhan. Emerg Microbes Infect, 9(1), 221-236.
15. Chan J., To K., Tse H., Jin D and Yuen K. (2013). Interspecies transmission and emergence of novel viruses: lessons from bats and birds. Trends Microbiol, 21(10), 544-55.
16. Chen L., Zhang X., Zhou G., Xiang X., Ji X., Zheng Z., He Z. and Wang H. (2012). Simultaneous determination of human enterovirus 71 and coxsackievirus B3 by dual-color quantum dots and homogeneous immunoassay. Anal. Chem, 84, 3200–3207.
17. Choi K., Kim K., Kwon I., Kim I. and Ahn H. (2012). Systemic delivery of siRNA by chimeric capsid protein: tumor targeting and RNAi activity in vivo. Mol Pharm, 10, 18–25.
18. Daniel M., Tsvetkova I., Quinkert Z., Murali A. and De M, (2010). Role of surface charge density in nanoparticle-templated assembly of bromovirus protein cages. ACS Nano,3853–3860.
19. Donskyi L., Druke M., Silberreis K., Lauster D., Ludwig K., Kuhne C., Unger W., et al. (2018). Interactions of fullerene-polyglycerol sulfates at viral and cellular interfaces. Small, 14, 1800189.
20. Douglas T., Strable E and Willits D. (2002). Protein engineering of a viral cage for constrained material synthesis. Adv Mater, 14, 415–418.
21. Everts M., Saini V., Leddon J., Kok R and Stoff-Khalili M. (2006). Covalently linked Au nanoparticles to a viral vector: potential for combined photothermal and gene cancer therapy. Nano Lett, 6, 587–591.
22. Garcea R. and Gissmann L. (2004). Virus-like particles as vaccines and vessels for the delivery of small molecules. Curr Opin Biotechnol,15, 513–517.
23. Guenther C., Kuypers B., Lam M., Robinson T., Zhao J, and Suh J. (2014). Synthetic virology: engineering viruses for gene delivery. WIRES Nanomed Nanobiotechnol,6, 548–58.
24. Gupta M., Vemula S., Donde R., Gouda G., Behera L., and Vadde R. (2021). In silico approaches to detect inhibitors of the human severe acute respiratory syndrome coronavirus envelope protein ion channel. J Biomol Struct Dyn, 39 (7):2617-2627.
25. Hasan A., Paray B., Hussain A., Qadir F., Attar F., Aziz F., and Falahati M. (2020). A review on the cleavage priming of the spike protein on coronavirus by angiotensin-converting enzyme-2 and furin. J Biomol Struct Dyn, 1-13.
26. Helmy Y., Fawzy M., Elaswad A., Sobieh A., Scott P., Kenney S. and Awad A. (2020). The COVID-19 Pandemic: A Comprehensive Review of Taxonomy, Genetics, Epidemiology, Diagnosis, Treatment, and Control. J. Clin. Med, 9.
27. Hovlid M., Lau J., Breitenkamp K. Higginson C. and Laufer B. (2014). Encapsidated atom-transfer radical polymerization in Qβ virus-like nanoparticles. ACS Nano, 8, 8003–8014.
28. Kirchdoerfer R., Cottrell, C., Wang, N., Pallesen, J., Yassine, H., Turner, H., Corbett, et al. (2016). Pre-fusion structure of a human coronavirus spike protein. Nature, 531(7592), 118–121.
29. Klinman D., Takeno M., Ichino M., Gu M., Yamshchikov G. (1997). DNA vaccines: safety and efficacy issues. Springer Semin Immunopathol, 19, 245–256.
30. Kwon O., Kang E., Choi J., Kim S. and Yun C. (2013). Therapeutic targeting of chitosan-PEG-folate-complexed oncolytic adenovirus for active and systemic cancer gene therapy. J Control Release, 169, 257–265.
31. Lee S., Krishnamurthy S., Cho C. and Yun Y. (2016). Biosynthesis of gold nanoparticles using ocimum sanctum extracts by solvents with different polarity, ACS Sustain. Chem. Eng. 4, 2651–2659.
32. Leleux J. and Roy K. (2013). Micro and nanoparticle-based delivery systems for vaccine immunotherapy: an immunological and materials perspective. Adv Healthc Mater, 2, 72–94.
33. Li F. (2016). Structure, function, and evolution of coronavirus spike proteins. Ann. Rev. of Virol., 3 (1), 237–261.
34. Lissenberg A., Vrolijk M., van Vliet A., Langereis M., de Groot-Mijnes J., Rottier, P. and de Groot R. J. (2005). Luxury at a Cost? Recombinant mouse hepatitis viruses expressing the accessory hemagglutinin esterase protein display reduced fitness in vitro. J Virol, 79(24), 15054–15063.
35. Luo K., Jung S., Park K. and Kim Y. (2018). Microbial biosynthesis of silver nanoparticles in different culture media, J. Agric. Food Chem. 66, 957–962.
36. Manayani D., Thomas D., Dryden K., Reddy V. and Siladi M. (2007). A viral nanoparticle with dual function as an anthrax antitoxin and vaccine. PLOS Pathog, 3, 1422–1431.
37. Masters P. (2006). The molecular biology of coronaviruses. Adv. Virus Res., 65(06), 193–292.
38. Millán J., Brasch M., Anaya-Plaza E., de la Escosura A. and Velders A. (2014). Self-assembly triggered by self-assembly: optically active, paramagnetic micelles encapsulated in protein cage nanoparticles. J Inorg Biochem, 136, 140–146.
39. Oh J. and Han D. (2020). Virus-Based Nanomaterials and Nanostructures. Nanomaterials, 10, 567.
40. Oswald M., Geissler S. and Goepferich A. (2017). Targeting the central nervous system (CNS): a review of rabies virus-targeting strategies, Mol. Pharm. 14, 2177–2196.
41. Pan H., Zhang P., Gao D., Zhang Y., Li P., Liu L., Wang C., et al. (2014) Noninvasive visualization of respiratory viral infection using bioorthogonal conjugated near infrared-emitting quantum dots, ACS Nano 8, 5468–5477.
42. Peabody D. (2003). A viral platform for chemical modification and multivalent display. J Nanobiotechnol, 1,
43. Pokorski J., Breitenkamp K., Liepold L., Qazi S. and Finn M. (2011). Functional virus-based polymer-protein nanoparticles by atom transfer radical polymerization. J Am Chem Soc, 133, 9242–9245.
44. Pokorski J. and Steinmetz N. (2011). The art of engineering viral nanoparticles. Mol Pharm, 8, 29–43.
45. Prasuhn D., Jr, Yeh R., Obenaus A., Manchester M. and Finn M. (2007). Viral MRI contrast agents: coordination of Gd by native virions and attachment of Gd complexes by azide-alkyne cycloaddition. Chem Commun, 2007,1269–1271.
46. Pushko P. and Pumpens P. (2013). Grens E. Development of virus-like particle technology from small highly symmetric to large complex virus-like particle structures. Intervirology, 56, 141–165.
47. Rhee J., Baksh M., Nycholat C., Paulson J., Kitagishi H. and Finn M. (2012). Glycan-targeted virus-like nanoparticles for photodynamic therapy. Biomacromolecules, 13, 2333–2338.
48. Roldao A., Mellado M., Castilho L., Carrondo M. and Alves P. (2010). Virus-like particles in vaccine development. Expert Rev Vaccines, 9, 1149–1176.
49. Rynda-Apple A., Patterson D. and Douglas T. (2014). Virus-like particles as antigenic nanomaterials for inducing protective immune responses in the lung. Nanomedicine, 9, 1857–1868.
50. Shen K., Yang Y. and Wang T. (2020). Diagnosis, treatment, and prevention of 2019 novel coronavirus infection in children: experts’ consensus statement World J Pediatr, 16(3), 223-231.
51. Shukla S., Ablack A., Wen A., Lee K., Lewis J. and Steinmetz N. (2013). Increased tumor homing and tissue penetration of the filamentous plant viral nanoparticle Potato virus X. Mol Pharm, 10, 33–42.
52. Simmons G., Gosalia D., Rennekamp A., Reeves J., Diamond S. and Bates P. (2005). Inhibitors of cathepsin L prevent severe acute respiratory syndrome coronavirus entry. PNAS, 102(33), 11876–11881.
53. Singh P., Prasuhn D., Yeh R., Destito G. and Rae C. (2007). Bio-distribution, toxicity and pathology of cowpea mosaic virus nanoparticles in vivo. J Control Release, 120, 41–50.
54. Steinmetz N. (2010). Viral nanoparticles as platforms for next-generation therapeutics and imaging devices. Nanomedicine, 6:634–641.
55. Strable E, Prasuhn D. Jr, Udit A., Brown S. and Link A. (2008). Unnatural amino acid incorporation into virus-like particles. Bioconjug Chem,19, 866–875.
56. Tharayil A., Rajakumari R., Kumar A., Choudhary M., Palit P. and Thomas S. (2021). New insights into application of nanoparticles in the diagnosis and screening of novel coronavirus (SARS-CoV-2). Emergent Materials, 4,101–117.
57. Udit A., Brown S., Baksh M. and Finn M. (2008). Immobilization of bacteriophage Qβ on metal-derivatized surfaces via polyvalent display of hexahistidine tags. J Inorg Biochem,102, 2142–2146.
58. Van Hemert M., Van Den Worm, S., Knoops K., Mommaas A., Gorbalenya A. and Snijder E. (2008). SARS-coronavirus replication/transcription complexes are membrane-protected and need a host factor for activity in vitro. PLoS Pathogens, 4(5).
59. Venkataram P. and Schmid M. (2012). Principles of Virus Structural Organization. Viral Molecular Machines,726, 17–47.
60. Virus taxonomy: the classification and comenclature of viruses, ICTV reports are freely available online: https://talk.ictvonline.org/ictv-reports/ictv_online_report/.
61. Walls A., Park Y., Tortorici M., Wall A., McGuire A. and Veesler D. (2020). Structure, function, and antigenicity of the SARS-CoV-2 Spike glycoprotein. Cell, 181(2), 281–212.
62. Wang,WangY., Ye D, and Liu Q. (2020). A review of the 2019 Novel Coronavirus (COVID-19) based on current evidence. Int J Antimicrob Agents, 55(6), 105948.
63. Wang Q., Li C., Zhang Q., Wang T., Li J., Guan W., Yu J., Liang M.and Li D. (2020). Interactions of SARS Coronavirus Nucleocapsid Protein with the host cell proteasome subunit p42. Virology J, 7(1), 99–98.
64. Wen A., Shukla S, Saxena P, Aljabali A. and Yildiz I. (2012). Interior engineering of a viral nanoparticle and its tumor homing properties. Biomacromol,13, 3990–4001.
65. Wen A., Wang Y., Jiang K., Hsu G. and Gao H. (2015). Shaping bio-inspired nanotechnologies to target thrombosis for dual optical-magnetic resonance imaging. J Mater Chem B, 3, 6037–6045.
66. White K., Jr P., Wang H., Jesus P., Manicassamy B., García-Sastre A., Chanda S., et al. (2018). Broad spectrum inhibitor of influenza A and B viruses targeting the viral nucleoprotein, ACS Infect. Dis, 4,146–
67. Wrapp D., Wang N., Corbett K., Goldsmith J., Hsieh C., Abiona O., Graham B. and McLellan J. (2020). Cryo-EM structure of the 2019-nCoV spike in the prefusion conformation. Science, 367(6483), 1260–1263.
68. Wu M., Brown W. and Stockley P. (1995). Cell-specific delivery of bacteriophage-encapsidated ricin A chain. Bioconjug Chem, 6, 587–595.
69. Yang M., Sunderland K. and Mao C. (2017). Virus-derived peptides for clinical applications. Chem. Rev, 117, 10377–10402.
70. Yildiz I., Shukla S. and Steinmetz N. (2011). Applications of viral nanoparticles in medicine. Curr Opin Biotechnol, 22, 901– 908.
71. Yildiz I., Lee K., Chen K., Shukla S. and Steinmetz N. (2013). Infusion of imaging and therapeutic molecules into the plant virus-based carrier cowpea mosaic virus: cargo-loading and delivery. J Control Release, 172, 568–578.
72. Zeng Q., Wen H., Wen Q., Chen X. and Wang Y. (2013). Cucumber mosaic virus as drug delivery vehicle for doxorubicin. Biomaterials, 34, 4632–4642.
73. Zhang Y., Ke X., Zheng Z., Zhang C., Zhang Z., Zhang F., Hu Q., et al. (2013). Encapsulating quantum dots into enveloped virus in living cells for tracking virus infection, ACS Nano, 7, 3896–3904.

Περίληψη

Στον παγκόσμιο αγώνα κατά του σοβαρού οξέος αναπνευστικού συνδρόμου-CoV-2 κάθε άτομο επηρεάζεται. Οι άνθρωποι καλούνται να προστατεύσουν τον εαυτό τους και τους άλλους. Αυτή η μάχη είναι πολύ πιο σοβαρή για την πρώτη γραμμή και ειδικά για τους εργαζόμενους στον τομέα της υγείας. Από αυτή την άποψη, ο ρόλος του εξοπλισμού ατομικής προστασίας σε αυτόν τον αγώνα είναι ουσιαστικός. Οι νανοτεχνικές λύσεις αντιπροσωπεύουν μια καινοτόμο προσέγγιση στην ιατρική. Τα νανοϋλικά αναφέρεται ότι διαθέτουν κάποια μοναδικά χαρακτηριστικά όπως το μικρό μέγεθος. Βελτιωμένη διαλυτότητα. προσαρμοστικότητα επιφάνειας, πολυλειτουργικότητα, αντιική/αντιβακτηριακή δράση, υδροφοβικότητα κ.λπ. Όλα αυτά ανοίγουν νέες ευκαιρίες για την ανάπτυξη καινοτόμων υφασμάτων και κλωστοϋφαντουργικών προϊόντων με δυνατότητα νανο, παρέχοντας αυξημένη προσωπική προστασία. Επιπλέον, η εφαρμογή επιφανειακών επικαλύψεων, φαρμάκων και εμβολίων που βασίζονται στη νανοτεχνολογία μπορεί να είναι μία από τις πιθανές λύσεις για τον περιορισμό της παγκόσμιας εξάπλωσης σοβαρών ιογενών ασθενειών.

Λέξεις/φράσεις κλειδιά: νανο-ενεργοποιημένο ΕΑΠ, SARS-CoV-2, μάσκες προσώπου, νανοϋλικά, μονοπάτια μετάδοσης ιών.

1. Εισαγωγή: SARS-Cov-2 – ο παράγοντας μόλυνσης της νέας νόσου COVID-19

Τον χειμώνα του 2019, μια νέα ιογενής ασθένεια ανακαλύφθηκε στη Γουχάν της Κίνας. Η έξαρση αυτής της νέας και άγνωστης ασθένειας ανάγκασε τους επιστήμονες να διευκρινίσουν άμεσα την επιδημιολογία και την αιτιολογία της και να αναλάβουν δράση για την καταπολέμησή της. Τα συμπτώματα που προκαλεί ο νέος ιικός παράγοντας σε μολυσμένους ανθρώπους έχουν περιγραφεί ως πυρετός, ξηρός βήχας, κακουχία, σπάνιες περιπτώσεις διάρροιας, χρόνια προβλήματα στους πνεύμονες [9, 22]. Αυτά τα συμπτώματα έχει αναφερθεί ότι είναι πολύ παρόμοια με εκείνα που προκαλούνται από προηγουμένως γνωστούς παθογόνους κοροναϊούς: SARS-CoV και MERS-CoV [58]. Αυτοί οι δύο βήτα κοροναϊοί έχουν αναφερθεί τα τελευταία 20 χρόνια ως αιτιολογικοί παράγοντες δύο ιικών εστιών: του σοβαρού οξέος αναπνευστικού συνδρόμου κορωνοϊού (SARS-CoV) – το 2002, στην επαρχία Γκουανγκντόνγκ της Κίνας [67] και του κορωνοϊού με το αναπνευστικό σύνδρομο της Μέσης Ανατολής ( MERS-CoV) – το 2012, στη Μέση Ανατολή [64].

Οι μελέτες του νέου ιογενούς παράγοντα ξεκίνησαν με την εμφάνιση των πρώτων κρουσμάτων στην Κίνα. Το πιο σημαντικό ερώτημα εκείνη την εποχή ήταν πώς εμφανίστηκε αυτός ο νέος ιός; Ωστόσο, έχουν προταθεί δύο αντίθετες θεωρίες. Ίσως η πιο κοινή εκδοχή για την προέλευση της νέας ασθένειας είναι ότι προέρχεται από τη χονδρική αγορά θαλασσινών και ζώων νερού στο Wuhan, στην επαρχία Hubei, στην Κίνα [45]. Οι δηλώσεις άλλων συγγραφέων αμφισβητούν τις υποθέσεις ότι η χονδρική αγορά θαλασσινών και ζώων είναι η μόνη πηγή της νόσου που ανακαλύφθηκε πρόσφατα και φέρνουν φως στην κύρια οδό μετάδοσης της νόσου: από άνθρωπο σε άνθρωπο [9, 22].

Οι φυλογενετικές αναλύσεις των γονιδιωμάτων του νέου κοροναϊού και εκείνων άλλων βήτα κορωνοϊών έδειξαν ταύτιση λιγότερο από 90%, και σύμφωνα με αυτό ο νέος αιτιολογικός παράγοντας της ιογενούς πνευμονίας έχει δηλωθεί ως νέος βήτα κορωνοϊός και ονομάστηκε 2019-nCoV. Η ασθένεια που προκαλείται από αυτόν τον ιικό παράγοντα ονομάστηκε για πρώτη φορά “μόλυνση του πνεύμονα με νέο κορωνοϊό” (NCIP) [68]. Οι μελέτες του νέου κορωνοϊού προχώρησαν παράλληλα με την εξάπλωσή του σε ολόκληρο τον κόσμο, μολύνοντας εκατομμύρια ανθρώπους. Με βάση τις πληροφορίες που ελήφθησαν, η Ομάδα Μελέτης Coronavirus (CGS) της Διεθνούς Επιτροπής για την Ταξινόμηση των Ιών (ICTV) ανακοίνωσε, στις αρχές Φεβρουαρίου 2020, τον πρόσφατα απομονωμένο παράγοντα μόλυνσης ως SARS-CoV-2 [19]. Ταυτόχρονα, ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας (ΠΟΥ) ονόμασε την ασθένεια που προκαλείται από αυτόν τον CoV ως COVID-19 (το CO προέρχεται από το “corona”, το VI προέρχεται από τον “ιό” και το D προέρχεται από “ασθένεια”) και ένα μήνα αργότερα , στις 11 Μαρτίου 2020 – το ξέσπασμα του SARS-CoV-2 ως παγκόσμια πανδημία [59].

2. Η εξάπλωση του SARS-CoV-2 και η ανάγκη για εξοπλισμό ατομικής προστασίας

2.1. Εμμονή σε διαφορετικές περιβαλλοντικές θέσεις

TΗ παγκόσμια και ταχεία εξάπλωση του SARS-CoV-2 τα τελευταία 2 χρόνια οδήγησε σε αύξηση των μελετών που στόχευαν να χαρακτηρίσουν και να καθορίσουν την ποικιλία των περιβαλλοντικών θέσεων όπου ο ιός θα μπορούσε να εμφανιστεί και να επιμείνει. Αυτή η γνώση είναι θεμελιώδης για τη συνειδητοποίηση των τρόπων μετάδοσης του ιού από τη μια και για την επινόηση αποτελεσματικών και αξιόπιστων στρατηγικών ελέγχου της νόσου, από την άλλη.

Η παρουσία του παράγοντα μόλυνσης από τον COVID-19 ή του γενετικού του υλικού στο υδάτινο περιβάλλον έχει αναφερθεί σε μεγάλο αριθμό μελετών, κάτι που έχει δηλωθεί ως αναμενόμενο λόγω της απρόσκοπτης πρόσβασης των μολυσμένων ατόμων σε περιβαλλοντικούς υδάτινους πόρους. Οι περιλήψεις των δεδομένων από μερικές μελέτες ανέφεραν την παρουσία ιικού RNA/ιικού ακέραιου σωματιδίου σε διαφορετικά κλινικά δείγματα όπως ούρα, πτύελα, νοσοκομειακά κόπρανα και άλλα, αν και τα ρινοφαρυγγικά δείγματα τέτοιων ασθενών ήταν αρνητικά, λίγες ημέρες μετά τη μόλυνση. Σύμφωνα με την ερευνητική ομάδα, αυτό θα μπορούσε τελικά να οδηγήσει σε αύξηση των ιικών τίτλων στα λύματα νοσοκομείων [1]. Ωστόσο, η παρουσία του SARS-CoV-2 σε δείγματα λυμάτων έχει αποδειχθεί επίσης σε αερολύματα από λύματα σε αντλιοστάσια εγκαταστάσεων κατά τη διάρκεια δραστηριοτήτων επεξεργασίας [17, 65]. Η περίοδος επιμονής του μολυσματικού παράγοντα στο νερό και τα λύματα έχει αναφερθεί ότι είναι 4,5 έως 6 ημέρες ανάλογα με τους περιβαλλοντικούς παράγοντες [18].

Άλλες πηγές βιώσιμων σωματιδίων ιού έχουν επίσης αναφερθεί σε δείγματα αέρα διαφορετικής προέλευσης [28, 29], δείγματα τροφίμων [12] και δείγματα νερού βρύσης [7, 30]. Το έδαφος είναι ίσως η λιγότερο μελετημένη περιβαλλοντική θέση ως αποθήκη του SARS-CoV-2. Ωστόσο, έχει αναφερθεί η παρουσία ιικού RNA σε δείγματα εδάφους, που συλλέγονται κοντά σε νοσοκομεία, όπου έχουν εισαχθεί για θεραπεία ασθενείς που έχουν μολυνθεί με SARS-CoV-2 [66].

2.2. Παρουσία και επιμονή μολυσματικών ιών, συμπεριλαμβανομένου του SARS-CoV-2, σε διαφορετικές άψυχες επιφάνειες

Η εξάπλωση του SARS-CoV-2 σε διάφορες περιβαλλοντικές θέσεις αποτελεί βασική προϋπόθεση για την εύκολη και γρήγορη μόλυνση πολλών ανθρώπων ταυτόχρονα. Η οδός μετάδοσης από άτομο σε άτομο επισημαίνεται ως μία από τις πιο επεμβατικές [9].

Ωστόσο, το τεκμήριο της αυτομόλυνσης μετά από επαφή με μολυσμένες από ιούς ξηρές επιφάνειες πρέπει επίσης να δοθεί προσοχή. Αυτός ο εναλλακτικός τρόπος μετάδοσης έχει προταθεί στο παρελθόν για άλλους τύπους ιών, πολύ πριν από την πανδημία COVID-19 [32]. Σε μια έρευνα που δημοσιεύθηκε το 2000, οι Sizun et al. έχουν συγκρίνει την επιβίωση δύο στελεχών του ανθρώπινου κοροναϊού (HCoV) σε διάφορες επιφάνειες και έχουν βρει ότι μπορούν να επιμείνουν σε αλουμίνιο, γάντια λατέξ και σφουγγάρια βαμβακερής γάζας για λίγες ώρες [48]. Οι πιθανές πηγές μετάδοσης διάφορων νοσοκομειακών ιών (SARS, coxsackie, influenza, rhinoviruses, κ.λπ.) μέσω μόλυνσης διαφορετικών επιφανειών έχουν επίσης συνοψιστεί και συνήχθη το συμπέρασμα ότι είναι σε θέση να επιμείνουν σε αυτούς για μερικές ημέρες [27]. Μια παρόμοια έρευνα, που αποκαλύπτει τη δυνατότητα του μεταπνευμοϊού των πτηνών και του ιού της γρίπης των πτηνών να επιβιώσει σε διαφορετικά στερεά, έχει επίσης δημοσιευτεί. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα βιώσιμα ιικά σωματίδια θα μπορούσαν να απομονωθούν έως και την 9η ημέρα από μη πορώδεις επιφάνειες, μετά από μόλυνση του στερεού [53]. Η δυνατότητα του ιού της γρίπης (H1N1) να διατηρήσει τη βιωσιμότητά του σε στερεά από ανοξείδωτο χάλυβα έχει μελετηθεί και τα αποτελέσματα έδειξαν ότι θα μπορούσε να ανιχνευθεί μετά από 7 ημέρες [40]. Έχουν επίσης δημοσιευτεί δεδομένα σχετικά με τη σταθερότητα των κοροναϊών, που ευθύνονται για δύο ιικές επιδημίες τις τελευταίες δύο δεκαετίες (SARS-Co-V και MERS-CoV), σε διαφορετικές επιφάνειες. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι ιοί θα μπορούσαν να επιμείνουν σε στερεά όπως μέταλλα, γυαλί ή πλαστικό για 9 ημέρες [13, 25, 37].

Το ξέσπασμα του SARS-CoV-2 ανάγκασε τους επιστήμονες να μελετήσουν αμέσως τη δυνατότητα του ιού να παραμείνει και να παραμείνει σε διαφορετικές επιφάνειες που θα μπορούσαν να χρησιμεύσουν ως πηγή μόλυνσης. Αυτό το δυναμικό έχει προταθεί λόγω της ομοιότητας του SARS-CoV-2 με τους παθογόνους κοροναϊούς που περιγράφηκαν προηγουμένως. Έχουν αναφερθεί δεδομένα σχετικά με τη σταθερότητα του ιού σε τέσσερις διαφορετικές άψυχες επιφάνειες [55]. Έτσι, αποκαλύφθηκε η ικανότητα του SARS-CoV-2 να επιβιώνει σε ανοξείδωτο χάλυβα, χαλκό, πλαστικό και χαρτόνι. Ένας άλλος πιθανός τρόπος μετάδοσης του SARS-Co-V έχει προταθεί από τους Ren και Tang – μέσω νομισμάτων και τραπεζογραμματίων [44]. Εκείνη την εποχή, δεν είχαν δημοσιευθεί πειραματικά δεδομένα σχετικά με τη δυνατότητα του ιού να παραμείνει σταθερό σε χαρτί τραπεζογραμματίων. Τέτοιες υποθέσεις έχουν βασιστεί στα αποτελέσματα από μελέτες σταθερότητας του SARS-CoV-2 σε εκτυπωτή και λεπτό χαρτί [55]. Σε μια πρόσφατη μελέτη, δημοσιεύθηκαν δεδομένα σχετικά με τα τραπεζογραμμάτια ως δεξαμενή βιώσιμων ιικών σωματιδίων. Έδειξαν ότι μετά από 24 ώρες σε θερμοκρασία δωματίου δεν έχουν εντοπιστεί βιώσιμα σωματίδια ιού στα τραπεζογραμμάτια. Ωστόσο, έχει αναφερθεί μεγαλύτερη σταθερότητα του ιού στις τραπεζικές κάρτες, αφού ανιχνεύθηκαν βιώσιμα σωματίδια ιού μετά από 48 ώρες [35].

Η μακροπρόθεσμη βιωσιμότητα των παθογόνων ιών, συμπεριλαμβανομένου του SARS-CoV-2, σε διαφορετικά στερεά, τραπεζικές κάρτες και άλλες αδρανή επιφάνειες και τα υψηλά επίπεδα μετάδοσής τους από αεροζόλ, από άτομο σε άτομο και άλλους γνωστούς τρόπους, οδηγούν σε δύο σημαντικά ζητήματα: i) πώς ένα άτομο θα μπορούσε να προστατευτεί από αυτούς τους ιούς και ii) πώς μπορεί να περιοριστεί η μαζική εξάπλωση των ιών.
Η εφαρμογή διαφορετικών απολυμαντικών παραγόντων και η χρήση εξοπλισμού ατομικής προστασίας (ΕΑΠ) είναι μεταξύ των πιθανών λύσεων.

2.3. Εξοπλισμός ατομικής προστασίας – συστάσεις του ΠΟΥ

Ο εξοπλισμός ατομικής προστασίας θεωρείται η τελευταία γραμμή προσωπικής άμυνας [15]. Η βασική ιδέα της χρήσης ΕΑΠ έχει δύο κύριες πτυχές:

• για την προστασία του ατόμου από διάφορους παράγοντες κινδύνου κατά τη διάρκεια της εργασίας·
• για την προστασία άλλων ανθρώπων από λοιμώξεις που μεταδίδονται μέσω σταγονιδίων αέρα.

Υπό το πρίσμα της πανδημίας COVID-19, αυξήθηκε η ανάγκη για περισσότερες γνώσεις σχετικά με τους τρόπους περιορισμού της εξάπλωσης του ιικού παράγοντα και μείωσης του αριθμού των μολυσμένων ατόμων. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, ο αιτιολογικός παράγοντας του COVID-19 και άλλων νοσοκομειακών ιών, συμπεριλαμβανομένων των SARS-CoV και MERS-CoV, θα μπορούσε να μεταδοθεί με διαφορετικούς τρόπους: από άτομο σε άτομο, μέσω σταγονιδίων σάλιου (Εικ. 1), μέσω της επαφής επιφάνειες μολυσμένες από ιούς κ.λπ.

Σχήμα 1. Μετάδοση του SARS-CoV 2 μέσω σταγονιδίων σάλιου.

Λόγω αυτής της ποικιλίας τρόπων μετάδοσης, ο ΠΟΥ αναγκάστηκε να δημοσιεύσει μια προσωρινή οδηγία – Ορθολογική χρήση ατομικού προστατευτικού εξοπλισμού για τη νόσο του κορωνοϊού 2019 (COVID-19) στις 27 Φεβρουαρίου 2020, αμέσως μετά την εμφάνιση των πρώτων κρουσμάτων SARS-CoV- 2 μολυσμένα άτομα. Ο ρόλος αυτής της οδηγίας ήταν να δώσει στην κοινότητα πραγματικές και συγκεκριμένες συστάσεις για προσωπική και κοινωνική προστασία, δηλαδή την ορθολογική χρήση των ΕΑΠ. Μεταξύ των συγκεκριμένων συστάσεων στην καθοδήγηση, ήταν οι ακόλουθες [60]:

• να εκτελείτε συχνά την υγιεινή των χεριών με τρίψιμο χεριών με σκευάσματα που έχουν βάση το οινόπνευμα εάν τα χέρια δεν είναι εμφανώς βρώμικα ή με σαπούνι και νερό εάν τα χέρια είναι βρώμικα.
• Αποφυγή επαφής με τα μάτια, τη μύτη και το στόμα.
• άσκηση της αναπνευστικής υγιεινής με βήχα ή φτέρνισμα σε λυγισμένο αγκώνα ή χαρτομάντιλο και στη συνέχεια άμεση απόρριψη του χαρτομάντιλου·
• φοράτε ιατρική μάσκα εάν έχετε αναπνευστικά συμπτώματα και κάνετε υγιεινή των χεριών μετά την απόρριψη της μάσκας.
• τήρηση κοινωνικής απόστασης (τουλάχιστον 1 m) και παραμονή μακριά από άτομα με αναπνευστικά συμπτώματα.

Σύμφωνα με τη ρύθμιση, το προσωπικό και τον τύπο δραστηριότητας, ο ΠΟΥ έχει απαριθμήσει πρόσθετους τύπους ΕΑΠ που συνιστώνται για χρήση και εφαρμογή (Πίνακας 1) [60]:

Τραπέζι 1. Κατάλογος ΕΑΠ που προτείνει ο ΠΟΥ.

Σύνθεση	Προσωπικό-στόχος ή ασθενείς	Δραστηριότητα	Τύπος ΕΑΠ
Εγκαταστάσεις υγειονομικής περίθαλψης
Εσωτερικές εγκαταστάσεις
Δωμάτιο ασθενών	Εργαζόμενοι στον τομέα της υγείας	Παροχή άμεσης φροντίδας σε ασθενείς με COVID-19.	Ιατρική μάσκα Φόρεμα Γάντια Προστασία ματιών (γυαλιά ή ασπίδα προσώπου).
		Διαδικασίες παραγωγής αερολύματος που πραγματοποιούνται σε ασθενείς με COVID-19.	Αναπνευστήρας N95 ή πρότυπο FFP2, ή ισοδύναμο. Φόρεμα Γάντια Προστασία ματιών Ποδιά
	Καθαριστές	Είσοδος στην αίθουσα ασθενών με COVID-19.	Ιατρική μάσκα Φόρεμα Γάντια βαρέως τύπου Προστασία των ματιών (εάν υπάρχει κίνδυνος πιτσιλίσματος από οργανικά υλικά ή χημικά). Μπότες ή κλειστά παπούτσια εργασίας
	Επισκέπτες	Μπαίνοντας στο δωμάτιο ενός ασθενούς με COVID-19	Ιατρική μάσκα Φόρεμα Γάντια
Άλλοι χώροι διέλευσης ασθενών (π.χ. θάλαμοι, διάδρομοι).	Όλο το προσωπικό, συμπεριλαμβανομένων των εργαζομένων στον τομέα της υγείας.	Οποιαδήποτε δραστηριότητα που δεν περιλαμβάνει επαφή με ασθενείς με COVID-19.	Δεν απαιτείται ΕΑΠ
Διαλογή	Εργαζόμενοι στον τομέα της υγείας	Προκαταρκτικός έλεγχος που δεν περιλαμβάνει άμεση επαφή	Δεν απαιτείται ΕΑΠ
	Ασθενείς με αναπνευστικά συμπτώματα.	Οποιοσδήποτε	Διατηρήστε χωρική απόσταση τουλάχιστον 1 m. Παρέχετε ιατρική μάσκα εάν ανεκτή από τον ασθενή.
	Ασθενείς χωρίς αναπνευστικά συμπτώματα.	Οποιοσδήποτε	Δεν απαιτείται ΕΑΠ
Εργαστήριο	Τεχνικός εργαστηρίου	Χειρισμός αναπνευστικών δειγμάτων.	Ιατρική μάσκα Φόρεμα Γάντια Προστασία για τα μάτια (εάν υπάρχει κίνδυνος πιτσιλίσματος)
Διοικητικές περιοχές	Όλο το προσωπικό, συμπεριλαμβανομένων των εργαζομένων στον τομέα της υγείας.	Διοικητικές εργασίες που δεν περιλαμβάνουν επαφή με ασθενείς με COVID-19.	Δεν απαιτείται ΕΑΠ
Εξωτερικά ιατρεία
Αίθουσα διαβουλεύσεων	Εργαζόμενοι στον τομέα της υγείας	Φυσική εξέταση ασθενούς με αναπνευστικά συμπτώματα.	Ιατρική μάσκα Φόρεμα Γάντια Προστασία ματιών
	Εργαζόμενοι στον τομέα της υγείας	Φυσική εξέταση ασθενών χωρίς αναπνευστικά συμπτώματα.	ΕΑΠ σύμφωνα με τις τυπικές προφυλάξεις και την αξιολόγηση κινδύνου.
	Ασθενείς με αναπνευστικά συμπτώματα.	Οποιοσδήποτε	Παρέχετε ιατρική μάσκα εάν είναι ανεκτή.
	Ασθενείς χωρίς αναπνευστικά συμπτώματα.	Οποιοσδήποτε	Δεν απαιτείται ΕΑΠ
	Καθαριστές	Μετά και μεταξύ συνεδριάσεων με ασθενείς με αναπνευστικά συμπτώματα.	Ιατρική μάσκα Φόρεμα Γάντια βαρέως τύπου Προστασία των ματιών (εάν υπάρχει κίνδυνος πιτσιλίσματος από οργανικά υλικά ή χημικά). Μπότες ή κλειστά παπούτσια εργασίας
Αίθουσα αναμονής	Ασθενείς με αναπνευστικά συμπτώματα.	Οποιοσδήποτε	Παρέχετε ιατρική μάσκα εάν είναι ανεκτή.
	Ασθενείς χωρίς αναπνευστικά συμπτώματα.	Οποιοσδήποτε	Δεν απαιτείται ΕΑΠ
Διοικητικές περιοχές	Όλο το προσωπικό, συμπεριλαμβανομένων των εργαζομένων στον τομέα της υγείας.	Διοικητικά καθήκοντα	Δεν απαιτείται ΕΑΠ
Διαλογή	Εργαζόμενοι στον τομέα της υγείας	Προκαταρκτικός έλεγχος που δεν περιλαμβάνει άμεση επαφή	Δεν απαιτείται ΕΑΠ
	Ασθενείς με αναπνευστικά συμπτώματα.	Οποιοσδήποτε	Παρέχετε ιατρική μάσκα εάν είναι ανεκτή.
	Ασθενείς χωρίς αναπνευστικά συμπτώματα.	Οποιοσδήποτε	Δεν απαιτείται ΕΑΠ
Κοινότητα
Σπίτι	Ασθενείς με αναπνευστικά συμπτώματα.	Οποιοσδήποτε	Παρέχετε ιατρική μάσκα εάν είναι ανεκτή, εκτός εάν κοιμάμαι.
	Φροντιστής	Μπαίνοντας στο δωμάτιο του ασθενούς, αλλά δεν παρέχει άμεση φροντίδα ή βοήθεια.	Ιατρική μάσκα
	Φροντιστής	Παροχή άμεσης φροντίδας ή κατά το χειρισμό κοπράνων, ούρων ή αποβλήτων από ασθενή με COVID-19 τη φροντίδα στο σπίτι.	Γάντια Ιατρική μάσκα Ποδιά (αν υπάρχει κίνδυνος πιτσιλίσματος)
	Εργαζόμενοι στον τομέα της υγείας	Παροχή άμεσης φροντίδας ή βοήθειας σε ασθενή με COVID-19 στο σπίτι	Ιατρική μάσκα Φόρεμα Γάντια Προστασία ματιών
Δημόσιοι χώροι (π.χ. σχολεία, εμπορικά κέντρα, σιδηροδρομικοί σταθμοί).	Άτομα χωρίς αναπνευστικά συμπτώματα	Οποιοσδήποτε	Δεν απαιτείται ΕΑΠ
Σημεία εισόδου
Διοικητικές περιοχές	Ολο το προσωπικό	Οποιοσδήποτε	Δεν απαιτείται ΕΑΠ
Περιοχή διαλογής	Προσωπικό	Πρώτος έλεγχος (μέτρηση θερμοκρασίας) που δεν περιλαμβάνει απευθείας επαφή	Δεν απαιτείται ΕΑΠ
	Προσωπικό	Δεύτερος έλεγχος (δηλαδή, συνέντευξη από επιβάτες με πυρετό για κλινικά συμπτώματα που υποδηλώνουν COVID-19 ασθένεια και ιστορικό ταξιδιού).	Ιατρική μάσκα Γάντια
	Καθαριστές	Καθαρισμός του χώρου όπου ελέγχονται οι επιβάτες με πυρετό.	Φόρεμα ιατρικής μάσκας Γάντια βαρέως τύπου Προστασία των ματιών (εάν υπάρχει κίνδυνος πιτσιλίσματος από οργανικά υλικά ή χημικά). Μπότες ή κλειστά παπούτσια εργασίας
Περιοχή προσωρινής απομόνωσης	Προσωπικό	Είσοδος στην περιοχή απομόνωσης, αλλά όχι παροχή άμεσης βοήθειας.	Διατηρήστε χωρική απόσταση τουλάχιστον 1 m. Ιατρική μάσκα Γάντια
	Προσωπικό, εργαζόμενοι στον τομέα της υγείας	Βοήθεια επιβατών που μεταφέρονται σε υγειονομική περίθαλψη.	Ιατρική μάσκα Φόρεμα Γάντια Προστασία ματιών
	Καθαριστές	Καθαρισμός χώρου απομόνωσης	Ιατρική μάσκα Φόρεμα Γάντια βαρέως τύπου Προστασία των ματιών (εάν υπάρχει κίνδυνος πιτσιλίσματος από οργανικά υλικά ή χημικά). Μπότες ή κλειστά παπούτσια εργασίας
Ασθενοφόρο ή όχημα μεταφοράς	Εργαζόμενοι στον τομέα της υγείας	Μεταφορά ύποπτων ασθενών με COVID-19 στην δομή υγειονομικής περίθαλψης.	Ιατρική μάσκα Φόμπες Γάντια Προστασία ματιών
	Οδηγός	Εμπλέκεται μόνο στην οδήγηση του ασθενούς με ύποπτη νόσο COVID-19 και το διαμέρισμα του οδηγού είναι διαχωρισμένο από το ασθενής με COVID-19.	Δεν απαιτείται ΕΑΠ
		Βοήθεια στη φόρτωση ή εκφόρτωση ασθενούς με ύποπτη νόσο COVID-19.	Προστασία ματιών
		Καμία άμεση επαφή με ασθενή με ύποπτο COVID-19, αλλά κανένας διαχωρισμός μεταξύ οδηγού και ασθενούς διαμερίσματα.	Ιατρική μάσκα
	Ασθενής με ύποπτη νόσο COVID-19.	Μεταφορά στο παραπεμπτικό υγειονομικό κέντρο.	Ιατρική μάσκα εάν γίνεται ανεκτή
	Καθαριστές	Καθαρισμός μετά και μεταξύ της μεταφοράς ασθενών με ύποπτη νόσο COVID-19 στην παραπομπή υγειονομικής περίθαλψης.	Ιατρική μάσκα Φόρεμα Γάντια βαρέως τύπου Προστασία των ματιών (εάν υπάρχει κίνδυνος πιτσιλίσματος από οργανικά υλικά ή χημικά). Μπότες ή κλειστά παπούτσια εργασίας
Ειδικές εκτιμήσεις για τις ομάδες ταχείας αντίδρασης που βοηθούν στις έρευνες δημόσιας υγείας
Κοινότητα
Οπουδήποτε	Ερευνητές της ομάδας ταχείας αντίδρασης.	Συνέντευξη ύποπτων ή επιβεβαιωμένων ασθενών με COVID-19 ή των επαφών τους.	Χωρίς ΕΑΠ εάν γίνεται εξ αποστάσεως (π.χ. μέσω τηλεφώνου ή τηλεδιάσκεψης). Η εξ αποστάσεως συνέντευξη είναι η προτιμώμενη μέθοδος. Дистанционното интервю е препоръчителният метод
		Προσωπική συνέντευξη ύποπτων ή επιβεβαιωμένων ασθενών με COVID-19 χωρίς άμεση επαφή.	Ιατρική μάσκα
		Προσωπική συνέντευξη με ασυμπτωματικές επαφές ασθενών με COVID-19.	Δεν απαιτείται ΕΑΠ

Πηγή: Προσωρινή καθοδήγηση ΠΟΥ, 2020 [60]

Η εμφάνιση ενός συμβατικού κιτ ΕΑΠ φαίνεται στην Εικ. 2. Κάθε εξάρτημα του κιτ έχει τη συγκεκριμένη λειτουργία του στη συνολική προστασία. Οι συνδέσεις μεταξύ της περιοχής προστασίας στόχου και ενός συγκεκριμένου στοιχείου ΕΑΠ είναι οι εξής:

• Ολόσωμο – ολόσωμο κοστούμι, ποδιές και κολάν παπουτσιών.
• Μάτια – ασπίδα προσώπου, γυαλιά.
• Μύτη και στόμα – μάσκα προσώπου.
• Χέρια – γάντια.
• Κάλυμμα κεφαλιού – κουκούλας.

Οι πιο σημαντικές περιοχές του σώματος που πρέπει να προστατεύονται πλήρως είναι τα μάτια, η μύτη και το στόμα, επειδή αυτά είναι τα κύρια σημεία εισόδου για νοσοκομειακούς ιούς και ιούς που μεταδίδονται από τον αέρα που εισέρχονται στο ανθρώπινο σώμα, συμπεριλαμβανομένου του SARS-CoV-2.

Σχήμα 2. Τα εξαρτήματα ενός τυπικού κιτ ΕΑΠ.

3. Η συμβολή της νανοτεχνολογίας στον παγκόσμιο αγώνα κατά της νέας νόσου του κορωνοϊού

3.1. Η ευρεία έννοια της νανοτεχνολογίας

Οι ιογενείς λοιμώξεις και ασθένειες είναι δύσκολο να καταπολεμηθούν για διάφορους λόγους, μεταξύ των οποίων είναι οι γρήγορες ιογενείς μεταλλάξεις και η επακόλουθη εμφάνιση νέων παραλλαγών και στελεχών. Η έλλειψη αξιόπιστης θεραπείας προκάλεσε τους επιστήμονες να αναπτύξουν νέα φάρμακα που θα μπορούσαν να είναι αποτελεσματικά ενάντια σε μεγάλο αριθμό ιών [24]. Ο περιορισμός αυτής της προσέγγισης είναι ότι χρειάζεται μεγάλο χρονικό διάστημα για να χαρακτηριστούν αποτελεσματικά και ασφαλή για χρήση τα πρόσφατα αναπτυγμένα φάρμακα [10]. Έτσι, η προσοχή έχει επικεντρωθεί στην πρόληψη και την εφεύρεση εναλλακτικών προσεγγίσεων, σχεδιασμένων να δρουν σε διαφορετικό στάδιο του κύκλου ζωής του ιού και κατά συνέπεια να επηρεάζουν αποτελεσματικά την εξάπλωση και την ανάπτυξη ιογενών λοιμώξεων [33]. Από αυτή την άποψη, αυτό είναι ακριβώς το μέρος για να τονιστεί ο ρόλος της νανοτεχνολογίας ως μια πολλά υποσχόμενη προσέγγιση για την καταπολέμηση των ιογενών ασθενειών.

Η βασική ιδέα του κλάδου επιστήμης της Νανοτεχνολογίας έχει δοθεί από τον βραβευμένο με Νόμπελ φυσικής, Richard P. Feynman στη διάλεξή του: «Υπάρχει αρκετός χώρος στο κάτω μέρος» το 1959 κατά τη διάρκεια μιας συνάντησης της Αμερικανικής Εταιρείας Φυσικής [16]. Γενικά, η νανοτεχνολογία μπορεί να οριστεί ως «ο σχεδιασμός και η εφαρμογή πολλών υλικών και συσκευών όπου τουλάχιστον μία διάσταση είναι μικρότερη από 100 νανόμετρα» [8]. Η ανάπτυξη της νανοτεχνολογίας είναι γνωστό ότι είναι σε τρεις βασικές κατευθύνσεις [46]: νανοϋλικά, νανοσυσκευές και νανοσυστήματα.

Η κατεύθυνση που σχετίζεται με την ανάπτυξη και την εφεύρεση των νανοϋλικών είναι ίσως η πιο εξελισσόμενη επί του παρόντος. Για την πλήρη κατανόηση της έννοιας της νανοτεχνολογίας και των συναφών νανοσωματιδίων, είναι απαραίτητο να διευκρινιστεί η έννοια του όρου «νανο». Αποτελεί το ένα δισεκατομμυριοστό μέρος (10-9) ενός μέτρου, δηλαδή, ένα μέτρο έχει ένα δισεκατομμύριο νανόμετρα. Το μέγεθος των νανοσωματιδίων (NPs) μπορεί εύκολα να εξηγηθεί σε σύγκριση με διαφορετικά βιομόρια και άλλα μεγαλύτερα πράγματα όπως μια μπάλα του τένις για παράδειγμα (Εικ. 3). Είναι προφανές ότι το μέγεθος ενός καρκινικού κυττάρου είναι 100 έως 1000 – φορές μεγαλύτερο από το μέγεθος ενός νανοσωματιδίου. Το μέγεθος των ιικών σωματιδίων (συμπεριλαμβανομένου του SARS-CoV-2) είναι περίπου ίσο με αυτό των νανοσωματιδίων.

Εικόνα 3. Τα νανοσωματίδια και το μέγεθός τους.

Υπάρχουν διάφοροι λόγοι για τους οποίους τα νανοσωματίδια πρέπει να μελετηθούν εκτενώς. Από αυτή την άποψη, μερικές από τις πιο σημαντικές ιδιότητές τους θα μπορούσαν να οριστούν ως οι εξής [8]:

• μικρό μέγεθος;
• βελτιωμένη διαλυτότητα.
• προσαρμοστικότητα επιφάνειας?
• πολυλειτουργικότητα.

Όλες οι προαναφερθείσες ιδιότητες των νανοσωματιδίων τα καθιστούν εφαρμόσιμα σε θεραπεία στοχευμένη στον ιστό, εξατομικευμένη ιατρική, διάγνωση και πρόληψη ιογενών και βακτηριακών ασθενειών [49]. Εν συντομία, οι τομείς στους οποίους η νανοτεχνολογία μπορεί να είναι επωφελής είναι πολύ διαφορετικοί: ιατρική (ανάπτυξη και εφαρμογή φαρμάκων), οικολογία (απολύμανση νερού), τεχνικές εφαρμογές (τεχνολογίες πληροφοριών και επικοινωνιών) και ούτω καθεξής [4].

3.2. Η νανοτεχνολογία υπό το πρίσμα του COVID-19

Σύμφωνα με τους Campus et al. [8], οι μεγάλες δυνατότητες της νανοτεχνολογίας στον παγκόσμιο αγώνα κατά του SARS-CoV-2 θα μπορούσαν να πραγματοποιηθούν μέσω πέντε βασικών προσεγγίσεων (Εικ. 4):

1. Ανάπτυξη ΕΑΠ με νανο-ενεργοποιημένη
2. ανάπτυξη αντι-ιικών απολυμαντικών και επιφανειακών επικαλύψεων με βάση νανο, ικανών να συλλάβουν και να καταστρέψουν τα ιικά σωματίδια και έτσι να σταματήσουν την εξάπλωση.
3. την εφεύρεση νανο-αισθητήρων υψηλής εξειδίκευσης σχεδιασμένων για γρήγορη αναγνώριση του ιού και αναγνώριση της ανοσολογικής απόκρισης στο ανθρώπινο σώμα.
4. ανάπτυξη φαρμάκων με βάση νανο για θεραπεία-στόχο, απευθείας στους προσβεβλημένους πνεύμονες, για παράδειγμα. Τα νανο-βασισμένα φάρμακα θεωρείται ότι έχουν αυξημένη αποτελεσματικότητα, μειωμένη τοξικότητα και παρατεταμένη απελευθέρωση.
5. η εφεύρεση εμβολίων νανοβασισμένων.

Η επείγουσα ανάγκη για αποτελεσματική θεραπεία των ιογενών λοιμώξεων ανάγκασε τους επιστήμονες να μελετήσουν διαφορετικές φυσικές πηγές ενεργών ενώσεων όπως τα φυτικά εκχυλίσματα [5]. Ωστόσο, η απόδοση των περισσότερων από αυτά έχει θεωρηθεί ασθενής λόγω της κακής υδατοδιαλυτότητάς τους, της χαμηλής απόδοσης, της δύσκολης καλλιέργειας φυτών κ.λπ. Θεωρείται ότι για να αυξηθεί το θεραπευτικό αποτέλεσμα των φυτικών ενώσεων θα πρέπει να συνδυάζονται με υλικά με βάση νανο [41].

Η ανάπτυξη εμβολίων νέας γενιάς, βασισμένων σε νανοσωματίδια είναι μια άλλη πολλά υποσχόμενη προσέγγιση. Αυτά τα καινοτόμα εμβόλια έχουν θεωρηθεί ότι έχουν κάποια πλεονεκτήματα σε σχέση με τα συμβατικά, όπως αυξημένη παροχή αντιγόνου και διεγερμένη ανοσοαπόκριση [2].

Εικόνα 4. Τομείς εφαρμογής νανοτεχνολογίας.

Αρκετές μελέτες έχουν αναφέρει την εφαρμογή νανοσωματιδίων στην επιφανειακή κάλυψη για την προστασία από ιογενείς και βακτηριακές λοιμώξεις μέσω μιας αυτομολυντικής οδού [26, 36]. Ένα τέτοιο καινοτόμο προϊόν αναπτύχθηκε από τους Sisson και Hackemeyer και είχε τη δυνατότητα να εφαρμοστεί σε δημόσιες επιφάνειες με υψηλό κίνδυνο μόλυνσης από ιούς: κουμπιά ανελκυστήρα, λαβές θυρών κ.λπ. Το προϊόν με το όνομα NanoTouch είναι μια επίστρωση με βάση νανοκρυστάλλους ορυκτών που ενεργοποιείται από το φως (Εικ. 5). Οι εφευρέτες έχουν αποδείξει την αποτελεσματικότητα του προϊόντος έναντι διαφόρων ιών, συμπεριλαμβανομένου του SARS-CoV-2 [51].

Εικόνα 5. Αυτοκαθαριζόμενη επίστρωση επιφανειών με βάση νανο, εφευρέθηκε από την NanoTouch/nanoSeptic

Ωστόσο, η έννοια της στρατηγικής επιφανειακής επίστρωσης με βάση νανο στην καταπολέμηση παθογόνων μικροοργανισμών σχετίζεται στενά με τη στρατηγική των τεχνολογιών νανοβασισμένων για την απολύμανση και την υγιεινή. Έχουν αναφερθεί πληροφορίες σχετικά με τέτοια απολυμαντικά με βάση νανο, που περιέχουν κατασκευασμένες νανοδομές νερού [56]. Το κύριο πλεονέκτημά του είναι ότι το απολυμαντικό που εφαρμόζεται έχει μειώσει σημαντικά την ποσότητα των παθογόνων μικροοργανισμών μετά την εφαρμογή. Ένα άλλο πλεονέκτημα ήταν ότι η ποσότητα της δραστικής ένωσης που απαιτείται για την αποτελεσματική απολύμανση ήταν εξαιρετικά χαμηλή.

Ένα εμπορικά διαθέσιμο απολυμαντικό με βάση νανο έχει χρησιμοποιηθεί για την απολύμανση κτιρίων στο Μιλάνο κατά τη διάρκεια της επιδημίας του COVID-19. Η σύνθεση του προϊόντος βασίζεται σε νανοσωματίδια Ag και TiO2 και έχει αναπτυχθεί από την ιταλική εταιρεία νανοτεχνολογίας Nanotech Surface. Ο διευθυντής της εταιρείας ισχυρίστηκε ότι η καινοτόμος σύνθεση παρέχει ικανότητα «αυτοκαθαρισμού» για την επεξεργασμένη επιφάνεια για έως και δύο χρόνια [52].

Όπως όλες οι νέες προσεγγίσεις στον τομέα της υγειονομικής περίθαλψης, της θεραπείας και της πρόληψης, τα προϊόντα με βάση το νανο πρέπει να χαρακτηρίζονται ασφαλή και αποτελεσματικά πριν από την εφαρμογή τους σε κοινοτικό επίπεδο. Από αυτή την άποψη, οι βιομηχανικές εταιρείες νανοβιοτεχνολογίας πρέπει να δώσουν στέρεες απαντήσεις σε ορισμένα σοβαρά ζητήματα, που αφορούν την ασφάλεια και την αξιοπιστία των νανοπροϊόντων, την τιμή τους, τη νομική ρύθμιση κ.λπ. [8].

4. ΕΑΠ με δυνατότητα νανοτεχνολογίας

Η εύκολη, γρήγορη και παγκόσμια μετάδοση του παθογόνου κοροναϊού SARS-CoV-2 προκαλεί κάθε άτομο στη μάχη του/της με τον ιικό παράγοντα. Στην κατάσταση της παγκόσμιας πανδημίας, δύο από τα πιο σημαντικά ζητήματα είναι: πώς θα μπορούσε να σταματήσει ή τουλάχιστον να περιοριστεί η εξάπλωση του ιού και πώς οι άνθρωποι μπορούν να προστατευτούν από τη μόλυνση. Η καθημερινή χρήση προσωπικών μασκών και γαντιών σε όλο τον κόσμο έχει γίνει φυσιολογική ακόμη και σε ανοιχτούς χώρους όπου ο κίνδυνος μόλυνσης είναι εξαιρετικά υψηλός. Ωστόσο, όπως αναφέρεται παραπάνω (Πίνακας 1) ο τύπος ΕΑΠ που προτείνεται από τον ΠΟΥ θα μπορούσε να είναι διαφορετικός λόγω της τρέχουσας κατάστασης και του ποσοστού του υπάρχοντος κινδύνου.

Από αυτή την άποψη, η ποιότητα και η αποτελεσματικότητα των συμβατικών ΕΑΠ έχουν γίνει βασικό ζήτημα. Για παράδειγμα, πολλές μελέτες και αναφορές καταδεικνύουν τις αρνητικές επιπτώσεις της μακροχρόνιας χρήσης μάσκας προσώπου. Μερικά από τα πιο κοινά παράπονα αφορούν την αύξηση της βλάβης του δέρματος γύρω από την περιοχή της μάσκας προσώπου [14]. Έχουν αναφερθεί πρόσθετοι περιορισμοί στην παρατεταμένη χρήση συμβατικής μάσκας προσώπου, όπως αναξιόπιστη προστατευτική ικανότητα και δυσφορία κατά τη χρήση [43]. Αναφέρεται ότι οι παραδοσιακές μάσκες προσώπου παράγονται από υλικό που είναι αναποτελεσματικό στο να σταματήσει τα σωματίδια του ιού να φτάσουν στο στόμα και τη μύτη. Ο λόγος σχετίζεται με το μέγεθος των πόρων στη μάσκα (10-30 μm) και στην απόσταση μεταξύ των υφασμάτινων ινών που είναι πολύ μεγάλες για να αποφευχθεί η διείσδυση του ιικού σωματιδίου μήκους 100 nm. Για παράδειγμα, οι συμβατικές μάσκες που χρησιμοποιούνται από ιατρικό προσωπικό (χειρουργοί, νοσηλευτές, υγειονομικό προσωπικό, κ.λπ.) δεν παρέχουν επαρκή προστασία και τα σωματίδια μεγέθους έως και 80 nm μπορούν να περάσουν από αυτές. Οι μάσκες προσώπου N95 και FFP2 της παγκόσμιας αγοράς προστατεύουν από σωματίδια μεγαλύτερα από 100 nm [21]. Ωστόσο, ορισμένοι συγγραφείς ανέφεραν ότι εάν το μέγεθος των πόρων και η απόσταση μεταξύ των ινών της δομής μειωθούν, η αναπνοή θα μειωθεί σημαντικά. Οι συνέπειες μιας τέτοιας κατάστασης μπορεί να είναι πολύ σοβαρές, π.χ. αύξηση της θερμοκρασίας του σώματος και της αρτηριακής πίεσης [43].

Η ανάπτυξη και η κατασκευή καινοτόμων υλικών με βάση νανο μπορεί να είναι το κλειδί για την υπέρβαση όλων των προαναφερθέντων περιορισμών στην αποτελεσματικότητα και την ασφάλεια των ΕΑΠ. Αρκετές αναφορές έχουν δείξει ότι τα ΕΑΠ, τα οποία περιέχουν νανοϋλικά (μάσκες προσώπου, ποδιές, κ.λπ.) παρέχουν [50, 63]:

• καλύτερη άνεση
• αντοχή σε μικροοργανισμούς (παρέχουν προστασία από σωματίδια μικρότερα από 50 nm [11]·
• αυξημένη ασφάλεια σε διαφορετικούς χημικούς παράγοντες.
• υδροφοβικότητα;
• καμία αρνητική επίδραση στα υλικά.
• καμία αρνητική επίδραση στην αναπνοή.

Σύμφωνα με τους Campos et al., η εφαρμογή νανοϋλικού στην παραγωγή μάσκας προσώπου προσφέρει δύο σημαντικά πλεονεκτήματα: i) η μάσκα προσώπου δρα ταυτόχρονα ως φραγμός και αντιμικροβιακός παράγοντας, με αποτέλεσμα την απόφραξη και την καταστροφή των ιικών και βακτηριακών παθογόνων. ii) μείωση του κινδύνου αυτομόλυνσης του χρήστη κατά τη διαδικασία του γδυσίματος [8]. Επιπλέον, τα ιικά σωματίδια αδρανοποιούνται μετά την επαφή με τη νανο-επιφάνεια των μασκών, δηλαδή η χρήση τέτοιων ΕΑΠ είναι περιβαλλοντικά ασφαλής.

Ορισμένα από τα διπλώματα ευρεσιτεχνίας για την κατασκευή νανοϋλικών που περιέχουν ΕΑΠ παρουσιάζονται στον Πίνακα 2.

Πίνακας 2. Διπλώματα ευρεσιτεχνίας για την παραγωγή ΕΑΠ με νανο-ενεργοποίηση.

ΕΑΠ	Όνομα του προϊόντος	Εφαρμογή νανοϋλικού	Κατασκευαστική εταιρεία
Μάσκες
1.	Χειρουργικές Μάσκες-ESpin Technologies	Χρήση νανοϊνών για την αφαίρεση σωματιδίων	ESpin Technologies, Inc.-ΗΠΑ
2.	Μάσκες Defencer Series-Respirator	Η μάσκα προσώπου έχει νανοσωματίδια αργύρου και χαλκού δρα ως μείγμα με αντιμικροβιακή δράση	Nexera Medical-Καναδάς
3.	The Guardian (βαλβίδα)- επαναχρησιμοποιήσιμο	Η μάσκα βαλβίδας έχει νανοσωματίδια αργύρου και χαλκού που δρουν ως μείγμα με αντιμικροβιακή δράση	Nexera Medical-Καναδάς
4.	Μάσκες The Guardian- επαναχρησιμοποιούμενες	Η μάσκα βαλβίδας έχει νανοσωματίδια αργύρου και χαλκού που δρουν ως μείγμα με αντιμικροβιακή δράση	Nexera Medical-Καναδάς
5.	MVX Nano Mask	Μια αυτοκαθαριζόμενη χειρουργική μάσκα που περιέχει νανοσωματίδια τιτανίου και ζεόλιθου αργύρου	MVX Prime Ltd.
Γάντια
1.	Γάντια Καθημερινής Προστασίας L	Ένα προϊόν που περιέχει νανοσωματίδια αργύρου και τις δραστικές ενώσεις θειαβενδαζόλη και ψευδάργυρο πυριθειόνη	Mapa Spontex- Ηνωμένο Βασίλειο
2.	PADYCARE®	Προϊόν επικαλυμμένο με νανοσωματίδια αργύρου με αντιβακτηριδιακή δράση	TEXAMED® GmbH-Γερμανία
3.	Γάντια πλυσίματος χλωρεξιδίνης	Ένα προϊόν που περιέχει νανοσωματίδια αργύρου και 2% χλωρεξιδίνη. τα αντιβακτηριακά αποτελέσματα διαρκούν πολλές ώρες μετά τη χρήση	GAMA HEALTHCARE LTD.

Πηγή: Campos et al., 2020 [8]

Τα νανοϋλικά περιλαμβάνουν κάθε υλικό που περιέχει μια «νανο» δομή: νανοουίσκι, νανοΐνες και νανοσωματίδια.

4.1. Νανοουίσκοι (Nanowhiskers)

Είναι γνωστό ότι η υδροφοβικότητα είναι ένα σημαντικό χαρακτηριστικό των νεοσχεδιασμένων νανο-υλικών. Στο νανοκατασκευασμένο ΕΑΠ, η υδροφοβικότητα έχει επιτευχθεί με τη χρήση εξαιρετικά μικροσκοπικών ινών υδρογονανθράκων, γνωστών ως nanowhiskers (Εικ. 6). Τα νανομουστάκια είναι υπεύθυνα για την αύξηση της επιφανειακής τάσης του υφαντικού υλικού και συνεπώς, για τη μείωση της ικανότητάς του να προσροφάει σταγονίδια και άλλα μικρά μόρια [8].

4.2. Νανοΐνες

Μια πολλά υποσχόμενη στρατηγική στην κατασκευή μασκών προσώπου είναι η εφαρμογή νανοϊνών. Μια τέτοια καινοτομία έχει κατοχυρωθεί με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας από τον [11]. Σύμφωνα με τον συγγραφέα, οι «νανοΐνες» μπορεί να είναι διαφορετικών τύπων: ηλεκτροϊνοποιημένες, πρωτεϊνικές, κυτταρίνης, βακτηριακές, ανόργανες, υβριδικές ή Οποιοσδήποτεδήποτε κατάλληλος συνδυασμός τους. Η μέση διάμετρος των νανοϊνών μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ 10 – 20 nm έως 400 – 1500 nm. Θεωρείται ότι η ικανότητα των νανοϊνών να λειτουργούν ως φράγμα για τα μικρά σωματίδια οφείλεται σε δύο συνδυασμένες διαδικασίες: i) σύλληψη των μικρών σωματιδίων από τις νανοΐνες και ii) κίνηση Brown των σωματιδίων. Έτσι, όσο μεγαλύτερη είναι η επιφάνεια των νανοϊνών, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η ικανότητα σύλληψης και προστασίας του στρώματος νανοϊνών. Το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για μια μάσκα προσώπου με επίστρωση νανοϊνών της Conlon [11] παρουσιάζεται στην Εικ. 7. Η μάσκα περιλαμβάνει τρία βασικά στρώματα που σημειώνονται ως 33, 36 και 39 μεταξύ των οποίων ενσωματώνονται τα τρία βασικά στρώματα. Κάθε βασικό στρώμα έχει τη δική του εσωτερική και εξωτερική επιφάνεια.

Εικόνα 6. Nanowhiskers προσαρτημένα σε μια υφαντική ίνα .

Στην κατάσταση μιας παγκόσμιας πανδημίας, οι άνθρωποι χρησιμοποιούν ΕΑΠ καθημερινά και μερικές φορές καθ’ όλη τη διάρκεια της ημέρας. Ως εκ τούτου, η διασφάλιση της φυσικής άνεσης όταν φοράτε ΕΑΠ είναι ένα ουσιαστικό ζήτημα. Η μακροχρόνια χρήση συμβατικών μασκών προσώπου οδήγησε σε ενόχληση και ερεθισμούς του δέρματος λόγω της αύξησης της θερμοκρασίας και της υγρασίας στην εσωτερική πλευρά της μάσκας. Επίσης, αυτές οι δύο συνθήκες αποτελούν προϋποθέσεις για αυξημένη μικροβιακή ανάπτυξη και ως εκ τούτου για αυξημένο κίνδυνο για την υγεία. Συχνά, η θερμική δυσφορία συνδέεται με το πάχος των μασκών. Οι Yang et al. [62] έχουν αναπτύξει μια μάσκα προσώπου που εξασφαλίζει τη θερμική άνεση του χρήστη. Η μάσκα αποτελείται από έναν συνδυασμό νανοϊνών, νανοπορώδους πολυαιθυλενίου και ένα στρώμα ασημιού. Οι συγγραφείς ανέφεραν ότι ένας τέτοιος καινοτόμος συνδυασμός έχει εξαιρετικό ψυκτικό αποτέλεσμα και προστατευτικές ικανότητες.

Εικόνα 7. Μάσκα προσώπου με στρώματα νανοϊνών.

4.3. Νανοσωματίδια

Μια άλλη πολλά υποσχόμενη στρατηγική στην κατασκευή μασκών προσώπου με βελτιωμένη προστατευτική ικανότητα είναι η εφαρμογή νανοσωματιδίων που ενσωματώνονται στο υφαντικό υλικό. Διάφορα υλικά μπορούν να χρησιμεύσουν ως μήτρα για την ενσωμάτωση νανοσωματιδίων: βαμβάκι, κυτταρίνη, πολυαμίδιο, πολυεστέρας, πολυαραμίδιο, πολυουρεθάνη κ.λπ. [8].

Singh et al. έχουν εξερευνήσει τις δυνατότητες ενός νανοσύνθετου υλικού, που ενσωματώνεται στο υλικό της μάσκας προσώπου για να προσδιορίσει το αντιιικό του δυναμικό. Το πρόσφατα κατασκευασμένο νανοϋλικό αποτελούνταν από κουκκίδες άνθρακα (C-dots) και πολυ(βινυλιδενοφθορίδιο) (PVDF) – C-dot-PVDF φιλμ [47]. Τα ληφθέντα αποτελέσματα έδειξαν ότι αυτό το νανοσύνθετο εξασφαλίζει υδροφοβικότητα στην επιφάνεια της μάσκας και έτσι βοηθά στη μείωση της υγρασίας. Τα χαμηλά επίπεδα υγρασίας της μάσκας μειώνουν τον κίνδυνο μικροβιακής μόλυνσης της. Επιπλέον, το προκύπτον νανοπορώδες υλικό δεν επηρέασε την αναπνοή μέσω της μάσκας και παρείχε πρόληψη έναντι σωματιδίων μεγέθους 100 nm και άνω (Εικ. 8).

Εικόνα 8. Μάσκα προσώπου με ενσωματωμένες μεμβράνες C-dot-PVDF.

Έχει αναφερθεί ότι τα νανοσωματίδια με βάση τον άνθρακα (για παράδειγμα το γραφένιο και το οξείδιο του γραφενίου) μπορούν να συνδεθούν με τα σωματίδια του ιού και έτσι να καταστρέψουν τις εξωτερικές δομές τους [23]. Η δυνατότητα τέτοιων νανοσωματιδίων γραφενίου (G) και νανοσωματιδίων οξειδίου του γραφενίου (G) ως όπλο κατά των αντιμικροβιακών αιτιολογικών παραγόντων έχει μελετηθεί. Νανοσωματίδια έχουν προστεθεί σε συμβατικά υλικά που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή ΕΑΠ (βαμβάκι και πολυουρεθάνη). Ένα διάλυμα που περιέχει ζωντανά ιικά σωματίδια (SARS-CoV-2) έχει φιλτραριστεί μέσω του νανο-επικαλυμμένου υλικού. Οι συγγραφείς ανακάλυψαν ότι μετά τη διήθηση η ικανότητα μόλυνσης των ιικών σωματιδίων έχει ανασταλεί σημαντικά ή πλήρως. Τα υλικά με βάση το νανο έχουν τη δυνατότητα να εμπλέκονται με επιτυχία στην καταπολέμηση σοβαρών ιογενών λοιμώξεων, συμπεριλαμβανομένου του SARS-CoV-2. Επιπλέον, σύμφωνα με άλλους συγγραφείς, η ενσωμάτωση του γραφενίου σε υφαντικά υλικά μπορεί να τα καταστήσει ισχυρότερα, πιο αγώγιμα και ανθεκτικά στη φωτιά, την τριβή και το υπεριώδες φως [6]. Διάφορες χημικές ουσίες, π.χ. θειούχο μολυβδαίνιο, οξείδιο του χαλκού, διοξείδιο του μαγγανίου, καρβίδιο του πυριτίου, κ.λπ., έχουν προστεθεί στα σύνθετα υλικά γραφενίου και η αντιμικροβιακή τους δράση έχει επίσης αποδειχθεί [42].

Μια άλλη επιλογή είναι τα μεταλλικά NP. Έχει αναφερθεί ότι ο μηχανισμός της αντιϊκής τους δράσης αποτελείται από τρία βασικά στάδια: i) παρεμπόδιση της εισόδου του ιού στο κύτταρο ξενιστή. ii) διέγερση αντιδραστικών ειδών οξυγόνου (ROS), ριζών και παραγωγής ιόντων που αδρανοποιεί τις βασικές λειτουργίες των ιικών σωματιδίων και iii) διέγερση του ανοσοποιητικού συστήματος του μακροοργανισμού [42]. Ο άργυρος και ο χαλκός είναι γνωστό ότι έχουν καθολική αντιμικροβιακή δράση. Αρκετές μελέτες, που συνοψίζονται από τους Campos et al., έχουν δείξει την επιτυχή ενσωμάτωση αυτών των μετάλλων σε διάφορα υφαντικά υλικά [8]. Για παράδειγμα, τα νανοσωματίδια αργύρου (που αποτελούνται από υβρίδιο πυριτίου) έχει αποδειχθεί ότι παρέχουν καλή αντιική δράση κατά του ιού της γρίπης όταν προστίθενται στα φίλτρα [39]. Τα νανοσωματίδια χαλκού που προστίθενται σε κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα έχουν επίσης αναφερθεί ότι επηρεάζουν τη δραστηριότητα του ιού διαφόρων ιών, συμπεριλαμβανομένου του SARS-CoV [69].

Τα πλεονεκτήματα και οι προοπτικές των υλικών νανο-μηχανικής για την παραγωγή ΕΑΠ είναι πολυάριθμα. Οι συνοπτικές πληροφορίες σχετικά με αυτά τα πλεονεκτήματα φαίνονται στο Σχήμα 9.

Εικόνα 9. Κύρια πλεονεκτήματα των ΕΑΠ με βάση νανο.

5. Ασφάλεια προϊόντων με βάση νανο

Οι δυνατότητες της νανοτεχνολογίας δεν περιορίζονται σε έναν μόνο τομέα. Εδώ, συζητείται η εφαρμογή των νανοσωματιδίων, των νανοϊνών και των nanowhiskers στην παραγωγή ΕΑΠ. Ωστόσο, η νανοτεχνολογία διαθέτει ευρύτερες δυνατότητες. Υπό το πρίσμα της επιδημίας COVID-19 και των μέσων για την καταπολέμηση της νόσου, οι κύριες επικεντρώσεις και ελπίδες είναι στα νέα επιστημονικά επιτεύγματα, συμπεριλαμβανομένου του τομέα της νανοτεχνολογίας. Η ανάπτυξη και οι τομείς εφαρμογών της νανοτεχνολογίας στην ιατρική (η λεγόμενη νανοϊατρική) μπορούν να ταξινομηθούν σε διάφορες κύριες κατευθύνσεις: διάγνωση, θεραπεία και πρόληψη ιογενών/βακτηριακών ασθενειών [8]. Εκτός από τα αναμφισβήτητα θετικά της νανοτεχνολογίας, υπάρχουν πολύ σημαντικά ζητήματα σχετικά με την ασφάλεια της εφαρμογής των νανοσωματιδίων, που πρέπει να ληφθούν υπόψη. Οι περιορισμοί στη χρήση προσεγγίσεων που βασίζονται σε νανοτεχνήματα στην ιατρική θα μπορούσαν να οφείλονται σε ορισμένες προκλήσεις, σχετικά με την κατασκευή, την εφαρμογή και την απελευθέρωσή τους με βιοασφάλεια στο περιβάλλον μετά τη χρήση. Οι κύριες πτυχές που αξίζουν ιδιαίτερης προσοχής θα μπορούσαν να ταξινομηθούν ως εξής [8]:

• αξιολόγηση της ασφάλειας εφαρμογής στο/στο ανθρώπινο σώμα– έχει αναφερθεί ότι ορισμένα νανοσωματίδια, π.χ. Ag NPs που ενσωματώνονται σε μάσκες προσώπου, μπορούν να προκαλέσουν βλάβη στο ανθρώπινο σώμα (στον πνεύμονα, την κυκλοφορία του αίματος και την καρδιά) εάν εισπνευστούν [20]. Παρόμοια δεδομένα έχουν αναφερθεί για την τοξικότητα των NPs TiO2 στους ανθρώπους και την καρκινογόνο δράση των νανοσωλήνων άνθρακα [31, 54]. Ως εκ τούτου, πρέπει να γίνουν πιο εις βάθος δοκιμές in vivo για να αποδειχθεί η ασφάλεια των νανοσωματιδίων για το ανθρώπινο σώμα πριν από την ενσωμάτωσή τους σε υλικά ή φάρμακα ΕΑΠ που βρίσκονται σε στενή επαφή με την εξωτερική/εσωτερική επιφάνεια του ανθρώπινου σώματος [8].
• αξιολόγηση της περιβαλλοντικής ασφάλειας– οι επιπτώσεις των ελεύθερα απελευθερωμένων νανοσωματιδίων σε διάφορες περιβαλλοντικές θέσεις πρέπει επίσης να ελέγχονται προσεκτικά. Για παράδειγμα, τα NP αργύρου και χαλκού έχουν αναφερθεί ότι προκαλούν σοβαρή τοξική βλάβη στο θαλάσσιο οικοσύστημα [3]. Τα ολοκληρωμένα δεδομένα για πιθανές αρνητικές επιπτώσεις είναι επί του παρόντος ανεπαρκή και πρέπει να βελτιωθούν [54].
• ανάπτυξη καθολικών πρωτοκόλλων για τον χαρακτηρισμό ευρέως φάσματος νανοϋλικών– βιολογικών, φυσικών, χημικών, κ.λπ. – σύμφωνα με τους Palmieri et al., την ευθύνη για αυτό πρέπει να αναλάβουν οι κυβερνήσεις και όλες οι κατασκευαστικές εταιρείες πρέπει να ακολουθούν τους αναφερόμενους κανόνες [ 38].
• υιοθέτηση ενιαίου ορισμού του όρου “νανοϋλικά” [57].
• προσεκτική αξιολόγηση των δυνατοτήτων των εργοστασίων παραγωγής να ανταποκρίνονται στις ανάγκες της αγοράς [8].

Η ανάγκη για αξιόπιστες λύσεις για την ανθρώπινη προστασία και τη θεραπεία ασθενειών είναι απαραίτητη. Από αυτή την άποψη, η νανοτεχνολογία μπορεί να έχει ένα πολύ λαμπρό μέλλον σε διάφορους τομείς της ιατρικής, συμπεριλαμβανομένης της παραγωγής ΕΑΠ.

---

Τεστ LO 1.2

---

Βιβλιογραφια

1. Adelodun B., Ajibade F.O., Tiamiyu A.G.O, Nwogwu N.A., Ibrahim R.G et al. (2021). Monitoring the presence and persistence of SARS-CoV-2 in water-food-environmental compartments: State of the knowledge and research needs. Environmental Research 200 111373; https://doi.org/10.1016/j.envres.2021.111373
2. Al-Halifa S., Gauthier L., Arpin D., Bourgault S. and Archambault D. (2019). Nanoparticle- based vaccines against respiratory viruses. Front Immunol.2019;10:22.
3. Baker T.J., Tyler C.R. and Galloway T.S. (2014). Impacts of metal and metal oxide nanoparticles on marine organisms, Environ. Pollut. 186 257–271.
4. Benelmekki, M. (2015). An introduction to nanoparticles and nanotechnology. Chapter 1. In: Designing Hybrid Nanoparticles. IOP Concise Physics. Morgan & Claypool Publishers
5. Ben-Shabat S., Yarmolinsky L., Porat D. and Dahan A. (2020). Antiviral effect of phytochemicals from medicinal plants: applications and drug delivery strategies. Drug Deliv. Transl. Res. 10:354–67.
6. Bhattacharjee S., Joshi R., Chughtai A.A. and Macintyre C.R. (2019). Graphene modified functional personal protective clothing, Adv. Mater. Interfaces 6, 1900622.
7. Bivins A., Greaves J., Fischer R., Yinda K.C., Ahmed,W., Kitajima M., Munster V.J. and Bibby K. (2020). Persistence of SARS-CoV-2 in water and wastewater. Environ. Sci. Technol. Lett. 7 (12), 937–942. https://doi.org/10.1021/acs.estlett.0c00730.
8. Campos E.V.R., Pereira A.E.S., de Oliveira J.L., Carvalho L.B., Guilger‑Casagrande M., de Lima R. and Fraceto L.F. (2020). How can nanotechnology help to combat COVID‑19? Opportunities and urgent need. Nanobiotechnol; 18:125, https://doi.org/10.1186/s12951-020-00685-4
9. Chan J.F-W, Yuan S., Kok K-H., et al. (2020). A familial cluster of pneumonia associated with the 2019 novel coronavirus indicating person-to-person transmission: a study of a family cluster. Lancet https://doi.org/10.1016/S0140-6736(20)30154-9.
10. Chen W-H, Strych U., Hotez P.J. and Bottazzi M.E. (2020). The SARS-CoV-2 vaccine pipeline: an overview. Curr Trop Med Rep. 7:61–4.
11. Conlon, M. (2014). A facemask having one or more nanofiber layers. 2014. https://paten ts.googl e.com/paten t/WO201 41430 39A1/en. Accessed 27 Apr 2020.
12. Dai M., Li H., Yan N., Huang J., Zhao L., Xu S., Wu J., Jiang S., Pan C. And Liao M. (2021). Long-term survival of SARS-CoV-2 on salmon as a source for international transmission. J. Infect. Dis. 223, 537–539. https://doi.org/10.1093/infdis/jiaa712.
13. Dowell S.F., Simmerman J.M., Erdman D.D., Wu J.S., Chaovavanich A., Javadi M., et al. (2004). Severe acute respiratory syndrome coronavirus on hospital surfaces. Clin Infect Dis; 39: 652e7.
14. Elston, D.M. (2020). Occupational skin disease among health care workers during the coronavirus (COVID-19) epidemic. J Am Acad Dermatol. 82: 1085–6.
15. Fact Sheet. Personal Protective Equipment for Engineered Nanoparticles. Sponsored by the AIHA® Nanotechnology Working Group, Date Reviewed: October 2018.
16. Feynman, R. P. (1960). There’s plenty of room at the bottom Engineering and Science 23 22–36
17. Gholipour S., Mohammadi F., Nikaeen M., Shamsizadeh Z., Khazeni A., Sahbaei Z.,Mousavi S.M., Ghobadian M. and Mirhendi H. (2021). COVID-19 infection risk from exposure to aerosols of wastewater treatment plants. Chemosphere 273, 129701. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.129701.
18. Giacobbo A., Rodrigues M.A.S., Ferreira J.Z., Bernardes A.M. and de Pinho, M.N. (2021). A critical review on SARS-CoV-2 infectivity in water and wastewater. What do we know? Sci. Total Environ. 145721 https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.145721
19. Gorbalenya A.E., Baker S.C., Baric R.S., de Groot R.J., Drosten C., Gulyaeva A.A., Haagmans B.L., Lauber C., Leontovich A.M., Neuman B.W.; Penzar, D., Perlman S., Poon L.L.M., Samborskiy, D.V., Sidorov I.A., Sola I. and Ziebuhr J. (2020). Coronaviridae Study Group of the International Committee on Taxonomy of Viruses. The Species Severe Acute Respiratory Syndrome-Related Coronavirus: Classifying 2019-nCoV and naming it SARS-CoV-2. Nat. Microbiol. 5, 536−544.
20. Hadrup N., Sharma A.K., Loeschner K. and Jacobsen N.R. (2020). Pulmonary toxicity of silver vapours, nanoparticles and fine dusts: a review, Regul. Toxicol. Pharmacol. 115, 104690.
21. Herron J.B.T., Hay-David A.G.C., Gilliam A.D. and Brennan P.A. (2020). Personal protective equipment and Covid 19—a risk to healthcare staff? Br J Oral Maxillofac Surg. 58(5):500–2.
22. Huang C., Wang Y., Li X., Ren L., Zhao J., Hu Y., Zhang L., et al. (2020). Clinical features of patients infected with 2019 novel coronavirus in Wuhan, China. Lancet 2020; 395: 497–506, https://doi.org/10.1016/S0140-6736(20)30183-5.
23. Innocenzi P. and Stagi L. (2020). Carbon-based antiviral nanomaterials: graphene, C-dots, and fullerenes. A perspective. Chem Sci. 2020;11(26):6606–22.
24. Jackman J.A., Lee J. and Cho N-J. (2016). Nanomedicine for infectious disease applications: innovation towards broad-spectrum treatment of viral infections. Small, 12:1133–9.
25. Kampf G., Todt D., Pfaender S. and Steinmann E. (2020). Persistence of coronaviruses on inanimate surfaces and their inactivation with biocidal agents. J. Hosp. Infect. 104, 246–251. https://doi.org/10.1016/j.jhin.2020.01.022.
26. Karunanayake L.I., Waniganayake Y.C., Gunawardena K.D.N., Padmaraja S.A.D., Peter D., Jayasekera R., et al. (2019). Use of silicon nanoparticle surface coating in infection control: experience in a tropical healthcare setting. Infect Dis Health. 24:201–7.
27. Kramer A., Schwebke I. and Kampf G., (2006). How long do nosocomial pathogens persist on inanimate surfaces? A systematic review. BMC Infect. Dis. 6, 130. https://doi.org/ 10.1186/1471-2334-6-130.
28. Lednicky J.A., Lauzardo M., Alam M.M., Elbadry M.A., Stephenson C.J., Gibson J.C. and Morris J.G. (2021). Isolation of SARS-CoV-2 from the air in a car driven by a COVID patient with mild illness. Int. J. Infect. Dis. 103108. https://doi.org/10.1016/j.ijid.2021.04.063.
29. Lednicky J.A., Lauzard M., Fan Z.H., Jutla A., Tilly T.B., Gangwar M., Usmani M., et al. (2020). Viable SARS-CoV-2 in the air of a hospital room with COVID-19 patients. Int. J. Infect. Dis. 100, 476–482. https://doi.org/10.1016/j.ijid.2020.09.025
30. Lee Y.J., Kim J.H., Choi B.S., Choi J.H. and Jeong Y.I. (2020). Characterization of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 stability in multiple water matrices. J. Kor. Med. Sci. 35, 1–5. https://doi.org/10.3346/jkms.2020.35.e330.
31. Luo Z., Li Z., Xie Z., Sokolova I.M, Song L., Peijnenburg W.J.G.M., Hu M. and Wang Y. (2020). Rethinking nano‐TiO2 safety: overview of toxic effects in humans and aquatic animals, Small 2002019.
32. Mahl M.C. and Sadler C. (1975). Virus survival on inanimate surfaces. Can. J. Microbiol. 21, 819–823. https://doi.org/10.1139/m75-121.
33. Mohammadi P.P, Fakhri S., Asgary S., Farzaei M.H. and Echeverrнa J. (2019). The signaling pathways, and therapeutic targets of antiviral agents: focusing on the antiviral approaches and clinical perspectives of anthocyanins in the management of viral diseases. Front Pharmacol. 10:1207.
34. Mohapatra H.S., Chatterjee A. and Maity S. (2013). Nanotechnology in Fibres and Textiles. International Journal of Recent Technology and Engineering (IJRTE) ISSN: 2, 5:2277-3878.
35. Newey C.R., Olausson A.T., Applegate A., Reid A-A., Robison R.A. and Grose J.H. (2022). Presence and stability of SARS-CoV-2 on environmental currency and money cards in Utah reveals a lack of live virus. PLoS ONE 17(1): e0263025. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0263025.
36. Orti-Lucas R.M. and Muсoz-Miguel J. (2017). Effectiveness of surface coatings containing silver ions in bacterial decontamination in a recovery unit. Antimicrob Resist Infect Control. 6:61.
37. Otter J.A., Donskey C., Yezli S., Douthwaite S., Goldenberg S.D. and Weber D.J. (2016). Transmission of SARS and MERS coronaviruses and influenza virus in healthcare settings: the possible role of dry surface contamination. J Hosp Infect. 92:235e50.
38. Palmieri V., De Maiod F., De Spiritob M. and Papib M. (2021). Face masks and nanotechnology: Keep the blue side up. Elsevier, Nano Today 37 (2021) 101077. https://doi.org/10.1016/j.nantod.2021.101077
39. Park S., Ko Y-S., Lee S.J., Lee C., Woo K. and Ko G. (2018). Inactivation of influenza A virus via exposure to silver nanoparticle-decorated silica hybrid composites. Environ Sci Pollut Res. 25: 27021–30.
40. Perry K.A., Coulliette A.D., Rose L.J., Shams A.M., Edwards J.R. and Noble-Wang J.A. (2016). Persistence of Influenza A (H1N1) virus on stainless steel surfaces. Appl. Environ. Microbiol. 82, 3239–3245. https://doi.org/10.1128/AEM.04046-15.
41. Praditya D., Kirchhoff L., Brьning J., Rachmawati H., Steinmann J. and Steinmann E. (2019). Anti-infective properties of the golden spice curcumin. FrontMicrobiol. 10: 912.
42. Ray S.S. and Bandyopadhyay J. (2021). Nanotechnology-enabled biomedical engineering: Current trends, future scopes, and perspectives. Nanotechnology Reviews 2021; 10: 728–743 https://doi.org/10.1515/ntrev-2021-0052
43. Ren G., Oxford P.J.S., Reip P.W., Lambkin-Williams R. and Mann A. (2020). Anti-viral formulations nanomaterials and nanoparticles. 2013. https ://patents.googl e.com/paten t/US201 30091 611/de. Accessed 27 Apr 2020.
44. Ren T. and Tang Y. (2020). Accelerate the promotion of mobile payments during the COVID- 19 epidemic. Innovation 1, 100039. https://doi.org/10.1016/j.xinn.2020.100039.
45. Report of clustering pneumonia of unknown etiology in Wuhan City. Wuhan Municipal Health Commission, 2019. (http://wjw .wuhan .gov .cn/ front/ web/ showDetail/ 2019123108989).
46. Salata, O.V. (2004). Applications of nanoparticles in biology and medicine.Journal of Nanobiotechnology, 2:3 http://www.jnanobiotechnology.com/content/2/1/3
47. Singh S., Shauloff N., Sharma C.P., Shimoni R., Arnusch C.J. and Jelinek R. (2021). Carbon dot-polymer nanoporous membrane for recyclable sunlight-sterilized facemasks. J Colloid Interface Sci. 592(5):342–8.
48. Sizun J., Yu M.W. and Talbot P.J. (2000). Survival of human coronaviruses 229E and OC43 in suspension and after drying onsurfaces: a possible source ofhospital-acquired infections. J. Hosp. Infect. 46, 55–60. https://doi.org/10.1053/jhin.2000.0795.
49. Soares S., Sousa J., Pais A. and Vitorino C. (2018). Nanomedicine: principles, properties, and regulatory issues. Front Chem. 6:360.
50. Spagnol C., Fragal E.H., Pereira A.G.B., Nakamura C.V., Muniz E.C., Follmann H.D.M., et al. (2018). Cellulose nanowhiskers decorated with silver nanoparticles as an additive to antibacterial polymers membranes fabricated by electrospinning. J Colloid Interface Sci. 531: 705–15.
51. (2020). Mineral nanocrystal-based coating activated by light kills coronavirus STATNANO. 2020. https://nanotouch.com/; Accessed 7 Aug 2020.
52. (2020). Coronavirus: nanotech surface sanitizes Milan with nanomaterials remaining self-sterilized for years | Coronavirus: Nanotech Surface Sanitizes Milan with Nanomaterials Remaining Self-sterilized for Years | STATNANOAccessed 28 Apr 2020.
53. Tiwari A., Patnayak D.P., Chander Y., Parsad M. and Goyal S.M. (2006). Survival of two avian respiratory viruses on porous and nonporous surfaces. Avian Dis. 50, 284–287. https://doi.org/10.1637/7453-101205R.1.
54. Valdiglesias V. and Laffon B. (2020). The impact of nanotechnology in the current universal COVID-19 crisis. Let’s not forget nanosafety!, Nanotoxicology 14 1013–1016.
55. van Doremalen N., Bushmaker T., Morris D.H., Holbrook M.G., Gamble A., Williamson B.N., Tamin A., et al. (2020). Aerosol and surface stability of SARS-CoV-2 as compared with SARS-CoV-1. N. Engl. J. Med. 382, 1564–1567. https://doi. org/10.1056/NEJMc2004973.
56. Vaze N., Pyrgiotakis G., McDevitt J., Mena L., Melo A., Bedugnis A., et al. (2019). Inactivation of common hospital acquired pathogens on surfaces and in air utilizing engineered water nanostructures (EWNS) based nanosanitizers. Nanomed Nanotechnol Biol Med. 18:234–42.
57. Wacker M.G., Proykova A. and Santos G.M.L. (2016). Dealing with nanosafety around the globe-regulation vs. innovation. Int J Pharm. 509:95–106.
58. Wang C., Horby P.W., Hayden F.G. and Gao G.F. (2020).A novel coronavirus outbreak of global health concern. The Lancet, Vol 395, ISSUE 10223, P470-473, DOI: https://doi.org/10.1016/S0140-6736(20)30185-9
59. World Health Organization. Situation Report – 51; https://www.who.int/docs/default-source/coronaviruse/situation-reports/20200311-sitrep-51-covid-19.pdf?sfvrsn=1ba62e57_10.
60. World Health Organization. Rational use of personal protective equipment for coronavirus disease 2019 (COVID-19). Interim guidance. 27 February 2020.
61. Xu R., Cui B., Duan X., Zhang P., Zhou X. and Yuan Q. (2020). Saliva: potential diagnostic value and transmission of 2019-nCoV. International Journal of Oral Science 12:11; https://doi.org/10.1038/s41368-020-0080-z
62. Yang A.L., Zhang C.R, Wang J., Hsu P.C, Wang H., Zhou G., Xu J., Cui Y. (2017). Thermal management in nanofiber-based face mask, Nano Lett. 17 3506–3510.
63. Yetisen A.K., Qu H., Manbachi A., Butt H., Dokmeci M.R., Hinestroza J.P., et al. (2016). Nanotechnology in textiles. ACS Nano. 10: 3042–68.
64. Zaki A.M., van Boheemen S., Bestebroer T.M., Osterhaus A.D. and Fouchier R.A. (2012). Isolation of a novel coronavirus from a man with pneumonia in Saudi Arabia. N Engl J Med .367:1814-20.
65. Zaneti R.N., Girardi V., Spilki F.R., Mena K., Westphalen A.P.C., da Costa Colares E. R., Pozzebon A.G. and Etchepare R.G. (2021). Quantitative microbial risk assessment of SARS-CoV-2 for workers in wastewater treatment plants. Sci. Total Environ. 754, 142163. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.142163.
66. Zhang D., Yang Y., Huang X., Jiang J., Li M., Zhang X., Ling H., et al. (2020). SARS-CoV-2 spillover into hospital outdoor environments. medRxiv 86, 05.12.20097105.
67. Zhong N.S., Zheng B.J., Li Y.M., et al. (2003). Epidemiology and cause of severe acute respiratory syndrome (SARS) in Guangdong, People’s Republic of China, in February, 2003. Lancet 362: 1353–58.
68. Zhu N., Zhang D., Wang W. et al. (2020). A novel coronavirus from patients with pneumonia in China, 2019. N. Engl. J. Med. 382(8), 727–733 (2020).
69. ФУДЖИMOPИ И., ДЖИКИXИPA И., CATO T., ФУКУИ Й., HAКAЯMA Ц. (2020). Virus inactivating cloth. 2015. https ://paten ts.googl e.com/paten t/RU255 0922C 2/en. Accessed 27 Apr 2020.

Περίληψη

Ο ιός που προκαλεί το COVID-19 μπορεί να μεταδοθεί από το ένα άτομο στο άλλο μέσω μικροσκοπικών σωματιδίων νερού που ονομάζονται αερολύματα και του ιδίου του ιού. Φτιάχνουμε αυτά τα αερολύματα όταν αναπνέουμε και περισσότερο όταν μιλάμε, φωνάζουμε ή τραγουδάμε. Τα αερολύματα διαφέρουν από τα μεγαλύτερα σταγονίδια που μεταδίδουν τον COVID-19. Μεγαλύτερα σταγονίδια πέφτουν στο έδαφος γρήγορα και απομακρύνονται τρία έως έξι μέτρα από το άτομο που τα δημιουργεί. Τα αερολύματα μπορούν να παραμένουν στον αέρα για ώρες και να ταξιδεύουν μεγάλες αποστάσεις. Τα αερολύματα περιέχουν λιγότερους ιούς από τα μεγαλύτερα σταγονίδια, επομένως πρέπει να εισπνεύσετε περισσότερα αερολύματα για να αρρωστήσετε. Τα αερολύματα μπορούν να συσσωρευτούν εάν ο αέρας στο εσωτερικό δεν κυκλοφορεί σωστά. Η μετάδοση ιών κατά τις πτήσεις αυξάνεται κατά τους χειμερινούς μήνες, επειδή οι άνθρωποι περνούν περισσότερο χρόνο σε εσωτερικούς χώρους και συχνά έχει πολύ κρύο για να κρατήσουν τα παράθυρα ανοιχτά. Το χειμώνα, ο αέρας είναι πιο ξηρός, ειδικά σε θερμαινόμενους εσωτερικούς χώρους. Ο ξηρός αέρας καταστρέφει την επένδυση της αναπνευστικής οδού και μπορεί να διευκολύνει την είσοδο του ιού στους αεραγωγούς. Σημαίνει επίσης ότι μικρότερα αερολύματα επιπλέουν περισσότερο στον αέρα. Ως εκ τούτου, η μετάδοση του COVID-19 κατά τις πτήσεις αναμένεται να είναι πιο συχνή κατά τους χειμερινούς μήνες. Εάν δεν είστε πλήρως εμβολιασμένοι, φορώντας μάσκες προσώπου και παραμένετε τουλάχιστον ένα μέτρο μακριά από άλλους ανθρώπους, καθώς και να υπάρχει καλή κυκλοφορία του αέρα (αερισμός) σε κτίρια, σχολεία και σπίτια, καθώς και συσκευές καθαρισμού του αέρα που κατασκευάζονται με χρήση νανοτεχνολογίας, θα μειώσετε την εξάπλωση του COVID- 19 στα αερολύματα.

Λέξεις-κλειδιά:  συστήματα φιλτραρίσματος αέρα, νανοτεχνολογία, COVID-19

1. Εισαγωγή

Ο COVID-19 ανάγκασε τον ανθρώπινο πληθυσμό να ξανασκεφτεί τον τρόπο ζωής. Η απειλή που συνιστά η πιθανή εξάπλωση του ιού μέσω του αερομεταφερόμενου τρόπου μετάδοσης μέσω συστημάτων αερισμού σε κτίρια και περιορισμένους χώρους έχει αναγνωριστεί ως μείζον θέμα ανησυχίας. Για τον μετριασμό αυτής της απειλής, οι ερευνητές έχουν ανακαλύψει διαφορετικές τεχνολογίες και μεθόδους που μπορούν να εξαλείψουν ή να μειώσουν τη συγκέντρωση του ιού στα συστήματα εξαερισμού και στους εσωτερικούς χώρους. Αν και πολλές τεχνολογίες και μέθοδοι έχουν ήδη ερευνηθεί, ορισμένες είναι επί του παρόντος εμπορικά διαθέσιμες, αλλά οι ανησυχίες για την αποτελεσματικότητά τους και την ασφάλειά τους δεν έχουν διερευνηθεί πλήρως. Αυτό το άρθρο περιέχει μια σύντομη ανασκόπηση διαφόρων εφαρμοστέων τεχνολογιών και μεθόδων για την καταπολέμηση των αερομεταφερόμενων ιών σε συστήματα αερισμού και εσωτερικούς χώρους, προκειμένου να αποκτηθεί μια ευρύτερη εικόνα και επισκόπηση της τρέχουσας κατάστασης έρευνας και ανάπτυξης. Περιλαμβάνει αποτελεσματική διήθηση αέρα, ιονισμό αέρα, περιβαλλοντικό έλεγχο, υπεριώδη μικροβιοκτόνο ακτινοβολία, μη θερμικό πλάσμα και αντιδρώντα είδη οξυγόνου, επικαλύψεις φίλτρων, χημικά απολυμαντικά και απενεργοποίηση θερμότητας. Σε αυτό το άρθρο, θα δοθούν πληροφορίες σχετικά με τα συστήματα φιλτραρίσματος αέρα που αποτρέπουν τους ιούς.

Ο COVID-19 ανάγκασε τον ανθρώπινο πληθυσμό να προσαρμοστεί γρήγορα στον απόηχο του νέου και εξαιρετικά μεταδοτικού ιού. Οι τρόποι μετάδοσης δεν είναι πλήρως κατανοητοί. Ωστόσο, είναι αποδεκτό ότι ο ιός μπορεί να μεταδοθεί στον αέρα με άμεση επαφή με άλλο άτομο ή με εξάτμιση σταγονιδίων του αναπνευστικού ως πυρήνες σταγονιδίων που μπορούν να παραμείνουν αιωρούμενοι για μεγάλο χρονικό διάστημα ως αερολύματα [23, 20, 7]. Αυτά τα αερολύματα μπορεί να περάσουν μέσα από συστήματα εξαερισμού σε κτίρια και περιορισμένους χώρους, εισβάλλοντας τελικά σε άλλες περιοχές μακριά από μολυσμένα άτομα [6, 14]. Ενώ υπάρχει κάποια συζήτηση σχετικά με τη σοβαρότητα της απειλής που αποτελούν αυτά τα αερομεταφερόμενα σταγονίδια, αναγνωρίζεται ότι αυτή η μορφή μετάδοσης για τυπικά περιορισμένους χώρους δεν μπορεί να αγνοηθεί. Επιπλέον, μια πρόσφατη μελέτη υποδηλώνει ακόμη ότι η αεροπορική μετάδοση μπορεί να είναι ο κυρίαρχος τρόπος μεταφοράς (Εικ. 1) [6].

Αν και το COVID-19 δεν είναι πλήρως κατανοητό, πολλά μαθήματα έχουν αντληθεί από προηγούμενους αερομεταφερόμενους ιούς όπως η φυματίωση και διάφορα στελέχη της γρίπης [14, 21]. Από μια πολύ βασική κατανόηση του τρόπου με τον οποίο εξαπλώνονται οι ιοί, προκύπτει ότι μια ορισμένη ποσότητα ιού πρέπει να εισέλθει σε ένα μη μολυσμένο άτομο προκειμένου να αυξηθεί το ιικό φορτίο και να δημιουργηθεί μια νέα μόλυνση. Παραδοσιακά, αυτό ορίζεται στην επιδημιολογική βιβλιογραφία ως ένα κβάντο, ο αριθμός των μολυσματικών αερομεταφερόμενων σωματιδίων που απαιτούνται για τη μόλυνση του 63% των ατόμων σε έναν περιορισμένο χώρο [22] και χρησιμεύει ως βασικό κριτήριο για πολλά μοντέλα που προσπαθούν να ποσοτικοποιήσουν την πιθανότητα μόλυνσης χωρίς έκθεση σε παθογόνο. Αυτό το μοντέλο βασίζεται σε μια υπόθεση θαλάμου που υποστηρίζεται στη βιβλιογραφία [19, 2, 26]. Και απλώς υποθέτει ότι τα σωματίδια είναι ομοιόμορφα διασκορπισμένα σε έναν κλειστό χώρο αντί να δημιουργούν ένα μικρό σύννεφο αερολυμάτων που διαχέονται γύρω από ένα μολυσμένο άτομο. Η εξάπλωση και η επίδραση της μόλυνσης καθορίζονται από παράγοντες όπως το ιικό φορτίο, ο ρυθμός εισπνοής, η συγκέντρωση όγκου σταγονιδίων που αποβάλλονται από το μολυσμένο άτομο, ο αριθμός των ιικών σωματιδίων που απαιτούνται για την έναρξη μιας μόλυνσης και ο όγκος του κλειστού χώρου.

Φιγούρα 1. Κίνδυνος μόλυνσης από αερομεταφερόμενα σταγονίδια.

Μαθηματικά, ο ρυθμός κβαντικής εκπομπής καθορίζεται από το ιικό φορτίο, τον ρυθμό εισπνοής, τη συγκέντρωση όγκου σταγονιδίων που αποβάλλονται από το μολυσμένο άτομο και τον αριθμό των ιικών σωματιδίων που απαιτούνται για την έναρξη μιας μόλυνσης. Τα αποτελέσματα για τη μείωση της πιθανότητας μόλυνσης είναι παράγοντες όπως η ανταλλαγή αέρα, ο ρυθμός διήθησης αέρα, η καθίζηση σταγονιδίων, ο ρυθμός καθίζησης σταγονιδίων, ο ρυθμός αδρανοποίησης και η ακτίνα σωματιδίων.

Ως εκ τούτου, αρκετοί βασικοί παράγοντες μπορούν να θεωρηθούν ως πιθανές μέθοδοι αφαίρεσης ιικών σωματιδίων από έναν περιορισμένο χώρο για τη μείωση της πιθανότητας μόλυνσης. Αυτά είναι (Εικ. 2):

• Αύξηση της παροχής φρέσκου αέρα και κατά συνέπεια μείωση της κβαντικής συγκέντρωσης.
• Αύξηση του ρυθμού φιλτραρίσματος για ένα σύστημα HVAC.
• αύξηση του ρυθμού εναπόθεσης ιικών σωματιδίων στις επιφάνειες.
• αύξηση της αδρανοποίησης του ιού.

Σχήμα 2. Βελτίωση της ποιότητας του αέρα σε εσωτερικούς χώρους για την πρόληψη του COVID-19.

 

Αν και διαφέρει στον ορισμό, η αύξηση του ρυθμού εναπόθεσης των ιικών σωματιδίων μπορεί να θεωρηθεί παρόμοια με την αύξηση του ρυθμού καθίζησης. Η καθίζηση αναφέρεται στην καθίζηση σωματιδίων στο έδαφος ή σε άλλες επιφάνειες λόγω βαρυτικών δυνάμεων. Ωστόσο, τα αιωρούμενα σωματίδια μπορούν επίσης να συσσωρευτούν σε τοίχους και άλλες επιφάνειες λόγω μηχανισμών όπως η αφύσικη διάχυση για την καθίζηση σωματιδίων. Τα Κέντρα Ελέγχου και Πρόληψης Νοσημάτων (CDC) και ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας (ΠΟΥ) επιβεβαιώνουν την απομάκρυνση των ιικών σωματιδίων μέσω ανταλλαγής αέρα [8, 4]. Και προτείνουμε την αύξηση της παροχής φρέσκου αέρα ως έναν απλό τρόπο μείωσης της συγκέντρωσης των ιικών σωματιδίων σε έναν περιορισμένο χώρο. Ο ιονισμός αέρα μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την αύξηση του ρυθμού απομάκρυνσης των ιικών σωματιδίων από έναν περιορισμένο χώρο αυξάνοντας την αποτελεσματικότητα της διήθησης και την εναπόθεση σωματιδίων. Διάφορες μέθοδοι είναι διαθέσιμες για την αποστείρωση του αέρα και για να καταστήσουν τον ιό ακίνδυνο, αυξάνοντας έτσι τον ρυθμό αδρανοποίησης του ιού και μειώνοντας την ανάγκη απομάκρυνσης σωματιδίων από τον αέρα. Από αυτή την άποψη, μπορούν να αναφερθούν τα ακόλουθα.

• Μικροβιοκτόνος υπεριώδης ακτινοβολία (UVGI).Αυτή είναι μια παραδοσιακά δημοφιλής τεχνολογία για την καταπολέμηση των αερομεταφερόμενων ιών (Εικ. 3).
• Έλεγχος θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας. Έχει επίσης προταθεί ότι ο άμεσος έλεγχος των περιβαλλοντικών συνθηκών μιας περιοχής δημιουργεί ένα δυσμενές περιβάλλον για τους ιούς, αυξάνοντας έτσι τον φυσικό ρυθμό αδρανοποίησης των ιών. Αυτό περιλαμβάνει τον έλεγχο της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας μιας περιοχής για τη διατήρηση ενός ιδιαίτερα γενικά εχθρικού περιβάλλοντος.
• Μη θερμικό πλάσμα και δραστικά είδη οξυγόνου. Αυτά προσφέρουν άλλες εναλλακτικές λύσεις για την απενεργοποίηση του ιού που έχουν αποδειχθεί αποτελεσματικές έναντι των βακτηρίων και άλλων μικροβίων.
• Χρήση επιστρώσεων φίλτρου. Μια άλλη πιθανή μέθοδος χρησιμοποιεί επικαλύψεις φίλτρων που διευκολύνουν την αδρανοποίηση του ιού με μηχανισμούς όπως οι εγγενείς αντιικές ιδιότητες των υλικών ή καταστρέφοντας άμεσα τον ιό.
• Χημικά απολυμαντικά. Τα χημικά απολυμαντικά έχουν επίσης αποδειχθεί ότι απομακρύνουν αποτελεσματικά τους ιούς από τις επιφάνειες και μπορεί να παρέχουν άλλες λύσεις για την αύξηση της αδρανοποίησης του ιού.
• Αποστείρωση με Υπερθέρμανση.. Η αποστείρωση αυτή μπορεί να προσφέρει μια άλλη βιώσιμη λύση για την απενεργοποίηση ιικών σωματιδίων, αν και παραδοσιακά χρησιμοποιείται για την αποστείρωση χειρουργικού εξοπλισμού σε μικρότερη κλίμακα.

Εικόνα 3. Βελτίωση του εξαερισμού του χώρου διαβίωσης και της εργασίας και του φιλτραρίσματος αέρα για την πρόληψη της μετάδοσης του COVID-19

2. Φιλτράρισμα αέρα και SARS-CoV-2

Σε διάφορες εφαρμογές, το φιλτράρισμα του αέρα έχει γίνει μια κρίσιμη παρέμβαση για τη διαχείριση της εξάπλωσης της νόσου του κοροναϊού του 2019 (COVID-19). Ωστόσο, η σωστή τοποθέτηση του φιλτραρίσματος αέρα έχει παρεμποδιστεί από την κακή κατανόηση των αρχών του. Αυτές οι παρεξηγήσεις οδήγησαν σε αβεβαιότητα σχετικά με την αποτελεσματικότητα του φιλτραρίσματος αέρα στην αναστολή δυνητικά μολυσματικών σωματιδίων αερολύματος. Η σωστή κατανόηση του τρόπου λειτουργίας του φιλτραρίσματος αέρα είναι κρίσιμη για τη λήψη περαιτέρω αποφάσεων σχετικά με τη χρήση του στη διαχείριση της εξάπλωσης του COVID-19. Το πρόβλημα είναι σημαντικό επειδή πρόσφατα στοιχεία έδειξαν ότι το σοβαρό οξύ αναπνευστικό σύνδρομο κοροναϊός 2 (SARS-CoV-2) μπορεί να παραμείνει στον αέρα περισσότερο και να ταξιδέψει μακρύτερα από ό,τι αναμενόταν προηγουμένως στην πανδημία COVID-19, με μειωμένες συγκεντρώσεις και βιωσιμότητα. Τα ιοσωμάτια του SARS-CoV-2 έχουν διάμετρο περίπου 60-140 nm, ενώ μεγαλύτερα αναπνευστικά σταγονίδια και σωματίδια ατμοσφαιρικής ρύπανσης (>1 μm) έχουν βρεθεί ότι φιλοξενούν ιοσωμάτια. Η απομάκρυνση των σωματιδίων που μπορούν να μεταφέρουν τον SARS-CoV-2 από τον αέρα είναι δυνατή με φιλτράρισμα αέρα που βασίζεται στη φυσική ή μηχανική κίνηση του αέρα. Μεταξύ των διαφόρων τύπων φίλτρων αέρα, έχουν προταθεί φίλτρα παγίδας σωματιδίων υψηλής απόδοσης (HEPA). Άλλοι τύποι φίλτρων είναι λιγότερο ή πιο αποτελεσματικά και, κατά συνέπεια, καθιστούν ευκολότερη ή δυσκολότερη τη μετακίνηση του αέρα. Η χρήση μασκών, αναπνευστικών συσκευών, μονάδων φιλτραρίσματος αέρα και άλλου ειδικού εξοπλισμού είναι μια σημαντική παρέμβαση στη διαχείριση της εξάπλωσης του COVID-19. Είναι σημαντικό να ληφθούν υπόψη οι μηχανισμοί φιλτραρίσματος αέρα και να κατανοηθεί πώς αλληλεπιδρούν τα σωματίδια αερολύματος που περιέχουν ιοσωμάτια SARS-CoV-2 με τα υλικά φίλτρων, προκειμένου να εντοπιστούν οι βέλτιστες πρακτικές για τη χρήση φιλτραρίσματος αέρα για τη μείωση της εξάπλωσης του COVID-19.

Υπάρχουν αυξανόμενες ενδείξεις ότι το σοβαρό οξύ αναπνευστικό σύνδρομο κοροναϊός 2 (SARS-CoV-2) μπορεί να παραμείνει αιωρούμενο στον αέρα για μεγάλες χρονικές περιόδους. Ορισμένα από τα αερομεταφερόμενα ιοσωμάτια SARS-CoV-2 παραμένουν βιώσιμα για τουλάχιστον 3 ώρες μετά την απελευθέρωση τους [31]. Ο θετικός SARS-CoV-2 κατά τον έλεγχο με αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (PCR) ανιχνεύθηκε σε σωματίδια αερολύματος με διάμετρο μεγαλύτερη από 1 μm σε δωμάτια όπου διέμεναν ασθενείς με νόσο του κοροναϊού 2019 (COVID-19) [5]. Σε άλλη μελέτη, το RNA του SARS-CoV-2 ανιχνεύθηκε στη φάση του αερολύματος σε απόσταση τουλάχιστον 3 μέτρων από μολυσμένα άτομα σε εσωτερικούς χώρους [15]. Το RNA του SARS-CoV-2 έχει επίσης βρεθεί σε σωματίδια ατμοσφαιρικής ρύπανσης που κυκλοφορούν στον αέρα [24].

Η διάμετρος των ιοσωμάτων SARS-CoV-2 είναι περίπου 60-140 nm [39]. Ωστόσο, πολλά εκπνεόμενα αναπνευστικά σταγονίδια που μπορεί να περιέχουν ιοσωμάτια είναι σημαντικά μεγαλύτερα από τα ίδια τα ιοσωμάτια. Ωστόσο, η αερομεταφερόμενη εξάτμιση σταγονιδίων μειώνει το μέγεθός τους [39], επιτρέποντας στα δυνητικά μολυσματικά σωματίδια να παραμείνουν στον αέρα για πολύ περισσότερο. Παρατηρήθηκε ότι ξηρά σταγονίδια με διάμετρο περίπου 4 μm σχημάτισαν υγρά σταγονίδια που προέρχονται από την ομιλία των 12 μm έως 21 μm λόγω ξήρανσης. Χρειάστηκαν περίπου 8 λεπτά για να πέσουν αυτά τα ξηρά σταγονίδια μόνο 30 cm σε ακίνητο αέρα [35]. Σε χαμηλή θερμοκρασία περιβάλλοντος, η εκπνεόμενη αναπνοή με υψηλή υγρασία μπορεί να γίνει υπερκορεσμένη. Στη συνέχεια, η υγρασία συμπυκνώνεται στα σωματίδια που εκπέμπονται από ένα άτομο, με αποτέλεσμα να μετατρέπονται σε σταγονίδια ή σε παγοκρυστάλλους μεγαλύτερης διαμέτρου. Σε τέτοια σταγονίδια ή κρυστάλλους πάγου, τα ιοσωμάτια του SARS-CoV-2 μπορεί να επιβιώσουν περισσότερο και αυτή είναι μια σημαντική υπόθεση που πρέπει να ελέγξει η μελλοντική έρευνα. Ως εκ τούτου, οι περιβαλλοντικές συνθήκες και η δυναμική του αερολύματος μπορούν να αλλάξουν βαθιά το ευρύ φάσμα μεγεθών εισπνεόμενων σωματιδίων και τη βιωσιμότητα των ιοσωμάτων SARS-CoV-2 σε σωματίδια αερολύματος που μεσολαβούν στη μετάδοση αερομεταφερόμενης σε εσωτερικούς και εξωτερικούς χώρους. Οι εστίες COVID-19 σε σφαγεία και χιονοδρομικά κέντρα μπορεί να οφείλονται, τουλάχιστον εν μέρει, στη δυναμική των αερολυμάτων ψυχρού αέρα.

Η απομάκρυνση σωματιδίων που μπορεί να φιλοξενούν τον SARS-CoV-2 από τον αέρα χρησιμοποιώντας εξειδικευμένο εξοπλισμό φιλτραρίσματος αέρα και μάσκες ή αναπνευστήρες είναι μια σημαντική παρέμβαση για τη διαχείριση της εξάπλωσης του COVID-19. Ωστόσο, η κακή κατανόηση του τρόπου λειτουργίας του φιλτραρίσματος αέρα και οι παρεξηγήσεις σχετικά με την έννοια της αποτελεσματικότητας του φιλτραρίσματος για σωματίδια αερολύματος διαφορετικών μεγεθών εμποδίζουν την αποτελεσματική ανάπτυξη του φιλτραρίσματος αέρα. Για τον εντοπισμό βέλτιστων πρακτικών για τη χρήση του φιλτραρίσματος αέρα στη διαχείριση της εξάπλωσης του COVID-19, είναι σημαντικό να ληφθούν υπόψη οι μηχανισμοί φιλτραρίσματος αέρα και να κατανοηθεί πώς αλληλεπιδρούν τα σωματίδια αερολύματος που περιέχουν ιούς SARS-CoV-2 με τα υλικά φίλτρου.

Για τη διήθηση αέρα, τα αποδοτικά φίλτρα αέρα (EPA), τα φίλτρα αέρα υψηλής απόδοσης (HEPA) (Εικ. 4) και τα φίλτρα αέρα εξαιρετικά χαμηλής διείσδυσης (ULPA) χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορες βιομηχανίες και εφαρμογές εδώ και πολλά χρόνια [25]. Τα φίλτρα HEPA συνιστώνται για έλεγχο λοιμώξεων σε περιβάλλοντα υγειονομικής περίθαλψης [13, 10] με βάση μια ισορροπία υψηλότερων αποδόσεων φιλτραρίσματος και χαμηλότερων πτώσεων πίεσης σε σύγκριση με το ULPA. Τα φίλτρα HEPA χρησιμοποιούνται επίσης συνήθως σε μη υγιεινά περιβάλλοντα όπου μπορεί να υπάρχουν αερομεταφερόμενοι μολυσματικοί παράγοντες. Παραδείγματα περιλαμβάνουν το φιλτράρισμα του ανακυκλοφορούμενου αέρα σε επιβατικά αεροσκάφη και τα ερμάρια βιοασφάλειας σε εργαστήρια, συμπεριλαμβανομένων εκείνων όπου διεξάγεται έρευνα SARS-CoV-2 [37].

Γενικά, η συντομογραφία HEPA ερμηνεύεται ως “σωματιδιακός αέρας υψηλής απόδοσης”. Και οι δύο εκδοχές του υποκείμενου όρου χρησιμοποιούνται ευρέως και δεν υπάρχει διαφορά μεταξύ τους. Το Υπουργείο Ενέργειας των Ηνωμένων Πολιτειών και η Υπηρεσία Προστασίας Περιβάλλοντος των Ηνωμένων Πολιτειών (EPA) ορίζουν το HEPA με βάση την ελάχιστη απόδοση 99,97% όταν δοκιμάζεται με αεροζόλ με διάμετρο 0,3 μm [36]. Η EPA των Ηνωμένων Πολιτειών ορίζει μια διάμετρο 0,3 μm ως “το πιο διεισδυτικό μέγεθος σωματιδίων” (MPPS). Ωστόσο, το MPPS μπορεί να ποικίλλει περίπου 0,3 μm με απόλυτη τιμή ανάλογα με τη φύση των σωματιδίων του αερολύματος, τον τύπο του υλικού του φίλτρου και τον ρυθμό ροής [25]. Σωματίδια μεγαλύτερα ή μικρότερα από το MPPS διατηρούνται με απόδοση μεγαλύτερη από 99,97% [32]. Η έννοια του MPPS έρχεται σε αντίθεση με την κοινή εσφαλμένη αντίληψη ότι η απόδοση του φιλτραρίσματος πέφτει για σωματίδια μικρότερα από MPPS (για παράδειγμα, μικρότερα από 0,3 μm). Αυτή η παρεξήγηση συνέβαλε σε πρώιμες πολιτικές που παραπλανήθηκαν από την υπόθεση ότι τα ιοσωμάτια του SARS-CoV-2 ήταν πολύ μικρά για να φιλτράρονται αποτελεσματικά από τον αέρα.

Εικόνα 4. Φίλτρο HEPA.

Συνιστάται η εγκατάσταση φίλτρων HEPA στις εξόδους των αναπνευστήρων που χρησιμοποιούνται στην εντατική θεραπεία ατόμων που έχουν μολυνθεί με SARS-CoV-2. Η χρήση σταθερών (αερισμού κτιρίου) και φορητών συστημάτων φιλτραρίσματος HEPA με και χωρίς ανακύκλωση αέρα (καθαριστές αέρα εσωτερικού χώρου) συνιστάται για χρήση σε χώρους υγειονομικής περίθαλψης από τα Κέντρα Ελέγχου και Πρόληψης Νοσημάτων των Ηνωμένων Πολιτειών και τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας, συμπεριλαμβανομένων των περιπτώσεων SARS- Υπάρχουν ασθενείς με CoV-2 [10]. Τα εθνικά και διεθνή πρότυπα διέπουν τις προδιαγραφές ελάχιστης απόδοσης φιλτραρίσματος των φίλτρων HEPA. Τα δύο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα πρότυπα είναι το διεθνές πρότυπο ISO 29463 και το ευρωπαϊκό πρότυπο EN1822. Οι διαφορές μεταξύ των δύο προτύπων μπορούν να συμβιβαστούν. Για παράδειγμα, ένα φίλτρο HEPA πιστοποιημένο κατά EN 1822, κατηγορίας φίλτρου H14, πρέπει να διατηρεί τουλάχιστον το 99,995% των σωματιδίων αερολύματος στο MPPS. Συγκρίσιμο με το EN 1822, πρότυπο κλάσης φίλτρου H14, ISO 45 H. Διατίθενται πρωτόκολλα δοκιμής πολλαπλών βημάτων για την επαλήθευση της συμμόρφωσης των φίλτρων με τις απαιτήσεις των προτύπων [12, 18]. Όταν συμβαίνει μηχανική κίνηση του αέρα μεταξύ των φίλτρων, μπορεί να είναι σημαντικό να διασφαλιστεί ότι δεν υπάρχουν ισχυρές κατευθυντικές ροές ή ρεύματα φιλτραρισμένου αέρα. Πρόσφατα, εκφράστηκαν ανησυχίες ότι τέτοιες κατευθυντικές ροές θα μπορούσαν να παρασύρουν αφιλτράριστο αέρα, ο οποίος μπορεί να περιέχει μολυσματικά σωματίδια, και να τα ωθήσει πιο γρήγορα και μακρύτερα από ό,τι θα μπορούσαν να διαχυθούν στον ακίνητο αέρα [11].

Οι αντιικές ιδιότητες μπορούν να προστεθούν στα υλικά φίλτρου. Ωστόσο, μόλις συλλεχθούν τα σωματίδια αερολύματος στις ίνες του φίλτρου, σχεδόν κανένα από αυτά δεν φεύγει και δεν περνά μέσα από το φίλτρο κατά τη διάρκεια ή μετά τη σωστή χρήση [25]. Έτσι, οι αντιικές ιδιότητες των ινών δεν έχουν σχεδόν καμία επίδραση στην αερομεταφερόμενη αφαίρεση ζωντανών ιοσωμάτων SARS-CoV-2. Τα σωματίδια που έχουν συσσωρευτεί σε προηγουμένως συλλεχθέντα σωματίδια δεν έρχονται σε επαφή με το υλικό του φίλτρου, εξαλείφοντας τυχόν αντιικές ιδιότητες. Επομένως, η μετάδοση αντιικών ιδιοτήτων σε υλικά φίλτρου HEPA μπορεί να μην προσθέτει αξία εκτός από την περίπτωση που οι άνθρωποι έρχονται σε άμεση επαφή με αυτά τα φίλτρα κατά τη διάρκεια ή λίγο μετά τη χρήση.

Οι μηχανισμοί διήθησης σωματιδίων αερολύματος στην αέρια φάση – αδρανειακή πρόσκρουση, διάχυση, ανάσχεση, ηλεκτροστατική εναπόθεση και κοσκίνισμα [25, 12, 18] – έχουν διερευνηθεί σε βάθος για δεκαετίες έρευνας. Αυτοί οι μηχανισμοί έχουν ποικίλες συνεισφορές στη συνολική απόδοση σύλληψης σωματιδίων των φίλτρων, ανάλογα με την αεροδυναμική διάμετρο των σωματιδίων, άλλες ιδιότητες σωματιδίων και το μέσο διήθησης. Η συνδυασμένη επίδραση όλων αυτών των μηχανισμών φιλτραρίσματος στα φίλτρα HEPA εξηγεί την υψηλή απόδοση φιλτραρίσματος και το φαινόμενο MPPS σε ολόκληρο το φάσμα μεγέθους αερολύματος [25]. Διάφοροι τύποι σωματιδίων αερολύματος φιλτράρονται με υψηλή απόδοση σύμφωνα με τα σχετικά πρότυπα, ανεξάρτητα από τη βιογενή ή μη βιογενή τους προέλευση [12, 18].

Είναι γνωστό, με βάση πολυάριθμες δημοσιευμένες μελέτες, ότι ορισμένες αναπνευστικές λοιμώξεις εμφανίζονται πιο συχνά όταν οι άνθρωποι αναπνέουν περισσότερο μολυσμένο αέρα και ότι η διαδικασία επούλωσης και τα αποτελέσματα ορισμένων αναπνευστικών λοιμώξεων επηρεάζονται αρνητικά από την ατμοσφαιρική ρύπανση. Έχει ήδη αποδειχθεί συσχέτιση μεταξύ μακροπρόθεσμου επιπέδου ατμοσφαιρικής ρύπανσης από σωματίδια και υψηλότερης θνησιμότητας από COVID-19 [39]. Η αναπνοή μολυσμένου αέρα συνδέεται επίσης έντονα με δυσμενείς επιπτώσεις στις αναπνευστικές και καρδιαγγειακές λειτουργίες [17]. Οι παρεμβάσεις που βασίζονται στο φιλτράρισμα του αέρα με χρήση επαρκούς εξοπλισμού θα πρέπει να εφαρμόζονται ευρέως τόσο για τη μείωση της εξάπλωσης του SARS-CoV-2 κατά τη φάση του αερολύματος όσο και για τη βελτίωση της κατάστασης της υγείας και των αποτελεσμάτων των ατόμων που εκτίθενται και έχουν μολυνθεί από τον COVID-19.

3. Καθαριστές αέρα και φίλτρα

Εκτιμάται ότι η χρήση φίλτρων αέρα και καθαριστών θα μειώσει το ιικό φορτίο στο περιβάλλον. Οι καθαριστές αέρα μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε δωμάτια ασθενών, γεγονός που μπορεί να μειώσει την πιθανότητα μόλυνσης από τους εργαζόμενους στον τομέα της υγειονομικής περίθαλψης λόγω ελλείψεων σε ΜΑΠ. Μπορεί να μειώσει την πιθανότητα επαναμόλυνσης σε έναν ασθενή λόγω αερομεταφερόμενης μετάδοσης ιών. Αυτός ο τύπος συστήματος φιλτραρίσματος μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί στα μέσα μαζικής μεταφοράς, στο νοσοκομειακό περιβάλλον, οπουδήποτε στη διαδικασία παραγωγής αερολύματος, σε κλειστά οχήματα και στο σπίτι. Τα σταγονίδια υγρού κατά τον βήχα ή το φτέρνισμα από ένα μολυσμένο άτομο έχουν συνήθως μέγεθος 5 micron ή περισσότερο. Το μικρότερο σωματίδιο που προκαλεί ανησυχία είναι το μονό ιοσωμάτιο (δεν συνδέεται με κανένα σταγονίδιο υγρού) με διάμετρο περίπου 0,12 μικρά. Το μικρότερο σωματίδιο για το οποίο πρέπει να ανησυχείτε είναι ένα μεμονωμένο ιοσωμάτιο (που δεν συνδέεται με κανένα σταγονίδιο υγρού) με διάμετρο περίπου 0,12 μικρά. Αυτά μπορούν εύλογα να φιλτραριστούν από ένα φίλτρο HEPA (υψηλής απόδοσης σωματιδίων αέρα) [3]. Τα φίλτρα ULPA (πολύ χαμηλής διείσδυσης αέρα) είναι πιο προηγμένα στο να παγιδεύουν σχεδόν το 99,99% των σωματιδίων 0,12 micron και άνω. Η χρήση της νανοτεχνολογίας αυξάνει περαιτέρω την ικανότητα δέσμευσης ιών και τον καθαρισμό τέτοιων συσκευών καθαρισμού αέρα και φίλτρων. Έχει παραγάγει ένα αποτελεσματικό φίλτρο με βάση τον αφρό νικελίου (Ni) για τη σύλληψη και τη θανάτωση των αερομεταφερόμενων ιών και μικροβίων, συμπεριλαμβανομένων των SARS-CoV-2 και Bacillus anthracis . Δεδομένου ότι ο ιός SARS-CoV-2 δεν μπορεί να επιβιώσει σε θερμοκρασίες πάνω από 70 °C, το φίλτρο αέρα έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί στους 200 °C με θέρμανση αφρού Ni. Η αποτελεσματικότητα του σχεδιασμένου φίλτρου υποστηρίζεται ότι είναι 99,8% για τον ιό SARS-CoV-2 και 99,9% για τον Bacillus anthracis [3].

Πρόσφατες μελέτες δείχνουν ότι, εκτός από τη χρήση της σε προϊόντα καθαρισμού και ΜΑΠ, η νανοτεχνολογία έχει επίσης χρησιμοποιηθεί στην ανάπτυξη καθαριστικών αέρα για την πρόληψη της μετάδοσης του ιού SARS-CoV-2 μέσω του αέρα. Σε αυτό το πλαίσιο, ο ιονιστής αέρα TeqAir 200 που αναπτύχθηκε από τη γαλλική εταιρεία TEQOYA βρίσκεται ήδη στην αγορά (Εικ. 5). Δεδομένου ότι το μέγεθος του SARS-CoV-2 είναι κοντά στο διάμεσο των μεγεθών σωματιδίων για τα οποία είναι αποτελεσματικά τα καθαριστικά αέρα TEQOYA, αναμένεται να μειώσουν τη συγκέντρωση του SARS-CoV-2 στον αέρα.

Εικόνα 5. Ιονιστής αέρα TeqAir 200.

3.1. Τεχνολογία νανοϊνών

Το Mack Antonoff HVAC έχει σχεδιάσει συστήματα καθαρισμού και φιλτραρίσματος αέρα που χρησιμοποιούν τεχνολογία νανοϊνών και ακτινοβολία UV για την καταπολέμηση του COVID-19 [16]. Οι Environmental Consultants έχουν αναπτύξει ένα σύστημα φιλτραρίσματος αέρα που βασίζεται σε ένα πυκνό δίκτυο νανοϊνών (τεχνολογία φιλτραρίσματος IQAirHyperHEPA®) που συλλαμβάνει τα ρυπογόνα σωματίδια όλων των μεγεθών. Υποστηρίζεται ότι δεσμεύει το 99,5% των ρύπων, συμπεριλαμβανομένων των βακτηρίων και των ιών με μέγεθος περίπου 0,003 microns [16].

3.2. Τεχνολογία φωτοηλεκτροχημικής οξείδωσης

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Νότιας Φλόριντα ανέπτυξαν μια συσκευή καθαρισμού αέρα “Molekule” που ισχυρίζεται ότι καταστρέφει αποτελεσματικά τους ατμοσφαιρικούς ρύπους, συμπεριλαμβανομένων των βακτηρίων, των σπορίων μούχλας και των ιών [9]. Το φίλτρο αέρα χρησιμοποιεί φωτοηλεκτροχημική οξείδωση (PECO), στην οποία το φως UV-A χρησιμοποιείται για να ενεργοποιήσει έναν καταλύτη στο φίλτρο επικαλυμμένο με νανοσωματίδια για τη δημιουργία ελεύθερων ριζών που οξειδώνουν τους ατμοσφαιρικούς ρύπους [9]. Αυτοί οι καθαριστές αέρα με βάση το PECO έχουν τεράστιες δυνατότητες να επιβραδύνουν την εξάπλωση του ιού, κυρίως σε εγκαταστάσεις υγειονομικής περίθαλψης.

---

Test LO 2.1

---

βιβλιογραφια

1. Bazant, M. Z., & Bush, J. W. (2021). A guideline to limit indoor airborne transmission of COVID-19. Proceedings of the National Academy of Sciences, 118(17).
2. Buonanno, G., Stabile, L., & Morawska, L. (2020). Estimation of airborne viral emission: Quanta emission rate of SARS-CoV-2 for infection risk assessment. Environment international, 141, 105794.
3. Chaudhary, V., Royal, A., Chavali, M., & Yadav, S. K. (2021). Advancements in research and development to combat COVID-19 using nanotechnology. Nanotechnology for Environmental Engineering, 6(1), 1-15.
4. Centres for Disease Control and Prevention, Feb. 9, 2021. COVID-19 ventilation FAQs, pp. 1–8 [Online]. Available. https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov /community/ventilation.html. (Accessed 4 May 2021).
5. Chia, P. Y., Coleman, K. K., Tan, Y. K., Ong, S. W. X., Gum, M., Lau, S. K., … & Marimuthu, K. (2020). Detection of air and surface contamination by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) in hospital rooms of infected patients. MedRxiv.
6. Correia, G., Rodrigues, L., Da Silva, M. G., & Gonçalves, T. (2020). Airborne route and bad use of ventilation systems as non-negligible factors in SARS-CoV-2 transmission. Medical hypotheses, 141, 109781.
7. Dancer, S. J., Tang, J. W., Marr, L. C., Miller, S., Morawska, L., & Jimenez, J. L. (2020). Putting a balance on the aerosolization debate around SARS-CoV-2. The Journal of Hospital Infection, 105(3), 569.
8. Ding, J., Yu, C. W., & Cao, S. J. (2020). HVAC systems for environmental control to minimize the COVID-19 infection. Indoor and Built Environment, 29(9), 1195-1201.
9. Elias, B., & Bar-Yam, Y. (2020). Could air filtration reduce COVID-19 severity and spread. New England Complex Systems Institute, 9.
10. EMW filtertechnik. ISO 29463: new test standard for HEPA filters [cited 2020 Jun 3]. Available from: https://www.emw.de/en/filter-campus/iso29463.html.
11. Ham, S. (2020). Prevention of exposure to and spread of COVID-19 using air purifiers: challenges and concerns. Epidemiology and Health, 42.
12. Hick, J. L., Hanfling, D., Wynia, M. K., & Pavia, A. T. (2020). National Academy of Medicine. Duty to Plan: Health Care, Crisis Standards of Care, and Novel Coronavirus SARS-CoV.
13. Hinds, W. C. (1999). Aerosol technology: properties, behavior, and measurement of airborne particles. John Wiley & Sons.
14. Li, Y., Leung, G. M., Tang, J. W., Yang, X., Chao, C. Y. H., Lin, J. Z., … & Qian, H. (2007). AC 587 Sleigh, H.-JJ Su, J. Sundell, TW Wong, PL Yuen, Role of ventilation in airborne transmission of 588 infectious agents in the built environment-a multidisciplinary systematic review. Indoor Air, 17(589), 2-18.
15. Liu, Y., Ning, Z., Chen, Y., Guo, M., Liu, Y., Gali, N. K., … & Lan, K. (2020). Aerodynamic analysis of SARS-CoV-2 in two Wuhan hospitals. Nature, 582(7813), 557-560.
16. Look, M., Bandyopadhyay, A., Blum, J. S., & Fahmy, T. M. (2010). Application of nanotechnologies for improved immune response against infectious diseases in the developing world. Advanced drug delivery reviews, 62(4-5), 378-393.
17. Nadadur, S. S., & Hollingsworth, J. W. (Eds.). (2015). Air pollution and health effects. Springer.
18. Nazarenko, Y. (2020). Air filtration and SARS-CoV-2. Epidemiology and health, 42.
19. Nicas, M., & Miller, S. L. (1999). A multi-zone model evaluation of the efficacy of upper-room air ultraviolet germicidal irradiation. Applied Occupational and Environmental Hygiene, 14(5), 317-328.
20. Peters, A., Parneix, P., Otter, J., & Pittet, D. (2020). Putting some context to the aerosolization debate around SARS-CoV-2. The Journal of Hospital Infection, 105(2), 381.
21. Riley, R. L. (1982). Indoor airborne infection. Environment international, 8(1-6), 317-320.
22. Riley, E. C., Murphy, G., & Riley, R. L. (1978). Airborne spread of measles in a suburban elementary school. American journal of epidemiology, 107(5), 421-432.
23. Santos, A. F., Gaspar, P. D., Hamandosh, A., Aguiar, E. B. D., Guerra Filho, A. C., & Souza, H. J. L. D. (2020). Best practices on HVAC design to minimize the risk of COVID-19 infection within indoor environments. Brazilian Archives of Biology and Technology, 63.
24. Setti, L., Passarini, F., De Gennaro, G., Barbieri, P., Perrone, M. G., Borelli, M., … & Miani, A. (2020). SARS-Cov-2RNA found on particulate matter of Bergamo in Northern Italy: first evidence. Environmental research, 188, 109754.
25. Stadnytskyi, V., Bax, C. E., Bax, A., & Anfinrud, P. (2020). The airborne lifetime of small speech droplets and their potential importance in SARS-CoV-2 transmission. Proceedings of the National Academy of Sciences, 117(22), 11875-11877.
26. Stilianakis, N. I., & Drossinos, Y. (2010). Dynamics of infectious disease transmission by inhalable respiratory droplets. Journal of the Royal Society Interface, 7(50), 1355-1366.
27. URL-1: https://aeramaxpro.com/covid19-1/
28. URL-2: https://www.usatoday.com/in-depth/graphics/2020/10/18/improving-indoor-air-quality-prevent-covid-19/3566978001/
29. URL-3:https://www.sentryair.com/blog/indoor-air-quality/improving-ventilation-and-air-filtration-to-help-prevent-covid-transmission-in-the-workplace/
30. URL-4: https://www.microcovid.org/blog/hepafilters
31. URL-5: https://product.statnano.com/product/11653/teqoya-teqair-200-air-ionizer
32. S. Department of Energy. DOE-STD-3020-2005, specification for HEPA filters used by DOE contractors; 2015 [cited 2020 Jul 15]. Available from: https://www.standards.doe.gov/standards-documents/3000/3020-astd-2005
33. Van Doremalen, N., Bushmaker, T., Morris, D. H., Holbrook, M. G., Gamble, A., Williamson, B. N., … & Munster, V. J. (2020). Aerosol and surface stability of SARS-CoV-2 as compared with SARS-CoV-1. New England journal of medicine, 382(16), 1564-1567.
34. Vejerano, E. P., & Marr, L. C. (2018). Physico-chemical characteristics of evaporating respiratory fluid droplets. Journal of The Royal Society Interface, 15(139), 20170939.
35. Wells, W. F. (1934). ON AIR-borne infection: study II. Droplets and droplet nuclei. American journal of Epidemiology, 20(3), 611-618.
36. World Health Organization. Laboratory biosafety guidance related to coronavirus disease 2019 (COVID-19): interim guidance, 12 February 2020 [cited 2020 Jun 3]. Available from: https://apps.who.int/iris/handle/10665/331138.
37. World Health Organization. (2020). Severe acute respiratory infections treatment centre: practical manual to set up and manage a SARI treatment centre and a SARI screening facility in health care facilities(No. WHO/2019-nCoV/SARI_treatment_center/2020.1). World Health Organization.
38. Wu, X., Nethery, R. C., Sabath, B. M., Braun, D., & Dominici, F. (2020). Exposure to air pollution and COVID-19 mortality in the United States: A nationwide cross-sectional study. medRxiv 2020.04. 05.20054502.
39. Zhu, N., Zhang, D., Wang, W., Li, X., Yang, B., Song, J., … & Tan, W. (2020). A novel coronavirus from patients with pneumonia in China, 2019. New England journal of medicine.

Περίληψη

Οι ιογενείς επιδημίες αναπτύσσονται λόγω της εμφάνισης νέων παραλλαγών μολυσματικών ιών. Η έλλειψη αποτελεσματικών αντιικών θεραπειών για νέες ιογενείς λοιμώξεις, σε συνδυασμό με την ταχεία εξάπλωση της λοίμωξης στην κοινότητα, συχνά οδηγεί σε τεράστιες ανθρώπινες και οικονομικές απώλειες. Η μετάδοση του ιού μπορεί να συμβεί μέσω στενής επαφής από άτομο σε άτομο ή επαφής με μολυσμένη επιφάνεια. Επομένως, η προσεκτική απολύμανση ή απολύμανση είναι απαραίτητη για τη μείωση της εξάπλωσης του ιού. Υπάρχουν πολλά απολυμαντικά/απολυμαντικά/βιοκτόνα που μπορούν να αδρανοποιήσουν τους ιούς, αλλά η αποτελεσματικότητά τους εξαρτάται από πολλούς παράγοντες όπως η συγκέντρωση του παράγοντα, ο χρόνος αντίδρασης, η θερμοκρασία και το οργανικό φορτίο. Η πρόοδος της νανοτεχνολογίας έχει μεγάλη σημασία για την αδρανοποίηση των ιών και τον έλεγχο της επιδημίας COVID-19.

Λέξεις-κλειδιά: απολύμανση, νανοτεχνολογία, COVID-19

1. Εισαγωγή

Οι ιογενείς μεταδόσεις και οι λοιμώξεις αποτελούν ιστορικά σοβαρές απειλές για την ανθρώπινη υγεία και ευημερία και έχουν οδηγήσει σε εκτεταμένες κοινωνικοοικονομικές διαταραχές. Πριν από έναν αιώνα, το 1918, η πανδημία της «ισπανικής γρίπης» προκάλεσε μια παγκόσμια καταστροφή με περισσότερους από 50 εκατομμύρια θανάτους και 500 εκατομμύρια μολύνσεις [33]. Μία από τις χώρες που επλήγησαν περισσότερο από την επιδημία του Έμπολα στη Δυτική Αφρική το 2014, η αύξηση του ακαθάριστου εγχώριου προϊόντος (ΑΕΠ) της Λιβερίας μειώθηκε από 8,7% το 2013 σε 0,7% το 2014 [66]. Η απειλή μιας παγκόσμιας πανδημίας ιών θα μπορούσε να οδηγήσει σε μεγαλύτερες καταστροφές από οποιαδήποτε άλλη στιγμή στην ανθρώπινη ιστορία, καθώς οι ιοί μπορούν να εξαπλωθούν σε όλο τον κόσμο με πρωτοφανείς ρυθμούς λόγω των ευκολότερων παγκόσμιων συνδέσεων και μεταφοράς και της ευκολίας και της έντασης της ανθρώπινης κινητικότητας σήμερα. Σήμερα, ωστόσο, βλέπουμε ότι μια παρόμοια πανδημία έχει αναμφίβολα οδηγήσει σε πιο καταστροφικά αποτελέσματα [7]. Ο νέος κορωνοϊός, ο οποίος προκαλεί τη νόσο COVID-19 (SARS-CoV-2 ή πρώην HCoV-19), που αναφέρθηκε για πρώτη φορά από την Κίνα στα τέλη του 2019, έχει οδηγήσει σε περισσότερους από έξι εκατομμύρια θανάτους κατά τη στιγμή που γράφεται αυτό το άρθρο. Η πανδημία δεν έχει ακόμη τελειώσει και καθημερινά αναφέρονται νέα κρούσματα και νέοι θάνατοι. Ενώ οι κυβερνήσεις και οι πολιτείες μπορούν να επηρεάσουν τα ποσοστά και το εύρος των κρουσμάτων [2], τα άτομα μπορούν να διαδραματίσουν σημαντικότερο ρόλο στον περιορισμό της εξάπλωσης των ιών σε δημόσιους χώρους και χώρους υγειονομικής περίθαλψης [47]. Η μετάδοση από άνθρωπο σε άνθρωπο κοινών ιών γρίπης και κοροναϊών μπορεί να συμβεί μέσω αυτοενοφθαλμισμού των βλεννογόνων στη μύτη, το στόμα ή τα μάτια αγγίζοντας μολυσμένες ξηρές επιφάνειες καθώς και σωματικά υγρά που είναι φορτωμένα με ιούς [37]. Ανάλογα με τον τύπο της επιφάνειας και τις περιβαλλοντικές συνθήκες, οι ιοί μπορούν να παραμείνουν σε άψυχες επιφάνειες για 5 λεπτά ή λιγότερο έως περισσότερες από 28 ημέρες [22]. Η χρήση απολυμαντικών παραγόντων για προσωπική φροντίδα και απολύμανση επιφανειών είναι μεγάλης σημασίας για τον περιορισμό της μετάδοσης των ιών με την απενεργοποίηση των ιών προτού έχουν την ευκαιρία να εισέλθουν στο ανθρώπινο σώμα.

Σε αυτήν την εκπαιδευτική μονάδα, παρέχουμε πληροφορίες για τους διάφορους τύπους απολυμαντικών παραγόντων που χρησιμοποιούνται σε εμπορικά διαθέσιμα σκευάσματα με επιστημονικά αποδεδειγμένες ιοκτόνες ιδιότητες για την αδρανοποίηση των ιών σε εναιώρημα και σε επιφάνειες. Παρέχουμε επίσης πληροφορίες σχετικά με τη χρήση αντιιικής απολύμανσης νανοτεχνολογικών υλικών, μια από τις πολλά υποσχόμενες νέες εξελίξεις που έχει αποδειχθεί ότι αδρανοποιεί τους ιούς, αλλά δεν έχει ακόμη φθάσει σε ευρεία εμπορική χρήση.

2. Απολυμαντικά κατά των ιών και γενικές αρχές λειτουργίας

2.1. Ιοί και μολυσματικότητα

Οι ιοί τυπικά αποτελούνται από ένα ιικό καψίδιο που περιέχει νουκλεϊκά οξέα (Εικ. 1). Το νουκλεϊκό οξύ χρησιμεύει ως πληροφορία μήτρας για την αντιγραφή, ενώ το καψίδιο και οι σχετικές πρωτεΐνες λειτουργούν τόσο για την προστασία του νουκλεϊκού οξέος όσο και για τη σύνδεση με τους υποδοχείς του κυττάρου ξενιστή [29].

Φιγούρα 1. Τύποι ιών.

Οι ιοί δεν μπορούν να αναπαραχθούν και να αυξηθούν σε αριθμό εκτός ενός κυττάρου ξενιστή. Ωστόσο, συχνά μπορούν να επιβιώσουν για μεγάλο χρονικό διάστημα σε αυτή την κατάσταση [67]. Όταν συναντήσουν ένα κατάλληλο κύτταρο ξενιστή, θα μολύνουν και θα εισέλθουν στο κύτταρο ξενιστή και θα κατακτήσουν τον κυτταρικό μηχανισμό για τη δική τους αναπαραγωγή (Εικ. 2). Οι ιοί μπορούν να μολύνουν κύτταρα, συμπεριλαμβανομένων των βακτηριακών κυττάρων, και να προκαλέσουν μια σειρά κοινών ασθενειών. Αυτή η κατάσταση επιδεινώνεται από την έλλειψη αποτελεσματικής θεραπείας ενάντια σε πολλούς από τους ιούς.

Οι κορωνοϊοί, από την άλλη πλευρά, είναι ιοί με περίβλημα και μονόκλωνοι RNA, δηλαδή το γενετικό τους υλικό αποτελείται από έναν κλώνο RNA και κάθε ιικό σωματίδιο είναι τυλιγμένο σε έναν πρωτεϊνικό φάκελο (Εικ. 3). Όλοι οι ιοί βασικά ακολουθούν την ίδια διαδρομή στη μόλυνση των ξενιστών τους. Ένας ιός που εισβάλλει σε ένα κύτταρο αναπαράγεται χρησιμοποιώντας ορισμένα συστατικά αυτού του κυττάρου και στη συνέχεια τα αντίγραφά του μολύνουν άλλα κύτταρα. Ωστόσο, οι ιοί RNA έχουν διαφορετικό χαρακτηριστικό. Αυτοί οι ιοί δεν μπορούν να διορθώσουν σφάλματα που εμφανίζονται κατά την αντιγραφή του RNA επειδή δεν διαθέτουν τους μηχανισμούς διόρθωσης σφαλμάτων που χρησιμοποιούν συνήθως τα κύτταρα κατά την αντιγραφή του DNA.

Σχήμα 2. Τα τέσσερα στάδια της ιογενούς μόλυνσης ενός κυττάρου στο μοντέλο.

Οι κοροναϊοί είναι η ομάδα των ιών με το μεγαλύτερο γονιδίωμα, με 30.000 βάσεις, μεταξύ των ιών RNA. Αυτά τα παθογόνα, τα οποία δεν έχουν την ικανότητα να διορθώνουν σφάλματα κατά την αναπαραγωγή, αυξάνουν την πιθανότητα να κάνουν λάθη καθώς αυξάνεται η ποσότητα της βάσης που αντιγράφουν. Επομένως, κάθε λάθος φέρνει μαζί του μια νέα μετάλλαξη. Ορισμένες από αυτές τις μεταλλάξεις μπορεί επίσης να προσδώσουν νέες ιδιότητες στον ιό, όπως την ικανότητα να μολύνει νέους τύπους κυττάρων ή ακόμα και νέα στελέχη. Ένας κορωνοϊός αποτελείται από τέσσερις δομικές πρωτεΐνες: νουκλεοκαψίδιο, περίβλημα, μεμβράνη και ραβδοειδείς προεξοχές (αγκάθια). Δεδομένου ότι αυτές οι προεξοχές ονομάζονται “corona”, που σημαίνει στέμμα στα λατινικά, αυτοί οι ιοί ονομάζονται κοροναϊός (κορωνοϊός). Το νουκλεοκαψίδιο περιέχει το γενετικό υλικό σε μια σφαιρική δομή που σχηματίζεται από πρωτεΐνες φακέλου και μεμβράνης. Οι ακανθώδεις προεξοχές προσδιορίζουν τα κύτταρα που μπορεί να μολύνει ο ιός και να προσκολληθούν στους υποδοχείς των κυττάρων.

Οι επιφάνειες, συμπεριλαμβανομένων των χεριών μας, παίζουν σημαντικό ρόλο στην εξάπλωση των ιών. Οι ιοί όπως ο ιός της πολιομυελίτιδας και ο βακτηριοφάγος παρουσιάζουν πολύ μεγαλύτερη ικανότητα επιβίωσης όταν μεταφέρονται με άμεση επαφή με τις επιφάνειες, σε αντίθεση με ιούς που περιέχουν σταγονίδια αεροζόλ ή σκόνη. Μόλις 5 δευτερόλεπτα επαφής χεριού και προσώπου αρκούν για τη μεταφορά ενός σημαντικού μέρους του ιού και οι ιοί μπορούν στη συνέχεια να εξαπλωθούν αγγίζοντας τον ρινικό βλεννογόνο ή τον επιπεφυκότα του ματιού. Η πιθανότητα εξάπλωσης σχετίζεται άμεσα με τον χρόνο επιβίωσης του ιού στην επιφάνεια, ο οποίος διαφέρει σημαντικά μεταξύ διαφορετικών ιών. Μια πολύ πρόσφατη μελέτη ανέφερε ότι ο κορωνοϊός Covid-19 (SARS-CoV-2) μπορεί να επιμείνει περισσότερο σε πλαστικές επιφάνειες προπυλενίου και ανοξείδωτο χάλυβα, ενώ ζωντανοί ιοί υπάρχουν έως και 72 ώρες μετά την αρχική εφαρμογή, αν και με πολύ μειωμένο τίτλο ιού [60].

Εικόνα 3: Απεικόνιση του ιού SARS-CoV-2

2.2. Παράγοντες που επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα του απολυμαντικού

Ο κύριος δείκτης μέτρησης της αποτελεσματικότητας του απολυμαντικού είναι η μείωση της μολυσματικότητας του ιού. Η μέτρηση της μολυσματικότητας του ιού πραγματοποιείται συνήθως με δοκιμές φορέα και δοκιμές εναιώρησης. Οι κύριες παράμετροι που επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα των απολυμαντικών έναντι των ιών περιλαμβάνουν τον χρόνο επαφής, τη συγκέντρωση του απολυμαντικού και τον σχετικό ιό.

Επιπλέον, η αποτελεσματικότητα της απολύμανσης μπορεί επίσης να επηρεαστεί από περιβαλλοντικούς παράγοντες. Εάν η απολύμανση απαιτεί χημικές αντιδράσεις, όπως η φορμαλδεΰδη, ο ρυθμός απολύμανσης θα είναι υψηλότερος σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Σε κρύο καιρό, ορισμένα απολυμαντικά μπορεί να είναι αναποτελεσματικά καθώς το ποσοστό απολύμανσης θα είναι εξαιρετικά χαμηλό. Η υγρασία είναι ένας άλλος παράγοντας που μπορεί να επηρεάσει τη διείσδυση του απολυμαντικού στον ιό. Για αντιδράσεις όπως τα απολυμαντικά αλδεΰδης, μια αλλαγή στο pH θα επηρεάσει επίσης την αποτελεσματικότητα του απολυμαντικού.

2.3. Παράγοντες που επηρεάζουν την ευαισθησία στον ιό

Οι ιοί που επηρεάζουν την αδρανοποίηση με απολύμανση έχουν ορισμένες μοναδικές ιδιότητες. Εδώ υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι ιών με διαφορετικές δομές, που ταξινομούνται ανάλογα με την αυξανόμενη δυσκολία της αδρανοποίησης των χημικών απολυμαντικών: ιοί με περίβλημα, μεγάλοι ιοί χωρίς περίβλημα και μικροί ιοί χωρίς περίβλημα. Αν και υπάρχουν εξαιρέσεις, οι μεγαλύτεροι ιοί είναι γενικά πιο ευαίσθητοι στα απολυμαντικά [32]. Όλα τα λίγα απολυμαντικά διαλύματα που δοκιμάστηκαν είναι αποτελεσματικά έναντι των ιών με περίβλημα του ιού του απλού έρπητα και του ιού της ανθρώπινης ανοσοανεπάρκειας (HIV) τύπου 1, αλλά λιγότερο αποτελεσματικά έναντι του μικρού ανθρώπινου ιού coxsackie χωρίς περίβλημα. Οι ιοί με περίβλημα περιέχουν ένα λιπιδικό περίβλημα που είναι απαραίτητο για τη μόλυνση και επομένως η παρέμβαση στο φάκελο μπορεί ενδεχομένως να μειώσει τη μετάδοση του ιού. Τα λιπόφιλα απολυμαντικά μπορούν συχνά να χρησιμοποιηθούν για την αδρανοποίηση ιών με περίβλημα. Αντίθετα, οι ιοί χωρίς περίβλημα χρησιμοποιούν μια πρωτεϊνική επικάλυψη για μόλυνση και έτσι η αδρανοποίηση απαιτεί συχνά τη μετουσίωση περιττών ιικών πρωτεϊνών καψιδίου ή απαραίτητων αναδιπλασιαζόμενων πρωτεϊνών [36]. Τα απολυμαντικά που αποικοδομούν πρωτεΐνες, όπως η γλουταραλδεΰδη ή το υποχλωριώδες νάτριο, μπορούν να είναι αποτελεσματικά στην αδρανοποίηση ιών χωρίς περίβλημα [32]. Μελέτες ηλεκτρονικής μικροσκοπίας δείχνουν εκτεταμένη δομική βλάβη στον φάγο, συμπεριλαμβανομένου του βακτηριοφάγου PAO1 που απενεργοποιεί το υποχλωριώδες νάτριο και βλάβης στις πρωτεΐνες καψιδίου. Ωστόσο, δεδομένου ότι οι ιοί όπως η πολιομυελίτιδα διατηρούν τη μολυσματικότητα μόνο με RNA, το απολυμαντικό μπορεί να χρειαστεί να διεισδύσει για να καταστρέψει τα νουκλεϊκά οξέα [32]. Ενώ ο ιός γρίπης H1N1 με περίβλημα μπορεί να αδρανοποιηθεί από όλα τα απολυμαντικά που έχουν δοκιμαστεί [16], οι μικροί νοροϊοί χωρίς περίβλημα είναι πολύ πιο δύσκολο να απενεργοποιηθούν και λίγα κοινά διαθέσιμα απολυμαντικά δεν μπορούν να μειώσουν επαρκώς τη μόλυνση [56].

Οι ιοί αντιστέκονται επίσης στην απολύμανση λόγω των κυτταρικών υλικών με τα οποία συνδέονται οι ιοί. Οι ιοί εξαρτώνται κανονικά από τα κύτταρα ξενιστές για αντιγραφή, έτσι συχνά βρίσκονται σε συνδυασμό με υλικά όπως κυτταρικά υπολείμματα, χώμα και σταγονίδια αεροζόλ. Αυτοί ονομάζονται προστατευτικοί παράγοντες συσσωμάτωσης ιών και μπορούν να μειώσουν τη διείσδυση του απολυμαντικού στον ιό και να μειώσουν την αλληλεπίδραση και τη δραστηριότητα των απολυμαντικών παραγόντων. Αυτό έχει μεγάλη επίδραση στα απολυμαντικά και απαιτεί πολύ μεγαλύτερη συγκέντρωση για αποτελεσματική απολύμανση. Η απολύμανση συχνά συνδέεται και εξαρτάται από τις διαδικασίες καθαρισμού, καθώς η αφαίρεση ακαθαρσιών οργανικών υλικών μπορεί να επιτρέψει μια καλύτερη διαδικασία απολύμανσης [14]. Επιπλέον, οι ιοί μπορούν να συσσωρευτούν στο περιβάλλον όταν εκτεθούν σε απολυμαντικά, καθιστώντας δύσκολη τη διείσδυση και την πρόσβαση των απολυμαντικών στους ιούς [15].

Ο COVID-19 είναι γνωστό ότι είναι πολύ μεταδοτικός και υπάρχουν πολλοί τρόποι μετάδοσης. Πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει ότι ο SARS-CoV-2 εξαπλώνεται κυρίως μέσω μικροσταγονιδίων που μεταδίδονται από άτομο σε άτομο ή αγγίζοντας μολυσμένες επιφάνειες (Εικ. 4) [58]. Ο SARS-CoV-2 είναι γνωστό ότι έχει την ικανότητα να παραμένει σε μορφή αερολύματος για περισσότερες από 3 ώρες. Αναφέρεται επίσης ότι ανάλογα με την επιφάνεια, ο ανθρώπινος κορωνοϊός μπορεί να επιμείνει έως και 9 ημέρες και σε θερμοκρασίες άνω των 30 °C. Στο πλαίσιο αυτό, η χρήση ατομικού προστατευτικού εξοπλισμού (ΜΑΠ), απολυμαντικού και απολυμαντικού είναι εξαιρετικά σημαντική. Ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας (ΠΟΥ) συνιστά τη χρήση φυσικών και χημικών παραγόντων για τη μείωση της μόλυνσης μέσω απολύμανσης επιφανειών, ειδικά σε επιφάνειες που αγγίζονται συχνά, όπως πόμολα πορτών, Πίνακαςα, καρέκλες, κάγκελα και κλειδιά, καθώς και χρήση μάσκας και διαδικασίες προσωπικής υγιεινής . Στη βιβλιογραφία έχουν περιγραφεί διάφοροι απολυμαντικοί παράγοντες, όπως υποχλωριώδες νάτριο, υπεροξείδιο του υδρογόνου, αλκοόλες, σαπούνια/επιφανειοδραστικά κ.λπ. [31].

Εικόνα 4. Παραδείγματα σημείων εξάπλωσης του ιού.

3. Εμπορικά διαθέσιμα ιοκτόνα απολυμαντικά μέσα

3.1. Αλκοόλ

Οι αλκοόλες, ιδιαίτερα η ισοπροπυλική αλκοόλη (επίσης γνωστή ως ισοπροπανόλη και προπαν-2-όλη) και η αιθυλική αλκοόλη (αιθανόλη), μπορούν να αδρανοποιήσουν ένα ευρύ φάσμα βακτηριακής, μυκητιακής και ιικής δραστηριότητας (Εικ. 5-6). Αυτά τα ενεργά συστατικά παίζουν σημαντικό ρόλο στη βιομηχανία υγειονομικής περίθαλψης για την αντισηψία του δέρματος και την απολύμανση μικρών ιατρικών οργάνων. Αν και έχει αποδειχθεί ότι είναι αποτελεσματικό στην καταστροφή μολυσματικών μικροοργανισμών, οι αλκοόλες δεν είναι σποριοκτόνες [44] και συχνά συνδυάζονται με άλλα κύρια βιοκτόνα δραστικά για να αυξήσουν την αποτελεσματικότητα της απολύμανσης.

Ισχυροί βιοκτόνοι παράγοντες καταστρέφουν ιούς και βακτήρια με διάφορους μηχανισμούς, όπως διαταραχή της κυτταρικής δομής και πήξη ή/και μετουσίωση πρωτεϊνών σε μικροοργανισμούς. Αν και λίγες μελέτες έχουν διεξαχθεί για την πλήρη κατανόηση της βιοκτόνου δράσης του αλκοόλ, γενικά πιστεύεται ότι οι αλκοόλες διαταράσσουν τις κυτταρικές μεμβράνες και γενικά μετουσιώνουν τις πρωτεΐνες [4]. Οι ιοί και πολλοί άλλοι μικροοργανισμοί είναι γενικά ευαίσθητοι σε αυτόν τον τρόπο δράσης. Προηγούμενες μελέτες έχουν αναφέρει ότι η ενσωμάτωση νερού στο βιοκτόνο σύστημα αυξάνει την αποτελεσματικότητα του αλκοόλ, καθώς το νερό διευκολύνει την ταχύτερη μετουσίωση των πρωτεϊνών [44]. Επιπλέον, η προσθήκη νερού αυξάνει σημαντικά την αποτελεσματικότητα των αλκοολών καθώς καθυστερεί την εξάτμιση του αλκοόλ και αυξάνει την έκθεσή του σε ιούς και βακτήρια.

Ωστόσο, η ιοκτόνος δράση του αλκοόλ εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη συγκέντρωση των δραστικών ουσιών και τον τύπο των δοκιμαστικών ιών. Η αποτελεσματικότητα των αλκοολών στην αδρανοποίηση των ιών εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις επιφανειακές ιδιότητες του μικροοργανισμού. Οι ιοί χωρίς περίβλημα είναι γενικά γνωστό ότι είναι πιο ανθεκτικοί στα απολυμαντικά από τους ιούς με περίβλημα, συμπεριλαμβανομένων των αλκοολών.

Ενώ οι αλκοόλες ήταν αποτελεσματικές στην καταστροφή ορισμένων τύπων ιών, άλλα απολυμαντικά όπως οι ενώσεις τεταρτοταγούς αμμωνίου (QAC), η γλουταραλδεΰδη και το υπεροξείδιο του υδρογόνου επισκίασαν γρήγορα την απόδοσή τους [44]. Επομένως, τα απολυμαντικά των οποίων τα κύρια δραστικά συστατικά είναι το αλκοόλ δεν χρησιμοποιούνται γενικά για την απολύμανση κρίσιμου εξοπλισμού ή περιβάλλοντος σε χώρους υγειονομικής περίθαλψης [44]. Η χρήση της ισοπροπυλικής αλκοόλης είναι επίσης περιορισμένη, καθώς απενεργοποιεί μόνο τους ιούς των λιπιδίων. Αυτό μειώνει σημαντικά τις ικανότητες του αλκοόλ ως απολυμαντικού ευρύτερης χρήσης. Επειδή οι αλκοόλες είναι εύφλεκτα υγρά, οι μεγάλες ποσότητες αλκοόλ θα αυξήσουν τους κινδύνους και τους κινδύνους ως απολυμαντικό. Το σημείο ανάφλεξης του διαλύματος αλκοόλης υψηλότερης συγκέντρωσης είναι χαμηλότερο από αυτό της χαμηλότερης συγκέντρωσης [4]. Επιπλέον, η παρατεταμένη και επαναλαμβανόμενη χρήση αλκοόλ θέτει σε κίνδυνο την ακεραιότητα υλικών όπως τα πλαστικά και τα χρώματα. Υλικά που εκτίθενται συνεχώς σε αλκοόλ μπορεί να εμφανίσουν αλλαγή χρώματος, σκάσιμο και πρήξιμο λόγω της επίδρασης του αλκοόλ. Μια άλλη πρόκληση με τη χρήση αλκοόλ είναι ότι εξατμίζεται γρήγορα όταν εκτίθεται στον αέρα, μειώνοντας έτσι τον χρόνο επαφής με τον ιό. Η μέγιστη απολύμανση είναι δύσκολο να επιτευχθεί εκτός εάν τα εργαλεία έχουν βυθιστεί στο λουτρό για κάποιο χρονικό διάστημα.

Εικόνα 5. Παράγοντες που επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα των απολυμαντικών χεριών με βάση το αλκοόλ κατά του SARS-CoV-2.

Αν και οι δυνατότητες του αλκοόλ είναι περιορισμένες, εξακολουθεί να χρησιμοποιείται ευρέως σε μια ποικιλία ενεργών απολυμαντικών διαδικασιών. Είναι επιτακτική ανάγκη να σημειωθεί ότι ο ρόλος του αλκοόλ ως απολυμαντικού μαζί με τις υπόλοιπες ιδιότητές του είναι ακόμα αναντικατάστατος. Οι αλκοόλες χρησιμοποιούνται συχνά στο νοσοκομείο ως αποτελεσματικό απολυμαντικό για θερμόμετρα, μη κρίσιμα όργανα και μη επεμβατικούς ανιχνευτές [44]. Οι μη κρίσιμες επιφάνειες των επαναχρησιμοποιήσιμων ιατρικών εργαλείων απολυμαίνονται επίσης με οινόπνευμα. Ένα άλλο πλεονέκτημα της χρήσης αλκοόλης ως απολυμαντικού είναι ότι είναι φιλικό προς το χρήστη. Τα διαλύματα οινοπνεύματος δεν λερώνουν, εξατμίζονται γρήγορα, έχουν χαμηλή τοξικότητα σε σύγκριση με άλλες μορφές απολυμαντικού και έχουν ήπια, αποδεκτή οσμή. Αυτά τα χαρακτηριστικά είναι κρίσιμα σε περιβάλλοντα υγειονομικής περίθαλψης καθώς συμβάλλουν στην αποτελεσματικότητα και την απαραίτητη εξυγίανση του συστήματος.

Εικόνα 6. Ο αντιϊκός μηχανισμός δράσης του αλκοόλ κατά των ιών με περίβλημα.

3.2. Τασιενεργά

Τα επιφανειοδραστικά είναι αμφίφιλα τμήματα που έχουν τόσο υδρόφιλα όσο και λιπόφιλα τμήματα, ταξινομημένα περαιτέρω ως κατιονικά, ανιονικά, μη ιονικά και αμφιτεριονικά τασιενεργά. Είναι ενεργά συστατικά που βρίσκονται συχνά σε οικιακά απολυμαντικά και απορρυπαντικά και έχει αποδειχθεί ότι μπορούν να αδρανοποιούν τους ιούς. Οι ιοί με περίβλημα όπως η οικογένεια των κοροναϊών, η οποία περιλαμβάνει τους SARS-CoV-1, MERS και τους νέους ιούς SARS-CoV-2, είναι επομένως ευαίσθητοι σε αυτά τα επιφανειοδραστικά. Ωστόσο, ορισμένα επιφανειοδραστικά δεν βασίζονται στη διάλυση του περιβλήματος των λιπιδίων τους για την αδρανοποίηση των ιών.

3.2.1. Κατιονικές επιφανειοδραστικές ουσίες (ενώσεις τεταρτοταγούς αμμωνίου)

Οι ενώσεις τεταρτοταγούς αμμωνίου (QACs) σχηματίζουν την κύρια μάζα κατιονικών επιφανειοδραστικών και αδρανοποιούν τους ιούς ως επί το πλείστον διαλύοντας και διασπώντας το λιπιδικό περίβλημα ή τη μεμβράνη τους. Αναφέρεται ότι διατηρούν καλύτερα την ιοκτόνο δράση στο σκληρό νερό και επίσης παρουσία ανιονικών υπολειμμάτων [38]. Τα QAC είναι ελκυστικά επειδή είναι σχετικά μη τοξικά, άχρωμα και άοσμα [19]. Είναι ευρέως γνωστά για την απενεργοποίηση των ιών με περίβλημα, αλλά η ιοκτόνος δράση τους εξαρτάται από τη συγκέντρωση, τον χρόνο έκθεσης και τη θερμοκρασία. Η αποτελεσματική απολύμανση με τασιενεργά που χρησιμοποιούν QAC επιτυγχάνεται καλύτερα με ζεστό νερό και μεγαλύτερους χρόνους αντίδρασης [30]. Ένα πλεονέκτημα της χρήσης απολυμαντικών με βάση το QAC είναι η σχετικά υψηλή ανοχή τους στην παρουσία μολυσματικών οργανικών ουσιών. Αυτό συμβαίνει επειδή η ικανότητά τους να αδρανοποιούν τους ιούς γενικά δεν μειώνεται από την παρουσία οργανικής ύλης, όπως φαίνεται με άλλα κοινά απολυμαντικά όπως το αλκοόλ και τα απολυμαντικά με βάση το χλώριο.

3.2.2. Ανιονικά τασιενεργά

Είναι μερικές κοινές ανιονικές επιφανειοδραστικές ουσίες που βρίσκονται σε προϊόντα προσωπικής φροντίδας όπως σαπούνι, σαμπουάν, οδοντόκρεμα και απορρυπαντικά [49].

3.2.3. Μη ιοντικές και αμφιτεριονικές επιφανειοδραστικές ουσίες

Τα μη ιονικά τασιενεργά χρησιμοποιούνται συνήθως ως γαλακτωματοποιητές. Αυτά τα μη ιονικά τασιενεργά απενεργοποιούν τους ιούς διαλύοντας το ιικό περίβλημα και διασπώντας το νουκλεοκαψίδιο. Τα αμφιτεριονικά επιφανειοδραστικά είναι μόρια που φέρουν τόσο κατιονικά όσο και ανιονικά φορτία, αλλά γενικά ουδέτερα φορτισμένα [63]. Οι ερευνητές έχουν προτείνει ότι ο μηχανισμός απολύμανσης με αμφιτεριονικό απορρυπαντικό είναι μέσω της ιικής αποικοδόμησης αντί της διαλυτοποίησης των επιφανειακών πρωτεϊνών [8]. Αυτή η ειδική ικανότητα, η οποία αδρανοποιεί τους ιούς αλλά διατηρεί τη βιολογική δραστηριότητα των επιφανειακών αντιγόνων, επιτρέπει τη χρήση αμφιτεριονικού απορρυπαντικού κατά την ανάπτυξη εμβολίων.

3.3. Οξειδωτικοί παράγοντες

Τα απολυμαντικά όπως το υποχλωριώδες νάτριο, το υπεροξείδιο του υδρογόνου και το υπεροξικό οξύ χρησιμοποιούν τις οξειδωτικές τους ικανότητες για να αδρανοποιήσουν τους ιούς. Οι ισχυροί οξειδωτικοί παράγοντες είναι από τα πιο αποτελεσματικά απολυμαντικά για μικρούς ιούς χωρίς περίβλημα που είναι δύσκολο να απολυμανθούν, όπως οι νοροϊοί [17].

3.3.1. Υποχλωριώδες νάτριο

Το υποχλωριώδες νάτριο, το δραστικό συστατικό της οικιακής χλωρίνης, είναι ένας ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας. Διαλύεται στο νερό για να σχηματίσει υποχλωριώδες οξύ, το οποίο μπορεί να αναχθεί για να σχηματίσει νερό και ανιόν χλωρίου [13]. Η αποτελεσματικότητα της απολύμανσης μειώνεται με την αύξηση του pH, πιθανώς λόγω της φθίνουσας αναλογίας του υποχλωριώδους οξέος που υπάρχει [3]. Το υποχλωριώδες νάτριο είναι ταχείας δράσης και αποτελεσματικό σε χαμηλές συγκεντρώσεις. Η επίδρασή του βρέθηκε να είναι ανάλογη της συγκέντρωσης και του χρόνου επαφής. Το υποχλωριώδες νάτριο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ιούς χωρίς περίβλημα που είναι δύσκολο να απολυμανθούν, όπως οι νοροϊοί.

3.3.2. Διχλωροϊσοκυανουρικό νάτριο

Σε σύγκριση με το υποχλωριώδες νάτριο, το διχλωροϊσοκυανουρικό νάτριο έχει μεγαλύτερης διάρκειας απολυμαντική δράση, είναι πιο ανεκτικό στην παρουσία οργανικού υλικού και έχει υψηλότερη συνολική απολυμαντική αποτελεσματικότητα.

3.3.3. Υπεροξείδιο του υδρογόνου

Το υπεροξείδιο του υδρογόνου είναι ένας ισχυρός παράγοντας απενεργοποίησης ευρέος φάσματος. Αποσυντίθεται για να σχηματίσει νερό, οξυγόνο και εξαιρετικά δραστικές ελεύθερες ρίζες υδροξυλίου που μπορούν να αποικοδομήσουν ή να διασυνδέσουν μια μεγάλη ποικιλία βιομορίων, συμπεριλαμβανομένων πρωτεϊνών, νουκλεϊκών οξέων και λιπιδίων. Το υπεροξείδιο του υδρογόνου είναι επίσης αποτελεσματικό έναντι των νοροϊών, αν και συνήθως απαιτεί υψηλότερη συγκέντρωση από το υποχλωριώδες νάτριο.

3.4. Υπεροξικό οξύ

Το υπεροξικό οξύ παρομοίως αποσυντίθεται για να σχηματίσει ελεύθερες ρίζες υδροξυλίου υψηλής αντίδρασης καθώς και οξικό οξύ και οξυγόνο [42]. Μορφές υπεροξικού οξέος έχουν αναπτυχθεί για να παρέχουν μεγαλύτερη σταθερότητα και μπορούν να διαλυθούν in situ για να σχηματίσουν το απολυμαντικό διάλυμα.

3.5. Αλογονωμένες ενώσεις

3.5.1. Ποβιδόνη ιωδίου

Το Povidone-iodine είναι ένας ιοκτόνος παράγοντας ευρέος φάσματος. Χρησιμοποιείται σε κλινικές εφαρμογές όπως αποστειρωτικούς παράγοντες, χειρουργικά επιχρίσματα, απολέπιση και αλοιφές για προ και μετεγχειρητικό καθαρισμό δέρματος, καθώς και σε καθημερινά προϊόντα όπως αντισηπτικά πλύσεις χεριών, στοματικά διαλύματα και στοματικά διαλύματα που περιέχουν χαμηλότερες συγκεντρώσεις ιωδοφόρου [12. ]. Δεν είναι κατάλληλο για χρήση με προϊόντα σιλικόνης, όπως καθετήρες σιλικόνης ποβιδόνης-ιωδίου, καθώς το ιώδιο μπορεί να προκαλέσει την ταχύτερη αποικοδόμηση του υλικού. Αν και γενικά είναι ασφαλέστερη και πιο αποτελεσματική στην αδρανοποίηση των ιών από πολλούς άλλους αντισηπτικούς παράγοντες, η ποβιδόνη-ιώδιο μπορεί, με παρατεταμένη χρήση, να προκαλέσει δυσλειτουργία του θυρεοειδούς [27] και αλλεργική δερματίτιδα εξ επαφής που απαιτεί προσεκτική ιατρική παρακολούθηση [61]. Η προέλευση των ευρειών ιοκτόνων δράσεων της ιωδιούχου ποβιδόνης δεν έχει ακόμη πλήρως αποσαφηνιστεί και είναι πιθανό να προκύψει με περισσότερους από έναν μηχανισμούς, μειώνοντας την πιθανότητα τυχαίων ιικών μεταλλάξεων που προσδίδουν αντίσταση. Υπάρχουν ενδείξεις ότι το ιώδιο μπορεί να μπλοκάρει τους υποδοχείς του ιού που είναι υπεύθυνοι για τη δέσμευση στην επιφάνεια του κυττάρου ξενιστή [50]. Επιπλέον, το ιώδιο μπορεί να αποτρέψει την εξάπλωση του ιού σε άλλα μη μολυσμένα κύτταρα αναστέλλοντας τη δραστηριότητα των ιικών ενζύμων (π.χ. νευραμινιδάση) που είναι απαραίτητα για την απελευθέρωση του ιού από τα κύτταρα ξενιστές [12]. Για ιούς με περίβλημα, έχει επίσης προταθεί ότι η μεμβράνη του ιού μπορεί να αποσταθεροποιηθεί από την αντίδραση ιωδίου, λιπαρών οξέων μεμβράνης με ακόρεστους δεσμούς C=C.

3.5.2. Διγλυκονική χλωρεξιδίνη

Η χλωρεξιδίνη είναι ένα ευρέως φάσματος κατιονικό βιοκτόνο διςγουανιδίου που βρίσκεται σε πολλά αντισηπτικά προϊόντα. Η χλωρεξιδίνη, ως ενεργό συστατικό σε πλύσεις χεριών, στοματικά διαλύματα και στοματικά τζελ, απολυμαντικά και συντηρητικά, έχει γενικά χαμηλή ευερεθιστότητα, καλή αντοχή στο δέρμα και ταχεία βακτηριοκτόνο δράση. Ωστόσο, η δραστηριότητά του εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη σύνθεσή του, καθώς μειώνεται από την παρουσία ανιονικών τασιενεργών και φωσφολιπιδίων καθώς και οργανικής ύλης, συμπεριλαμβανομένου του ορού, και εξαρτάται επίσης από το pH. Σε σύγκριση με τα βακτήρια, η ιοκτόνος δράση του είναι πιο μεταβλητή από την ποβιδόνη-ιώδιο και είναι σημαντικά λιγότερο ισχυρή και βραδύτερη δράση. Γενικά, η χλωρεξιδίνη είναι αναποτελεσματική έναντι ιών χωρίς περίβλημα (πολιομυελίτιδα και αδενοϊοί), αλλά παρουσιάζει μεταβλητή ισχύ για την αδρανοποίηση ιών με περίβλημα.

3.5.3. Χλωροξυλενόλη

Η χλωροξυλενόλη είναι ένα αντισηπτικό αλογονωμένου φαινολικού τύπου. Χρησιμοποιείται ευρέως για οικιακά απολυμαντικά, καθαρισμό τραυμάτων και απολύμανση χειρουργικού εξοπλισμού, είναι πιο αποτελεσματικό κατά των βακτηρίων, αλλά η ιοκτόνος δράση του είναι μεταβλητή. Παρά την εκτεταμένη εμπορική χρήση του για μεγάλο χρονικό διάστημα, παραδόξως λίγα είναι γνωστά για τον μηχανισμό δράσης του τόσο έναντι των βακτηρίων όσο και των ιών. Η χλωροξυλενόλη είναι γενικά ασφαλής για εξωτερική χρήση στον άνθρωπο, αλλά έχει αναφερθεί ότι προκαλεί ερεθιστική δερματίτιδα εξ επαφής και αποχρωματισμό εξ επαφής [62].

3.6. Αλδεΰδες

3.6.1. Φορμαλδευγή

Η φορμαλδεΰδη είναι η απλούστερη αλδεΰδη και είναι ένα ισχυρό απολυμαντικό υψηλού επιπέδου με ισχυρές ιδιότητες απενεργοποίησης των ιών. Συνήθως πωλείται ως υδατικό διάλυμα που ονομάζεται φορμαλίνη, έχει χρησιμοποιηθεί για την αδρανοποίηση ιών για παραγωγή εμβολίων [35] και επιστημονική μελέτη [35]. Ως απολυμαντικό υψηλού επιπέδου, μπορεί να απενεργοποιήσει αποτελεσματικά και γρήγορα πολλούς διαφορετικούς τύπους ιών, τόσο σε εναιώρημα όσο και σε επιφάνειες, αλκυλιώνοντας χημικά τις αμινο και σουλφυδρυλ ομάδες των πρωτεϊνών, καθώς και τις αμινομάδες των βάσεων νουκλεϊκών οξέων του DNA και RNA [23]. Ωστόσο, λόγω της υψηλής αντιδραστικότητάς του, η χρήση του το καθιστά επιβλαβές για την υγεία προκαλώντας ερεθισμό σε εκτεθειμένες επιφάνειες του σώματος (π.χ. δέρμα και μάτια) [43], εκτός από μεταλλαξιογόνο και ύποπτο καρκινογόνο [52]. Ως αποτέλεσμα, υπόκειται σε αυστηρούς κανονισμούς σχετικά με την έκθεση του ανθρώπου ως απολυμαντικό και αποστειρωτικό παράγοντα σε νοσοκομεία και εγκαταστάσεις υγειονομικής περίθαλψης, εκτός από τη χρήση σε καλά αεριζόμενο χώρο, και επομένως δεν χρησιμοποιείται ως οικιακό απολυμαντικό.

3.6.2. Γλουταραλδεΰδη

Όπως η φορμαλδεΰδη, η γλουταραλδεΰδη (ή μερικές φορές επίσης γνωστή ως γλουταρδιαλδεΰδη) είναι ένας ισχυρός απολυμαντικός και αποστειρωτικός παράγοντας ευρέος φάσματος που είναι εξαιρετικά αποτελεσματικός έναντι πολλών ιών μετά από σύντομους χρόνους έκθεσης. Αν και δεν υπάρχει υποψία ότι είναι καρκινογόνος [54], είναι γνωστό ότι προκαλεί δερματίτιδα στα μάτια, τη μύτη και το στόμα και ερεθισμό των βλεννογόνων. Για αυτούς τους λόγους δεν χρησιμοποιείται ως οικιακό απολυμαντικό. Γενικά, τα μέταλλα, το καουτσούκ, τα πλαστικά και τα εργαλεία φακών είναι ανεκτικά στη γλουταραλδεΰδη, αλλά δεν συνιστάται η χρήση τους για την απολύμανση μη κρίσιμων επιφανειών λόγω του κόστους της.

3.6.3. Ορθο-φθαλδεΰδη (OPA)

Η ορθο-φθαλαλδεΰδη ή η 1,2-δικαρβοξυβενζαλδεΰδη είναι ένα άλλο απολυμαντικό υψηλού επιπέδου. Όπως και η φορμαλδεΰδη και η γλουταραλδεΰδη, οι ιοκτόνες ιδιότητές της προκύπτουν από αντιδράσεις που συνδέουν σταυρωτά τμήματα αντιδραστικής πρωτεΐνης και νουκλεϊκού οξέος. Το OPA δεν έχει έντονη ανιχνεύσιμη οσμή και δεν ερεθίζει το δέρμα, τα μάτια ή τον ρινικό βλεννογόνο [9]. Επιπλέον, η εξαιρετική συμβατότητα του υλικού [1] του επιτρέπει να χρησιμοποιείται ως απολυμαντικό σε πολλά κλινικά περιβάλλοντα όπως τα ενδοσκόπια [45] και τα ουρολογικά όργανα. Ωστόσο, το OPA μπορεί να γίνει γκρι το εκτεθειμένο δέρμα και επομένως πρέπει να ξεπλυθεί με άφθονη ποσότητα νερού ή να χρησιμοποιηθεί με ατομικό προστατευτικό εξοπλισμό (π.χ. γάντια και προστασία ματιών). Για το λόγο αυτό, δεν χρησιμοποιείται ευρέως ως οικιακό απολυμαντικό.

4. Νανοτεχνολογία

4.1. Νανοϋλικά για απολύμανση επιφανειών

Η νανοτεχνολογία προσφέρει πολλές ευκαιρίες για την ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών και πολλά υποσχόμενων συστημάτων απολύμανσης (Εικ. 7). Η χρήση δεικτών που βασίζονται σε νανοσωματίδια θα μπορούσε να επιτρέψει τη μελέτη του μηχανισμού με τον οποίο οι ιοί μολύνουν τα κύτταρα-ξενιστές. Σήμερα, οι μελέτες που βασίζονται στη νανοτεχνολογία για την ανάπτυξη νέων υλικών γίνονται γενικά σε επιφάνειες με ιδιότητες αυτοκαθαρισμού [39]. Αυτά τα συστήματα μπορεί να έχουν αντιμικροβιακή δράση ή να απελευθερώνουν αργά χημικά απολυμαντικά, παρατείνοντας τη διάρκεια δράσης τους. Μπορεί επίσης να συμβάλει στην εισαγωγή πρόσθετων χαρακτηριστικών, όπως συστήματα απόκρισης που παρέχουν δραστικές ουσίες ως απόκριση σε διαφορετικά ερεθίσματα, όπως φωτοθερμικά, ηλεκτροθερμικά, φωτοκαταλυτικά και άλλα [10]. Είναι επίσης γνωστό ότι ορισμένα μεταλλικά νανοσωματίδια έχουν ένα ευρύ φάσμα δράσης έναντι ιών και άλλων μικροοργανισμών [11]. Οι Rai et al. [41] διεξήγαγε μια βιβλιογραφική ανασκόπηση σχετικά με τις αντιβακτηριακές, αντιμυκητιακές και αντιικές δυνατότητες των μεταλλικών νανοσωματιδίων. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης, τα μεταλλικά νανοσωματίδια, ιδιαίτερα τα νανοσωματίδια αργύρου, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ισχυρός και ευρέως φάσματος αντιιικός παράγοντας με ή χωρίς τροποποίηση της επιφάνειας. Ωστόσο, η αντιϊκή δράση αυτών των νανοσωματιδίων είναι ακόμη σε μεγάλο βαθμό ανεξερεύνητη.

Σήμερα, η νανοτεχνολογία έχει αποτελέσει λύση σε πολλά προβλήματα στις εφαρμογές απολύμανσης. Τις τελευταίες δεκαετίες, η νανοτεχνολογία έχει αναδειχθεί ως μια πολλά υποσχόμενη νέα τεχνολογία για τη σύνθεση νανοϋλικών, τα οποία είναι σωματίδια μεγέθους νανομέτρου που παρουσιάζουν αντιμικροβιακά αποτελέσματα λόγω της υψηλής αναλογίας επιφάνειας προς όγκο και των μοναδικών χημικών και φυσικών ιδιοτήτων τους. Πολλά νανοϋλικά, όπως τα νανοσωματίδια μετάλλων και τα νανοφύλλα με βάση το γραφένιο, έχουν φυσικά αντιικά αποτελέσματα λόγω των μοναδικών φυσικοχημικών ιδιοτήτων τους [53]. Γενικά λειτουργούν με έναν κοινό μηχανισμό δράσης που περιλαμβάνει άμεση αλληλεπίδραση με τις πρωτεΐνες περιβλήματος ή καψιδίου των ιών, διαταράσσοντας έτσι τη δομική ακεραιότητα και αναστέλλοντας τη μολυσματικότητα. Επιπλέον, ορισμένα νανοϋλικά μπορεί να παρεμβαίνουν στην αντιγραφή ιικών γονιδίων μέσα σε μολυσμένα κύτταρα [20, 28, 18]. Απαιτείται περαιτέρω εργασία για τη χρήση της νανοτεχνολογίας για πιο αποτελεσματικά συστήματα απολύμανσης και απολύμανσης, καθώς και για την επίτευξη αυτοαπολυμανόμενων επιφανειών για την αύξηση της αποτελεσματικότητας για τον έλεγχο των λοιμώξεων και την ασφάλεια της υγείας και του περιβάλλοντος.

Ο Πίνακας 1 δείχνει δημοσιευμένες έρευνες και διπλώματα ευρεσιτεχνίας σε διαφορετικά συστήματα που βασίζονται στη νανοτεχνολογία για εφαρμογή ως απολυμαντικό και απολυμαντικό για ιούς.

Εικόνα 7: Σχηματική αναπαράσταση της μόλυνσης από SARS-CoV-2 και τα εργαλεία νανοτεχνολογιών για την πρόληψη και τον έλεγχο του COVID-19.

Ο ιός εισέρχεται στο κύτταρο από τον υποδοχέα του μετατρεπτικού ενζύμου 2 (ACE2) της αγγειοτενσίνης και χρησιμοποιεί τον μηχανισμό του κυττάρου ξενιστή για την αναπαραγωγή και τη μόλυνση νέων κυττάρων-ξενιστών. Τα υλικά με βάση το νανο θα μπορούσαν να βοηθήσουν: (i) να ενισχύσουν την ταχύτητα και την ευαισθησία της ανίχνευσης ιών. (ii) να βοηθήσει στην ανάπτυξη πιο αποτελεσματικής και ασφαλέστερης θεραπείας και εμβολίων και (iii) να βελτιώσει την ασφάλεια των εργαζομένων στον τομέα της υγειονομικής περίθαλψης μέσω της ανάπτυξης εξοπλισμού ατομικής προστασίας (ΜΑΠ) με βάση τη νανοτεχνολογία.

Πίνακας 1. Άρθρα και πατέντες στη βιβλιογραφία για απολυμαντικά και απολυμαντικά που βασίζονται στη νανοτεχνολογία.

Ταξινόμηση	Σύστημα μεταφορέα	Μήτρα
Αρθρο	NanoFilm	Πολυβινυλική αλκοόλη (PVA) Πολυολεφίνη (POD) Χλωριώδες νάτριο (NaClO2)
	Νανοσύνθετο	Πυρίτιο/ασήμι
	Νανοσωματίδια μεσοδομής	Ηλεκτρικά φορτισμένο απολυμαντικό (CAC-717)
	Νανοδομή	Κυτταρίνη
	Νανοσύνθετο	Πυρίτιο/ασήμι
	Νανοσωματίδια	Διοξείδιο τιτανίου
	Φωτοκαταλυτική νανοδομή ταινίες	Διοξείδιο τιτανίου Πυρίτιο
	Νανοσωματίδια συμπλόκου πολυιονίου (PCN)	Πολυ[3-(ακρυλαμιδο)προπυλ] χλωριούχο τριμεθυλαμμώνιο (PAMPTMA)
	Βιογενή νανοσωματίδια	Σίδερο Ασήμι
Διπλώματα ευρεσιτεχνίας	Πολυμερικά νανοσωματίδια	C1–C4 μονοϋδρικές αλκοόλες και διαφορετικά λιπίδια
		Πολυ (γαλακτικό-συν-γλυκολικό οξύ) (PLGA) αιθέριο έλαιο
		Πολυαιθυλενιμίνη (PEI) άλας πολυδιαλλυλδιαλκυλαμμωνίου Πολυ(ακρυλαμίδιο-συν-διαλλυλ-διαλκυλαμμωνιοαλογονίδιο) Χιτοζάνη
		Σουλφονυλαλκυλοκυκλοδεξτρίνες
	Βιογενή νανοσωματίδια	Ασήμι
	Φωτοκαταλυτικά συστήματα	Τριοξείδιο του βολφραμίου Παλλάδιο
		Τρυγικό οξύ Ισοπροποξείδιο του τιτανίου (IV)
	Μεταλλικά νανοσωματίδια	Διοξείδιο τιτανίου Εκχυλίσματα κιτρικού
		Ασήμι
		Ασήμι Άλας τεταρτοταγούς αμμωνίου

4.2. Μεταλλικά νανοσωματίδια

Ο άργυρος και τα άλατά του έχουν μακρά ιστορία χρήσης ως αντισηπτικό και απολυμαντικό και οι βιοκτόνες ιδιότητές τους ευρέως φάσματος είναι ευρέως γνωστές [21]. Τα νανοσωματίδια αργύρου είναι το πιο μελετημένο αντιικό νανοϋλικό και έχει αποδειχθεί ότι τα γυμνά ή επικαλυμμένα AgNPs μπορούν να αναστείλουν μια μεγάλη ποικιλία ιών [40]. Είναι δύσκολο για τους ιούς να αναπτύξουν αντίσταση σε αυτό το είδος θεραπείας, καθιστώντας την ιδιαίτερα ελκυστική σε όσους έχουν υψηλό ποσοστό μετάλλαξης. Τα AgNPs έχουν βρεθεί ότι είναι αποτελεσματικά τόσο στην παρεμπόδιση της εισόδου ιοσωμάτων από το εξωτερικό του κυττάρου όσο και στην αναστολή της αντιγραφής εντός των μολυσμένων κυττάρων. Συνολικά, τα AgNPs είναι αποτελεσματικά βιοκτόνα σε μικρές δόσεις [55], αλλά η πιθανή τοξικότητά τους για τον άνθρωπο είναι ακόμα υπό έντονη συζήτηση [26]. Οι σύγχρονες μέθοδοι έχουν επιτρέψει τη σύνθεση AgNPs με καλά καθορισμένα σχήματα, μεγέθη σωματιδίων και πολυδιασπορά, τα οποία είναι σημαντικές παράμετροι που καθορίζουν τις τελικές βιοκτόνες δραστηριότητες, τη βιολογική μοίρα και την τοξικότητά τους [25].

Οι ιοκτόνες ιδιότητες των AgNPs παραμένουν σε μεγάλο βαθμό ανεξερεύνητες, αλλά οι αρχικές αναφορές είναι ενθαρρυντικές. Τα AgNPs μπορούν να αναστείλουν τους ιούς με διάφορους μηχανισμούς, συμπεριλαμβανομένης της δέσμευσης και της αλληλεπίδρασης με πρωτεΐνες της επιφάνειας του ιού και των μετουσιωτικών ενζύμων αντιδρώντας με ομάδες αμινο, καρβοξυλίου, ιμιδαζολίου και σουλφυδρυλίου [6].

Τα προϊόντα που περιέχουν AgNP εμφανίζονται όλο και περισσότερο στην αγορά, συμπεριλαμβανομένων ρούχων, επιδέσμων, αλοιφών και υλικών συσκευασίας τροφίμων, των οποίων οι βιοκτόνες δραστηριότητες είναι αποτέλεσμα της αργής παρατεταμένης απελευθέρωσης νανοϋλικών αργύρου [6]. Ωστόσο, πρέπει να σημειωθεί ότι, όπως όλοι οι απολυμαντικοί παράγοντες που αναφέρθηκαν παραπάνω, οι ιοκτόνες δραστηριότητες των AgNPs διαφέρουν από ιό σε ιό. Επιπλέον, οι ποσότητες, τα σχήματα, τα μεγέθη και οι τύποι των νανοϋλικών αργύρου που απελευθερώνονται εξαρτώνται από τις ρυθμίσεις και τις εφαρμογές τους στον πραγματικό κόσμο, τα οποία επηρεάζουν όλες τις ιοκτόνες τους ιδιότητες. Ως εκ τούτου, η αποτελεσματικότητα αυτών των προϊόντων που περιέχουν AgNP έναντι των ιών σε πραγματικό περιβάλλον καθώς και η τοξικότητά τους για τον άνθρωπο πρέπει να αξιολογηθούν και να μελετηθούν προσεκτικά.

Εκτός από τα AgNP, τα νανοσωματίδια χρυσού (AuNPs) είναι επίσης πολλά υποσχόμενοι ιοκτόνοι παράγοντες. Τα AuNPs που συντέθηκαν χρησιμοποιώντας εκχύλισμα σκόρδου με μέσο μέγεθος 6 nm έδειξαν ιοκτόνο δράση κατά του ιού της ιλαράς δεσμεύοντας επίσης στους επιφανειακούς ιικούς υποδοχείς και στη συνέχεια αποτρέποντας την προσκόλληση και τη μόλυνση του κυττάρου ξενιστή [34]. Ωστόσο, λόγω του κόστους των χημικών πρόδρομων ουσιών χρυσού, τα AuNP είναι απίθανο να γίνουν φθηνοί και ευρέως διαθέσιμοι στο εμπόριο απολυμαντικοί παράγοντες.

Η χρήση μεταλλικών νανοϋλικών για τη δημιουργία αυτο-απολυμανόμενων επιφανειών έχει κερδίσει την προσοχή τα τελευταία χρόνια λόγω της μακροχρόνιας επιμονής των ιών σε μολυσμένες επιφάνειες. Οι επιφάνειες που αυτοαπολυμαίνονται απενεργοποιούν τους ιούς που έρχονται σε επαφή μαζί τους επί τόπου, μειώνοντας την πιθανότητα μετάδοσης του ιού μέσω ανθρώπινης επαφής με μολυσμένες επιφάνειες. Σε ένα σχέδιο, η αυτο-απολυμανόμενη επιφάνεια σχηματίστηκε με φωτοενεργούς μεταλλικούς νανοκρυστάλλους που απαιτούσαν διέγερση ορατού φωτός για την απενεργοποίηση του ιού. Αυτές οι επιφάνειες, κατασκευασμένες από νανοκρυστάλλους CuInZn4S6 (CIZS) με κενά ζώνης στην περιοχή του ορατού φωτός, μπορούν να απορροφήσουν το ορατό φως και να παράγουν ενεργά οξειδωτικά είδη που απενεργοποιούν τον ιό της γρίπης Α οξειδώνοντας υπολείμματα αμινοξέων που παρουσιάζονται στις πρωτεΐνες του φακέλου του ιού (Εικ. 8). Ενώ είναι εξαιρετικά ιοκτόνο, πρέπει να υπάρχει ορατό φως για να εγγυάται το αποτέλεσμα αυτοκαθαρισμού, περιορίζοντας έτσι την πρακτικότητα του συστήματος.

Εικόνα 8. Απεικόνιση απολύμανσης από ιούς χρησιμοποιώντας την αυτοαπολυμανόμενη επιφάνεια που τροφοδοτείται από ορατό φως. Πηγή: Weng et al. [64].

---

Τεστ LO 2.2

---

Βιβλιογραφια

1. 1. Akamatsu, T., Minemoto, M., & Uyeda, M. (2005). Evaluation of the antimicrobial activity and materials compatibility of orthophthalaldehyde as a high-level disinfectant. Journal of international medical research, 33(2), 178-187.
   2. Bell, D. M. (2004). Public health interventions and SARS spread, 2003. Emerging infectious diseases, 10(11), 1900.
   3. Block, S. S. (Ed.). (2001). Disinfection, sterilization, and preservation. Lippincott Williams & Wilkins.
   4. Boyce, J. M. (2018). Alcohols as surface disinfectants in healthcare settings. infection control & hospital epidemiology, 39(3), 323-328.
   5. Campos, E. V., Pereira, A. E., De Oliveira, J. L., Carvalho, L. B., Guilger-Casagrande, M., De Lima, R., & Fraceto, L. F. (2020). How can nanotechnology help to combat COVID-19? Opportunities and urgent need. Journal of Nanobiotechnology, 18(1), 1-23.
   6. Castro-Mayorga, J. L., Martínez-Abad, A., Fabra, M. F., Lagarón, J. M., Ocio, M. J., & Sánchez, G. (2016). Antimicrobial Food Packaging.
   7. Christophersen, O. A., & Haug, A. (2006). Why is the world so poorly prepared for a pandemic of hypervirulent avian influenza? Microbial ecology in health and disease, 18(3-4), 113-132.
   8. Conley, L., Tao, Y., Henry, A., Koepf, E., Cecchini, D., Pieracci, J., & Ghose, S. (2017). Evaluation of eco‐friendly zwitterionic detergents for enveloped virus inactivation. Biotechnology and bioengineering, 114(4), 813-820.
   9. Cooke, R. P. D., Goddard, S. V., Whymant-Morris, A., Sherwood, J., & Chatterly, R. (2003). An evaluation of Cidex OPA (0.55% ortho-phthalaldehyde) as an alternative to 2% glutaraldehyde for high-level disinfection of endoscopes. Journal of Hospital Infection, 54(3), 226-231.
   10. Dalawai, S. P., Aly, M. A. S., Latthe, S. S., Xing, R., Sutar, R. S., Nagappan, S., … & Liu, S. (2020). Recent advances in durability of superhydrophobic self-cleaning technology: a critical review. Progress in Organic Coatings, 138, 105381.
   11. Dyshlyuk, L., Babich, O., Ivanova, S., Vasilchenco, N., Prosekov, A., & Sukhikh, S. (2020). Suspensions of metal nanoparticles as a basis for protection of internal surfaces of building structures from biodegradation. Case Studies in Construction Materials, 12, e00319.
   12. Eggers, M. (2019). Infectious disease management and control with povidone iodine. Infectious diseases and therapy, 8(4), 581-593.
   13. Fukuzaki, S. (2006). Mechanisms of actions of sodium hypochlorite in cleaning and disinfection processes. Biocontrol science, 11(4), 147-157.
   14. Gallandat, K., Wolfe, M. K., & Lantagne, D. (2017). Surface cleaning and disinfection: efficacy assessment of four chlorine types using Escherichia coli and the Ebola surrogate Phi6. Environmental Science & Technology, 51(8), 4624-4631.
   15. Gerba, C. P., & Betancourt, W. Q. (2017). Viral aggregation: impact on virus behavior in the environment. Environmental science & technology, 51(13), 7318-7325.
   16. Jeong, E. K., Bae, J. E., & Kim, I. S. (2010). Inactivation of influenza A virus H1N1 by disinfection process. American journal of infection control, 38(5), 354-360.
   17. Girard, M., Mattison, K., Fliss, I., & Jean, J. (2016). Efficacy of oxidizing disinfectants at inactivating murine norovirus on ready-to-eat foods. International journal of food microbiology, 219, 7-11.
   18. Huang, S., Gu, J., Ye, J., Fang, B., Wan, S., Wang, C., … & Cao, S. (2019). Benzoxazine monomer derived carbon dots as a broad-spectrum agent to block viral infectivity. Journal of colloid and Interface Science, 542, 198-206.
   19. Heuschele, W. P. (1995). Use of disinfectants in zoos and game parks. Revue Scientifique et Technique (International Office of Epizootics), 14(2), 447-454.
   20. Jackman, J. A., Lee, J., & Cho, N. J. (2016). Nanomedicine for infectious disease applications: innovation towards broad‐spectrum treatment of viral infections. Small, 12(9), 1133-1139.
   21. Jung, W. K., Koo, H. C., Kim, K. W., Shin, S., Kim, S. H., & Park, Y. H. (2008). Antibacterial activity and mechanism of action of the silver ion in Staphylococcus aureus and Escherichia coli. Applied and environmental microbiology, 74(7), 2171-2178.
   22. Kampf, G., Todt, D., Pfaender, S., & Steinmann, E. (2020). Persistence of coronaviruses on inanimate surfaces and their inactivation with biocidal agents. Journal of hospital infection, 104(3), 246-251.
   23. Kamps, J. J., Hopkinson, R. J., Schofield, C. J., & Claridge, T. D. (2019). How formaldehyde reacts with amino acids. Communications Chemistry, 2(1), 1-14.
   24. Lara, H. H., Garza-Treviño, E. N., Ixtepan-Turrent, L., & Singh, D. K. (2011). Silver nanoparticles are broad-spectrum bactericidal and virucidal compounds. Journal of nanobiotechnology, 9(1), 1-8.
   25. Lee, S. H., & Jun, B. H. (2019). Silver nanoparticles: synthesis and application for nanomedicine. International journal of molecular sciences, 20(4), 865.
   26. Liao, C., Li, Y., & Tjong, S. C. (2019). Bactericidal and cytotoxic properties of silver nanoparticles. International journal of molecular sciences, 20(2), 449.
   27. Lithgow, K., & Symonds, C. (2017). Severe thyrotoxicosis secondary to povidone-iodine from peritoneal dialysis. Case Reports in Endocrinology, 2017.
   28. Liu, H., Bai, Y., Zhou, Y., Feng, C., Liu, L., Fang, L., … & Xiao, S. (2017). Blue and cyan fluorescent carbon dots: one-pot synthesis, selective cell imaging and their antiviral activity. RSC advances, 7(45), 28016-28023.
   29. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S. L., Matsudaira, P., Baltimore, D., & Darnell, J. (2000). Viruses: Structure, function, and uses. In Molecular Cell Biology. 4th edition. WH Freeman.
   30. Louie, W., & Reuschlein, D. (2011). 8 Cleaning and Disinfection in the Bottled Water Industry. Technology of Bottled Water, 223.
   31. Lukasik, J., Bradley, M. L., Scott, T. M., Dea, M., Koo, A., Hsu, W. Y., … & Farrah, S. R. (2003). Reduction of poliovirus 1, bacteriophages, Salmonella Montevideo, and Escherichia coli O157: H7 on strawberries by physical and disinfectant washes. Journal of food protection, 66(2), 188-193.
   32. McDonnell, G. E. (2007). Antiseptics, disinfection, and sterilization. Types, action, and resistance.
   33. Martini, M., Gazzaniga, V., Bragazzi, N. L., & Barberis, I. (2019). La pandémie de grippe espagnole: une leçon de 100 ans après 1918. J Prev Med Hyg, 60, E64-E67.
   34. Meléndez-Villanueva, M. A., Morán-Santibañez, K., Martínez-Sanmiguel, J. J., Rangel-López, R., Garza-Navarro, M. A., Rodríguez-Padilla, C., … & Trejo-Ávila, L. M. (2019). Virucidal activity of gold nanoparticles synthesized by green chemistry using garlic extract. Viruses, 11(12), 1111.
   35. Möller, L., Schünadel, L., Nitsche, A., Schwebke, I., Hanisch, M., & Laue, M. (2015). Evaluation of virus inactivation by formaldehyde to enhance biosafety of diagnostic electron microscopy. Viruses, 7(2), 666-679.
   36. Nuanualsuwan, S., & Cliver, D. O. (2003). Infectivity of RNA from inactivated poliovirus. Applied and environmental microbiology, 69(3), 1629-1632.
   37. Otter, J. A., Donskey, C., Yezli, S., Douthwaite, S., Goldenberg, S., & Weber, D. J. (2016). Transmission of SARS and MERS coronaviruses and influenza virus in healthcare settings: the possible role of dry surface contamination. Journal of hospital infection, 92(3), 235-250.
   38. Perry, K., & Caveney, L. (2012). Chemical disinfectants. Veterinary infection prevention and control, 129-143.
   39. Querido, M. M., Aguiar, L., Neves, P., Pereira, C. C., & Teixeira, J. P. (2019). Self-disinfecting surfaces and infection control. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 178, 8-21.
   40. Rai, M., Kon, K., Ingle, A., Duran, N., Galdiero, S., & Galdiero, M. (2014). Broad-spectrum bioactivities of silver nanoparticles: the emerging trends and future prospects. Applied microbiology and biotechnology, 98(5), 1951-1961.
   41. Rai, M., Deshmukh, S. D., Ingle, A. P., Gupta, I. R., Galdiero, M., & Galdiero, S. (2016). Metal nanoparticles: The protective nanoshield against virus infection. Critical reviews in microbiology, 42(1), 46-56.
   42. Rokhina, E. V., Makarova, K., Golovina, E. A., Van As, H., & Virkutyte, J. (2010). Free radical reaction pathway, thermochemistry of peracetic acid homolysis, and its application for phenol degradation: spectroscopic study and quantum chemistry calculations. Environmental science & technology, 44(17), 6815-6821.
   43. Rovira, J., Roig, N., Nadal, M., Schuhmacher, M., & Domingo, J. L. (2016). Human health risks of formaldehyde indoor levels: an issue of concern. Journal of environmental science and health, part a, 51(4), 357-363.
   44. Rutala, W. A., & Weber, D. J. (2008). Guideline for disinfection and sterilization in healthcare facilities, 2008.
   45. Rutala, W. A., & Weber, D. J. (2015). Disinfection, sterilization, and control of hospital waste. Mandell, Douglas, and Bennett’s principles and practice of infectious diseases, 3294.
   46. Santos, I. D. A., Grosche, V. R., Bergamini, F. R. G., Sabino-Silva, R., & Jardim, A. C. G. (2020). Antivirals against coronaviruses: candidate drugs for SARS-CoV-2 treatment? Frontiers in microbiology, 1818.
   47. Saunders-Hastings, P., Crispo, J. A., Sikora, L., & Krewski, D. (2017). Effectiveness of personal protective measures in reducing pandemic influenza transmission: A systematic review and meta-analysis. Epidemics, 20, 1-20.
   48. Singh, D., Joshi, K., Samuel, A., Patra, J., & Mahindroo, N. (2020). Alcohol-based hand sanitisers as first line of defence against SARS-CoV-2: a review of biology, chemistry and formulations. Epidemiology & Infection, 148.
   49. Sirisattha, S., Momose, Y., Kitagawa, E., & Iwahashi, H. (2004). Toxicity of anionic detergents determined by Saccharomyces cerevisiae microarray analysis. Water Research, 38(1), 61-70.
   50. Sriwilaijaroen, N., Wilairat, P., Hiramatsu, H., Takahashi, T., Suzuki, T., Ito, M., … & Suzuki, Y. (2009). Mechanisms of the action of povidone-iodine against human and avian influenza A viruses: its effects on hemagglutination and sialidase activities. Virology journal, 6(1), 1-10.
   51. Straughn, J. C., & Barker, F. B. (1987). Avoiding glutaraldehyde irritation of the mucous membranes. Gastrointestinal endoscopy, 33(5), 396-397.
   52. Swenberg, J. A., Moeller, B. C., Lu, K., Rager, J. E., Fry, R. C., & Starr, T. B. (2013). Formaldehyde carcinogenicity research: 30 years and counting for mode of action, epidemiology, and cancer risk assessment. Toxicologic pathology, 41(2), 181-189.
   53. Szunerits, S., Barras, A., Khanal, M., Pagneux, Q., & Boukherroub, R. (2015). Nanostructures for the inhibition of viral infections. Molecules, 20(8), 14051-14081.
   54. Takigawa, T., & Endo, Y. (2006). Effects of glutaraldehyde exposure on human health. Journal of occupational health, 48(2), 75-87.
   55. Tian, X., Jiang, X., Welch, C., Croley, T. R., Wong, T. Y., Chen, C., … & Yin, J. J. (2018). Bactericidal effects of silver nanoparticles on lactobacilli and the underlying mechanism. ACS applied materials & interfaces, 10(10), 8443-8450.
   56. Tung, G., Macinga, D., Arbogast, J., & Jaykus, L. A. (2013). Efficacy of commonly used disinfectants for inactivation of human noroviruses and their surrogates. Journal of food protection, 76(7), 1210-1217.
   57. URL-1: https://www.genome.gov/genetics-glossary/Virus
   58. URL-2: https://news.arizona.edu/story/continuously-active-surface-disinfectants-may-provide-barrier-against-spread-viruses
   59. Vafadar, S., Shahdoust, M., Kalirad, A., Zakeri, P., & Sadeghi, M. (2021). Competitiveexclusionduringco-infection as a strategytopreventthespread of a virus: A computationalperspective. PloSone, 16(2), e0247200.
   60. Van Doremalen, N., Bushmaker, T., Morris, D. H., Holbrook, M. G., Gamble, A., Williamson, B. N., … & Munster, V. J. (2020). Aerosol and surface stability of SARS-CoV-2 as compared with SARS-CoV-1. New England journal of medicine, 382(16), 1564-1567.
   61. Velázquez, D., Zamberk, P., Suárez, R., & Lázaro, P. (2009). Allergic contact dermatitis to povidone-iodine. Contact Dermatitis, 60(6), 348-349.
   62. Verma, G., Mahajan, V., Shanker, V., Tegta, G., Jindal, N., & Minhas, S. (2011). Contact depigmentation following irritant contact dermatitis to chloroxylenol (Dettol). Indian Journal of Dermatology, Venereology and Leprology, 77(5), 612.
   63. Viana, R. B., da Silva, A. B., & Pimentel, A. S. (2012). Infrared spectroscopy of anionic, cationic, and zwitterionic surfactants. Advances in physical chemistry, 2012.
   64. Weng, D., Qi, H., Wu, T. T., Yan, M., Sun, R., & Lu, Y. (2012). Visible light powered self-disinfecting coatings for influenza viruses. Nanoscale, 4(9), 2870-2874.
   65. Wilton, T., Dunn, G., Eastwood, D., Minor, P. D., & Martin, J. (2014). Effect of formaldehyde inactivation on poliovirus. Journal of virology, 88(20), 11955-11964.
   66. World Bank. (2016). 2014–2015 West Africa Ebola crisis: impact update.
   67. Yeargin, T., Buckley, D., Fraser, A., & Jiang, X. (2016). The survival and inactivation of enteric viruses on soft surfaces: a systematic review of the literature. American journal of infection control, 44(11), 1365-1373.

Περίληψη

Για την καταπολέμηση της τρέχουσας πανδημίας COVID-19, τα νανοϋλικά μπορούν να θεωρηθούν άριστα υποψήφια κατά των ιογενών λοιμώξεων, ιδιαίτερα των CoV, λόγω της ικανότητάς τους να διεισδύουν στα κύτταρα εύκολα, να αλληλεπιδρούν με ιούς και να αποφεύγουν την αναπαραγωγή ιικού γονιδιώματος. Επιπλέον, η χρήση νανοσωματιδίων επιτρέπει την άμεση ανίχνευση μεταδοτικών παραγόντων σε μικροσκοπικούς όγκους δειγμάτων σε ευαίσθητη, ακριβή και γρήγορη μορφή με χαμηλότερο κόστος από τις τρέχουσες τεχνολογίες σε χρήση. Αυτή η πρόοδος στην έγκαιρη ανίχνευση επιτρέπει την ακριβή και γρήγορη θεραπεία.

Λέξεις-κλειδιά: νανοϋλικά, COVID-19, ανίχνευση

1. Εισαγωγή

Η συνεχιζόμενη έκρηξη της νέας νόσου του κορωνοϊού COVID-19 προσελκύει παγκόσμια ανησυχία λόγω της παρατεταμένης διάρκειας επώασης και της σημαντικής μολυσματικότητάς της. Η ταχεία παγκόσμια εξάπλωση της πανδημίας, λόγω του σκληρού οξέος αναπνευστικού SARS-CoV-2, έχει δημιουργήσει μια πιεστική ανάγκη για τη διάγνωση και τη θεραπεία της. Ως αποτέλεσμα, πολλοί ερευνητές προσπάθησαν να βρουν τις πιο αποτελεσματικές και κατάλληλες μεθόδους για τον εντοπισμό και τη θεραπεία του SARS-CoV-2. Η δοκιμή αλυσιδωτής αντίδρασης πολυμεράσης ανάστροφης μεταγραφάσης σε πραγματικό χρόνο (RT-PCR) χρησιμοποιείται επί του παρόντος ως μία από τις πιο αξιόπιστες προσεγγίσεις για την ανίχνευση του νέου ιού. Ωστόσο, αυτή η διαδικασία είναι χρονοβόρα, έντασης εργασίας και απαιτεί εκπαιδευμένους εργαστηριακούς εργαζόμενους. Επιπλέον, παρά την υψηλή οξυδέρκεια και ειδικότητά του, τεκμηριώνονται ψευδώς αρνητικά, ιδιαίτερα σε δείγματα μη ρινοφαρυγγικού επιχρίσματος που αποδίδουν χαμηλότερα ιικά φορτία. Κατά συνέπεια, η ανάπτυξη και η χρήση ταχύτερων και πιο αξιόπιστων μεθόδων φαίνεται κρίσιμη. Τα τελευταία χρόνια, έχουν γίνει πολλές προσπάθειες για την κατασκευή διαφόρων βιοαισθητήρων με βάση νανοϋλικά για την ανίχνευση ιών και βακτηρίων σε κλινικά δείγματα [27, 46].

Απαιτείται ιδιαίτερα ένας διακριτικός τρόπος για τη διάγνωση της νόσου του κορωνοϊού COVID-19 για την καταπολέμηση των υπαρχόντων και επερχόμενων παγκόσμιων κινδύνων για την υγεία. Τα νανοσωματίδια προσφέρουν ευνοϊκή εφαρμογή και σημαντικές προοπτικές να λειτουργήσουν ως πλατφόρμα για γρήγορη διάγνωση ιογενών λοιμώξεων με αυξημένη ευαισθησία. Νανοσωματίδια όπως νανοσωματίδια χρυσού, μαγνητικά νανοσωματίδια και γραφένιο (G) εφαρμόστηκαν για την ανίχνευση του SARS-CoV 2. Έχουν χρησιμοποιηθεί για μοριακές διαδικασίες διάγνωσης και ορολογικές προσεγγίσεις. Τα νανοσωματίδια ενίσχυσαν τη σαφήνεια και συντόμυναν τον χρόνο που απαιτείται για τη διάγνωση. Μπορούν να εκτελεστούν σε μικροσκοπικές συσκευές που ενθαρρύνουν την αυτοδιάγνωση στο σπίτι ή σε μέρη όπως αεροδρόμια και καταστήματα. Μέθοδοι που βασίζονται σε νανοσωματίδια μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανάλυση δειγμάτων μολυσμένων από ιούς από ασθενή, επιφάνεια και αέρα [1].

2. Τρέχουσες μέθοδοι ανίχνευσης του SARS-CoV-2

Συμβατικές μέθοδοι για την ανίχνευση του SARS-CoV-2 είναι η αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης αντίστροφης μεταγραφής (RT-PCR), η αξονική τομογραφία (CT) και ο προσδιορισμός αλληλουχίας επόμενης γενιάς (NGS).1 26, 40] (Εικ. 1). Η RT-PCR και η αξονική τομογραφία θώρακα είναι οι πιο τυπικές διαγνωστικές τεχνικές για την ανίχνευση του COVID-19. Επιπλέον, διάφορες διαγνωστικές μέθοδοι όπως ομαδοποιημένες τακτικά διακεκομμένες σύντομες παλινδρομικές επαναλήψεις (CRISPR) – ειδικό ξεκλείδωμα ενζυμικού ανταποκριτή υψηλής ευαισθησίας (SHERLOCK), ισοθερμική ενίσχυση με τη μεσολάβηση βρόχου αντίστροφης μεταγραφής (RT-LAMP), ενζυμική ανοσοπροσροφητική δοκιμασία (ELISA) , και η αλληλουχία είναι υπό ανάπτυξη για βελτιωμένη ανίχνευση του ιού σε ελάχιστο χρονικό διάστημα [1, 9]. Η RT-PCR έχει αναγνωριστεί ως η κορυφαία και πιο αποτελεσματική μέθοδος για την ανίχνευση του κορωνοϊού [1, 26].

Σχήμα 1. Συμβατικές μέθοδοι που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος για την ανίχνευση του σοβαρού οξέος αναπνευστικού συνδρόμου του κοροναϊού 2 (SARS-CoV-2). (Α) Αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης αντίστροφης μεταγραφής (RT-PCR). cDNA, συμπληρωματικό DNA. (Β) Αξονική τομογραφία. (Γ) Ενζυμική ανοσοπροσροφητική δοκιμασία.

2.1. Αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης αντίστροφης μεταγραφής (RT-PCR)

Η RT-PCR χρησιμοποιείται ευρέως για την ανίχνευση του COVID-19. Βασίζεται στη σύνθεση cDNA από γονιδιωματικό RNA και ακολουθείται από ενίσχυση [26, 38]. Η ενίσχυση ελάχιστων ποσοτήτων ιικού γενετικού υλικού σε ένα μείγμα άλλων σειρών νουκλεϊκών οξέων γίνεται αποτελεσματικά με RT-PCR. Αυτή τη στιγμή είναι η τυπική τεχνική χρυσού για την ανίχνευση του SARS-CoV-2 σε δείγματα της ανώτερης αναπνευστικής οδού. Πολλές μελέτες έχουν χρησιμοποιήσει δείγματα ορού, οφθαλμών και κοπράνων για την ανίχνευση με βάση την RT-PCR. Μια σύγχρονη μέθοδος έχει χρησιμοποιήσει δείγματα σάλιου που συλλέγονται μόνοι τους ως μη επεμβατική και ασφαλή τεχνική για τους παρόχους υγειονομικής περίθαλψης πριν κάνουν RT-PCR. Σε αυτή τη μέθοδο, η αντίστροφη μεταγραφάση μεταβάλλει πρώτα το γονιδίωμα του ιού RNA σε DNA χρησιμοποιώντας έναν εκκινητή διαδοχής μικρής αλληλουχίας και τη δημιουργία συμπληρωματικού DNA (cDNA). Στη συνέχεια, μια φθορίζουσα χρωστική ή ένας ανιχνευτής DNA με σήμανση φθορισμού, ειδικής αλληλουχίας, παρατηρεί την ενίσχυση του DNA σε πραγματικό χρόνο. Τέλος, ένα φθορίζον ή ηλεκτρικό σήμα εμφανίζει το cDNA του ιού μετά από διαδοχικούς κύκλους ενίσχυσης [1, 9, 22].

Οι συμβατικές διαδικασίες RT-PCR περιλάμβαναν προσεγγίσεις ενός ή δύο σταδίων. Ενώ οι μέθοδοι ενός σταδίου εμπλέκουν έναν μόνο σωλήνα που περιέχει εκκινητή, η διαδικασία δύο σταδίων χρησιμοποιεί περισσότερους από έναν σωλήνες για τη διεξαγωγή των αντιδράσεων. Παρόλα αυτά, παρέχει μια πιο συνετή και ευέλικτη διαδρομή. Επίσης, μπορεί να αποθηκεύσει cDNA για τον ποσοτικό προσδιορισμό διαφορετικών στόχων με λιγότερα αρχικά υλικά. Ωστόσο, η τυπική μέθοδος για την ανίχνευση του SARS-CoV-2 είναι η προσέγγιση ενός βήματος, καθώς είναι πιο γρήγορη, απαιτεί λιγότερο χειρισμό δειγμάτων, μειώνει τον χρόνο στο πάγκο και μειώνει τα σφάλματα με πιπέτα [9, 43].
Η ανίχνευση που βασίζεται σε RT-PCR συνδέεται επίσης με ψευδώς αρνητικά αποτελέσματα, τα οποία μπορεί να οφείλονται στο χαμηλό ιικό φορτίο στο λαιμό των ασθενών, στον ακατάλληλο χειρισμό των δειγμάτων RNA ή στην έλλειψη επαρκών εσωτερικών ελέγχων [8, 9, 16]. Το κύριο θέμα της RT-PCR είναι η χαμηλή ευαισθησία της στις σαρώσεις θώρακος λόγω του ανεπαρκούς αριθμού ιών στο αίμα της RT-PCR. Επιπλέον, είναι χαμηλής ευαισθησίας στις σαρώσεις θώρακος λόγω του ανεπαρκούς αριθμού ιών στο αίμα ή της ανακρίβειας του κιτ εργαστηρίου [26].

2.2. Αξονική τομογραφία (CT)

Μια άλλη μέθοδος για την ανίχνευση και τη διαχείριση του COVID-19 είναι η αξονική τομογραφία θώρακα, η οποία εφαρμόζει ακτινογραφία του θώρακα ενός ασθενούς σε διαφορετικές γωνίες. Σύμφωνα με ακτινολογικές αναφορές, τυχόν ασυνήθιστα χαρακτηριστικά στην εκτύπωση αξονικής τομογραφίας μπορεί να οφείλονται σε προσβολή από τον COVID-19. Τυπικά παρατηρούμενα χαρακτηριστικά σε μια σάρωση θώρακος ασθενούς με COVID-19 είναι η θολερότητα από εσμυρισμένο γυαλί (GGO), ειδικά στους περιφερικούς και πιο κατώτερους λοβούς, εδραιώσεις (αύξηση της αδιαφάνειας του παρεγχύματος, που οδηγεί σε κάλυψη των υποκείμενων αγγείων ), ακανόνιστο μοτίβο επίστρωσης (GGO με πάχυνση ενδολοβιακού και μεσολοβιακού διαφράγματος) και γραμμικές αδιαφάνειες. Η CT υψηλής ανάλυσης θα μπορούσε να βοηθήσει στην ανίχνευση των GGO στα πρώιμα στάδια της μόλυνσης [9, 26, 40].

Η ευαισθησία στην αξονική τομογραφία φαίνεται να είναι αυξημένη σε ασθενείς με θετική RT-PCR (86–97% σε διάφορες περιπτωσιολογικές μελέτες) και χαμηλότερη σε ασθενείς με μόνο δομικά και μη αναπνευστικά συμπτώματα (περίπου 50%). Το υπερηχογράφημα έχει χρησιμοποιηθεί ως διαγνωστικό εργαλείο σε ελάχιστο αριθμό περιπτώσεων. Το υπερηχογράφημα έχει πολύ χαμηλή εξειδίκευση και, παρά το γεγονός ότι επηρεάζεται από παράγοντες όπως η ένταση της νόσου, το βάρος του ασθενούς και η επιδεξιότητα του χειριστή, η ευαισθησία εκτιμάται ότι είναι περίπου 75%. Ωστόσο, το υπερηχογράφημα μπορεί να παίζει ρόλο στην παρατήρηση της εξέλιξης της νόσου μέσω της ανίχνευσης χαρακτηριστικών της ενδιάμεσης πνευμονοπάθειας [26].

2.3. ΣΕΡΛΟΚ

Πέρα από τις σαρώσεις RT-PCR και CT, έχουν επίσης αναπτυχθεί διάφορες άλλες τεχνικές ανίχνευσης για SARS-CoV-2. Όπως περιγράφεται από τον Gupta at. all. το SHERLOCK έχει αναπτυχθεί από τους Zhang et al.45 «για την ανίχνευση θραυσμάτων RNA του SARS-CoV-2 με 10–100 αντίγραφα/μl της εισόδου. Η βασική αρχή της διάγνωσης SHERLOCK είναι η ανίχνευση με βάση το CRISPR. Αυτή η δοκιμή μπορεί να πραγματοποιηθεί σε < 60 λεπτά, χωρίς να απαιτούνται συγκεκριμένα όργανα. Επέλεξαν δύο στόχους, το γονίδιο S και το γονίδιο Orf1ab, από το γονιδίωμα SARS-CoV-2. Για να ελαχιστοποιήσουν τη διασταυρούμενη αντιδραστικότητα με άλλα γονιδιώματα του αναπνευστικού ιού, επέλεξαν επίσης συγκεκριμένες αλληλουχίες-οδηγούς». [9].

2.4. RT-LAMP

Μια βελτιστοποιημένη μέθοδος ανίχνευσης που βασίζεται σε RT-LAMP έχει μεγαλύτερη ευαισθησία από τις παραδοσιακές μεθόδους PT-PCR και χρειάζεται λιγότερο χρόνο (Εικ. 2). Ως αποτέλεσμα, αυτή η διαδικασία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ταχεία διάγνωση του κοροναϊού και την αύξηση της ικανότητας δοκιμών κατά 2-2,5 φορές [9, 13].

Εικόνα 2. Σύγκριση ροής εργασιών της δοκιμασίας RT-LAMP σε σχέση με το qRT-PCR για επείγουσες περιπτώσεις (εξωτερικοί ασθενείς) και εσωτερικούς ασθενείς. Η ανάλυση RT-LAMP είναι 2–2,5 φορές ταχύτερη από τις δοκιμές qRT-PCR και μπορεί να αποσταλεί σε θερμοκρασία δωματίου.

Ο Gupta et al. συνόψισε τις τρέχουσες τεχνικές που χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση μόλυνσης από SARS-CoV-2 στο Σχήμα 39.

Εικόνα 3. Σύγχρονες τεχνικές που χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση του σοβαρού οξέος αναπνευστικού συνδρόμου του κορωνοϊού 2 (SARS-CoV-2).

3. Νανοϋλικά για ανίχνευση SARS-CoV-2

Η δοκιμή νουκλεϊκού οξέος με αλυσιδωτή αντίδραση αντίστροφης μεταγραφής-πολυμεράσης (RT-PCR) είναι η τρέχουσα μέθοδος για την ανίχνευση της λοίμωξης COVID-19. Αν και η RT-PCR χρησιμοποιείται ευρέως για την ανίχνευση του COVID-19, υπάρχουν αρκετά ζητήματα [3, 14, 29, 35].

1. Εσφαλμένα αρνητικά αποτελέσματα.
2. Μεγάλοι χρόνοι απόκρισης / Χρονοβόρα.
3. Η RT-PCR δεν είναι σε θέση να ανιχνεύσει ασυμπτωματικούς ασθενείς, καθώς απαιτεί την ύπαρξη παρατηρήσιμου SARS-CoV-2 σε δείγματα που συλλέγονται.
4. Κακή αναλυτική ευαισθησία.
5. Ένταση εργασίας;
6. Τα κέντρα υγειονομικής περίθαλψης σε μη αστικά περιβάλλοντα δεν διαθέτουν επαρκή υποδομή PCR για να φιλοξενήσουν αυξημένη απόδοση δειγμάτων.
7. Ακριβή
8. Η διαθεσιμότητα κιτ και αντιδραστηρίων RT-PCR δεν μπορεί να καλύψει την αυξημένη ζήτηση.

Η παρούσα κατάσταση απαιτεί την ανάπτυξη τεχνικών ανίχνευσης που να είναι γρήγορες, οικονομικά αποδοτικές και εύχρηστες. Για να ξεπεραστούν οι περιορισμοί των παραδοσιακών μεθόδων, απαιτείται μια βελτιωμένη διεπιστημονική προσέγγιση. Οι τεχνολογικές λύσεις που βασίζονται σε νανοϋλικά παρουσιάζουν ποικίλες πιθανές εφαρμογές για την καταπολέμηση του ιού [10, 32].

3.1. Ιδιότητες νανοϋλικών

Τα μοναδικά χαρακτηριστικά των νανοσωματιδίων διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στην αντιμετώπιση της πανδημίας και τον μετριασμό της μελλοντικής επιδημίας. Τα νανοσωματίδια παρουσιάζουν χαρακτηριστικές ιδιότητες όπως:

• μικροσκοπικό μέγεθος
• διαλυτότητα
• πολυλειτουργικότητα
• στόχος-ικανότητα
• χαρακτηριστικά που ανταποκρίνονται στα ερεθίσματα.
• μεγάλη επιφάνεια
• προσαρμοστικότητα επιφάνειας.

Ως εκ τούτου, έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως για πολλές εφαρμογές σε διάφορους τομείς όπως η αναλυτική χημεία, η φαρμακευτική, η ανίχνευση/βιοαισθητήρα, η βιοτεχνολογία, η νανοϊατρική, η διανομή φαρμάκων, η βιολογική ανίχνευση, η μεταφορά γονιδίων, η οπτική, η επούλωση πληγών, οι εφαρμογές που βασίζονται στην ενέργεια, η γεωργία και περιβαλλοντικές εφαρμογές. Τα νανοσωματίδια ενίσχυσαν αυτές τις εφαρμογές παρέχοντας αυξημένη απόδοση με σημαντική προοπτική για ενσωμάτωση σε μια μικροσκοπική μηχανή, συμπεριλαμβανομένων των φορητών ηλεκτρονικών. Ως εκ τούτου, δείχνουν τις τεράστιες δυνατότητες βελτίωσης της ποιότητας ζωής μέσω της ρύθμισης της εξάπλωσης του ιού μέσω της πρόωρης ανίχνευσης. Τα νανοσωματίδια έχουν τουλάχιστον μία διάσταση στην περιοχή των νανομέτρων (1 nm =10 -9 ) (Εικ. 4) [1, 15, 30, 36].

Εικόνα 4. Κλίμακα νανοσωματιδίων με μερικά παραδείγματα.

Η υψηλή αναλογία επιφάνειας προς όγκο των νανοσωματιδίων, η υψηλή προσρόφηση, τα φαινόμενα κβαντικού μεγέθους και η υψηλή αντιδραστικότητα επιτρέπουν την αποτελεσματική αλληλεπίδραση με τις αναλυόμενες ουσίες του δείγματος. Επιπλέον, έχουν εξαιρετικές ικανότητες πολυπλεξίας, καθιστώντας τις κατάλληλες για ενσωμάτωση σε τεχνολογίες αιχμής για την ανίχνευση ιών. Επιπλέον, τα νανοσωματίδια προσφέρουν ευκολία στη λειτουργικότητα της επιφάνειας, υποδηλώνοντας ότι μπορούν να συνδεθούν πολλαπλοί συνδέτες μέσω ομοιοπολικού ή μη ομοιοπολικού δεσμού, κάτι που βελτιώνει περαιτέρω την εκλεκτικότητα και την ιδιαιτερότητα και μειώνει τον χρόνο ανίχνευσης. Επιπλέον, τα νανοϋλικά μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως ετικέτες για τη βελτίωση των σημάτων, κάτι που βοηθά στην ανίχνευση σημάτων πολύ μικρού μεγέθους [32].

3.2. Κατηγορίες νανοϋλικών

Έχουν δημιουργηθεί μια ποικιλία νανοϋλικών για την ανίχνευση και την παρακολούθηση ιών, τα οποία συμβάλλουν στον φωτισμό μηχανισμών μόλυνσης από ιούς, όπως [11]:

• Μεταλλικά νανοσωματίδια, π.χ. νανοσωματίδια χρυσού (ΝΣΧ), νανοσωματίδια αργύρου (ΝΣΑ).
• Νανοσωματίδια οξειδίου μετάλλου, π.χ. μαγνητικά νανοσωματίδια οξειδίου του σιδήρου (Fe 3 O 4 NPs).
• Νανοϋλικά άνθρακα που περιλαμβάνουν 0-διάστατα (0D, π.χ. φουλλερένια (C60), κουκκίδες άνθρακα (C-dots)), 1D (νανομελέτες άνθρακα (CNTs), 2D (π.χ. γραφένιο (G), οξείδιο γραφενίου (GO) και 3D (π.χ. γραφίτης).
• Κβαντικές κουκκίδες (ΚΚ): CdS ΚΚ, CdTe ΚΚ, ΚΚ άνθρακα;
• Πορώδη υλικά: μεταλλικά-οργανικά πλαίσια (MOFs), ομοιοπολικά οργανικά πλαίσια (COFs).
• Πολυμερή: φυσικά πολυμερή (π.χ. χιτοζάνη, κυτταρίνη) και συνθετικά (π.χ. πολυθειοφαίνιο, πολυπυρρόλη).
• Λιπιδικά νανοσωματίδια (LNPs): τριγλυκερίδια, λιπαρά οξέα, στεροειδή και κεριά.

Εικόνα 5. Σχηματικά διαγράμματα που δείχνουν διαφορετικά παραδείγματα μεθόδων ανίχνευσης COV που βασίζονται σε νανοϋλικά. (α) Τα Fluorescent Zr ΚΚ και τα μαγνητικά νανοσωματίδια συζευγνύονται με αντισώματα που συνδέονται ειδικά με τον COV. Παρουσία COV, σχηματίζεται ένα μαγνητικό φθορίζον σύμπλεγμα, το οποίο απομονώνεται μαγνητικά και ανιχνεύεται με μετρήσεις φθορισμού. (β) Οι νανοπαγίδες χρησιμοποιούνται για τη συγκέντρωση του COV και τη βελτίωση της σταθερότητάς τους, διευκολύνοντας έτσι τον εντοπισμό τους. (γ) Η PCR αντίστροφης μεταγραφής πραγματοποιείται παρουσία νανοσωματιδίων, βελτιώνοντας την αποτελεσματικότητα της αλυσιδωτής αντίδρασης πολυμεράσης και καταλήγοντας σε καλύτερη ευαισθησία ανίχνευσης αυτής της μεθόδου. (δ) μέθοδος ανίχνευσης COV, η οποία βασίζεται στις αλληλεπιδράσεις μεταξύ συμπληρωματικού DNA που προέρχεται από COV και ανιχνευτή acpnPNA στην επιφάνεια του Ag NP, που οδηγεί σε διαχωρισμό μεταξύ ΝΣΑ και σε ένα κίτρινο χρώμα που σχετίζεται με τη φωταύγεια του καλά διασκορπισμένου ΝΣΑ, αποκαλύπτοντας περαιτέρω την παρουσία COV.

Εικόνα 6. Διαφορετικά νανοσωματίδια.

Τα νανοϋλικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε διάφορους ρόλους για τον COVID-19. Οι Rasmi και όλοι συνοψίζουν τις λειτουργίες και τον πρωταρχικό ρόλο των νανοϋλικών στον παρακάτω πίνακα (Εικ. 7) [30].

Εικόνα 7. Σύνοψη του ρόλου στα νανοϋλικά για το COVID-19.

3.2.1. Gold NPs (ΝΣΧ)

Τα νανοσωματίδια χρυσού (ΝΣΧ) χρησιμοποιούνται ολοένα και περισσότερο σε πλατφόρμες ανίχνευσης SARS-CoV-2 λόγω των αξιοσημείωτων οπτικών ιδιοτήτων τους, όπως αυξημένοι συντελεστές εξαφάνισης και συντονισμένος εντοπισμένος συντονισμός πλασμονίου επιφάνειας (LSPR), επιτρέποντας ξεχωριστή έγχρωμη ανάγνωση με απλό εξοπλισμό ή γυμνό μάτι. Για την ανίχνευση αντισωμάτων SARS-CoV-2 (IgG, IgM ή IgA), έχουν προταθεί αναλύσεις AuNP και φθορισμού που βασίζονται σε νανοσωματίδια [17].

Το νανοσωματίδιο χρυσού (ΝΣΧ) είναι ένα από τα πιο τυπικά χρησιμοποιούμενα νανοϋλικά για γρήγορη διάγνωση. Το νανοσωματίδιο χρυσού χρησιμοποιήθηκε για την ανίχνευση του δίκλωνου DNA των ιών-στόχων (dsDNA). Συγκεκριμένα, μονόκλωνο DNA (ssDNA) ή ssRNA μπορεί να αλληλεπιδράσει με κιτρικά ιόντα στην επιφάνεια του AuNP. Η προσθήκη αλατιού στο διάλυμα μπορεί να σταθεροποιήσει τα σωματίδια και να αλλάξει το χρώμα. Επιπλέον, εφαρμόστηκε ένας απλός χρωματομετρικός προσδιορισμός υβριδισμού για την ανίχνευση dsDNA του SARS-CoV, που αναπτύχθηκε από ssRNA. Αυτή η ανάλυση μπορεί να δει τον στόχο στα 4,3 nM σε 10 λεπτά χωρίς να χρειάζεται καμία δυσκίνητη συσκευή [18, 30].

Προσέγγιση αλλαγής χρώματος

Μια άλλη ανάλυση εισήγαγε μια μέθοδο για την οπτική ανίχνευση του ιού COVID-19 χωρίς εξελιγμένα εργαλεία. Η χρωματομετρική ανίχνευση σχεδιάστηκε χρησιμοποιώντας τροποποιημένα με θειόλη αντιπληροφοριακά ολιγονουκλεοτίδια (ASOs) επικαλυμμένα AuNP που προορίζονται ρητά για το. Τα τροποποιημένα με θειόλη ASO-cap AuNP συγκεντρώθηκαν επιλεκτικά στην ύπαρξη της αλληλουχίας RNA στόχου SARS-CoV-2 και παρείχαν μια τροποποίηση στον επιφανειακό συντονισμό του πλασμονίου. Το αποτέλεσμα μπορεί να παρατηρηθεί σε 10 λεπτά με όριο ανίχνευσης 0,18 ng/μL [23, 30].

Εικόνα 8: Σχηματική αναπαράσταση για την επιλεκτική ανίχνευση με γυμνό μάτι του RNA του SARS-CoV-2 με τη μεσολάβηση των κατάλληλα σχεδιασμένων AuNP με κάλυψη ASO.

Η αποτελεσματική ανίχνευση του COVID-19 αναπτύχθηκε με την ακινητοποίηση πρωτεϊνών στην επιφάνεια του Au χρησιμοποιώντας τα πολυπεπτίδια που δεσμεύουν το Au. Χρησιμοποιώντας τη βελτιωμένη πράσινη φθορίζουσα πρωτεΐνη, την πρωτεΐνη SARS-CoV-E και τη στρεπταβιδίνη του πυρήνα του Streptomyces avidinii ως παραδείγματα, η πρωτεΐνη σύντηξης πολυπεπτιδίου που δεσμεύει το Au ακινητοποιήθηκε ρητά στο AuNP και επιδείχθηκαν τα νανομοτίβα πρωτεΐνης στη γυμνή επιφάνεια του Au. Αυτά τα σύμπλοκα αλληλεπιδρούν με το αντίσωμα, με αποτέλεσμα την απορρόφηση και την αλλαγή χρώματος [25, 30].

 Μη επεμβατική προσέγγιση

Η ανίχνευση του COVID-19 χρησιμοποιώντας μη επεμβατικές προσεγγίσεις έχει προταθεί από την εκπνεόμενη αναπνοή χρησιμοποιώντας έναν αισθητήρα που βασίζεται σε AuNP. Ο αισθητήρας αποτελούνταν από διαφορετικά AuNP συνδεδεμένα με οργανικούς συνδέτες και φιλμ ανόργανου νανοϋλικού. Το ανόργανο φιλμ είναι υπεύθυνο για την ηλεκτρική αγωγιμότητα. Επομένως, όταν εκτίθεται στις πτητικές οργανικές ενώσεις (VOCs) από την εκπνεόμενη αναπνοή, το οργανικό φιλμ αντιδρά με τις πτητικές οργανικές ενώσεις, με αποτέλεσμα το ανόργανο φιλμ να διογκώνεται ή να συρρικνώνεται και τις αλλαγές στην ηλεκτρική αγωγιμότητα. Επομένως, αυτός ο μη επεμβατικός αισθητήρας θα μπορούσε ενδεχομένως να χρησιμοποιηθεί για την ταχεία εξέταση του COVID-19 [30, 32].

Προσέγγιση ηλεκτροχημικού υβριδισμού

Μια μέθοδος ηλεκτροχημικού υβριδισμού με βάση το AuNP ορίστηκε χρησιμοποιώντας έναν αισθητήρα γονιδίου που αποτελείται από έναν ανιχνευτή θειολιωμένου DNA που ακινητοποιήθηκε στο ηλεκτρόδιο άνθρακα ΝΣΧ για να υβριδοποιήσει το βιοτινυλιωμένο DNA στόχο. Ένα ηλεκτροχημικό τσιπ παρουσιάστηκε μέσω ενός ηλεκτροδίου άνθρακα που αποτελείται από συστοιχία AuNP. Η πρωτεΐνη του κοροναϊού δεσμεύτηκε σε ένα ηλεκτρόδιο AuNP και τόσο η πρωτεΐνη του κορωνοϊού όσο και οι ελεύθεροι ιοί ανταγωνίζονται για θέσεις δέσμευσης στην ύπαρξη αντισωμάτων. Υπήρξε μια εξαιρετική γραμμική αντίδραση μεταξύ της απόκρισης του αισθητήρα και των συγκεντρώσεων του κορωνοϊού που κυμαίνονταν από 0,001 έως 100 ng mL−1. Η ανάλυση πέτυχε το όριο ανίχνευσης τόσο χαμηλό όσο 1,0 pg mL−1. Η μέθοδος ήταν ενός σταδίου, ευαίσθητη και ακριβής (Εικ. 9) [17, 30].

Εικόνα 9. Τσιπ συστοιχίας ανοσοαισθητήρα COV (α), Τα βήματα κατασκευής ανοσοαισθητήρα (β), η διαδικασία ανίχνευσης του ανταγωνιστικού ανοσοαισθητήρα για τον ιό (γ).

Ανοσοχρωματογραφική προσέγγιση

Μια ανάλυση πλευρικής ροής για την ταχεία ανίχνευση IgM έναντι του COVID-19 σχεδιάστηκε μέσω της προσέγγισης έμμεσης ανοσοχρωματογραφίας. Η νουκλεοπρωτεΐνη SARS-CoV-2 (SARS-CoV-2 NP) επικαλύφθηκε σε μια αναλυτική μεμβράνη για τη σύλληψη του στόχου και το αντι-ανθρώπινο IgM συζεύχθηκε με το AuNP, λειτουργώντας ως αναφορά ανίχνευσης. Η ανάλυση AuNP-LF έδειξε αξιοσημείωτη επιλεκτικότητα στην ανίχνευση IgM χωρίς παρεμβολές από άλλους ιούς. Κάθε ανάλυση χρειάζεται μόνο 10–20 μL ορού και το αποτέλεσμα μπορεί να ληφθεί εντός 15 λεπτών [12, 30].

3.2.2. Κβαντικές κουκκίδες (ΚΚ)

Οι κβαντικές κουκίδες (ΚΚ) είναι πολύπλευροι μηχανισμοί που μπορούν να πολεμήσουν ενάντια στον ιό COVID-19. Οι κβαντικές κουκκίδες (ΚΚ), επίσης γνωστές ως «νανοϋλικά ημιαγωγών», παίζουν ζωτικό ρόλο στην ανίχνευση του COVID-19. Οι ΚΚ έχουν αναγνωριστεί ως ένας νέος ανιχνευτής φθορισμού για μοριακή απεικόνιση. Το μέγεθος των ΚΚ ποικίλλει από 1 έως 10 nm. Τα εξαιρετικά χαρακτηριστικά των ΚΚ, συμπεριλαμβανομένων των εξαιρετικών οπτικών και ημιαγωγικών ιδιοτήτων, της φωτοσταθερότητας, της υψηλής κβαντικής απόδοσης και του στενού φάσματος εκπομπής με ρυθμιζόμενο μέγεθος, τα έχουν καταστήσει σημαντικό υποψήφιο για λειτουργία ως φθορίζουσα ετικέτα. Λόγω αυτών των εξαιρετικών ιδιοτήτων, οι ΚΚ μπορούν να θεωρηθούν εξαιρετικός παράγοντας για την καταπολέμηση των ιογενών λοιμώξεων. Επιπλέον, η ενσωμάτωση πιθανών βιοσυμβατών φορέων μπορεί να βοηθήσει στη διεπιστημονική μελέτη και να επιτρέψει κλινικές προσεγγίσεις για την καταπολέμηση του ιού. Λόγω των ανώτερων ιδιοτήτων τους, οι ΚΚ είναι πλέον κυρίαρχοι ανιχνευτές απεικόνισης (χημειοαισθητήρες και βιοαισθητήρες) για ανίχνευση [21, 30].

Εικόνα 10. Περιγραφή της Αρχής Λειτουργίας της Λωρίδας AuNP=LF.

Οι ΚΚ χρησιμοποιούνται λόγω της ιχνηλασιμότητας τους κάτω από ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος φωτός. Επιπλέον, τα ΚΚ μπορούν να ρυθμιστούν στο επιθυμητό μέγεθος (1–10 nm) και σχήμα που στοχεύει/διεισδύει αποτελεσματικά στον SARS-CoV-2 με εύρος μεγέθους μεταξύ 60 και 140 nm. Επιπλέον, το θετικό επιφανειακό φορτίο των ΚΚ με βάση τον άνθρακα θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη δέσμευση/απενεργοποίηση της πρωτεΐνης S του SARS-CoV-2. Επιπλέον, τα κατιονικά επιφανειακά φορτία που επιδεικνύονται από τις ΚΚ αλληλεπιδρούν με τον αρνητικό κλώνο RNA του ιού, κατευθύνοντας την παραγωγή δραστικών ειδών οξυγόνου εντός του SARS-CoV-2 [21].

Ένα τσιπ που βασίζεται σε απταμερές RNA συζευγμένο με ΚΚ εισήχθη για ευαίσθητη και ταχεία ανίχνευση της πρωτεΐνης SARS-CoV N με όριο ανίχνευσης 0,1 pg mL−1 σε ένα ανεπτυγμένο τσιπ. Το απταμερές RNA συζευγμένο με ΚΚ μπορεί να συνδεθεί με την πρωτεΐνη SARS-CoV N που είναι ακινητοποιημένη στο τσιπ, δημιουργώντας ένα οπτικό σήμα. Η χρήση ΚΚ με βάση το φθορισμό μπορεί να βοηθήσει τους ερευνητές να σχεδιάσουν ένα εύκολο, ευαίσθητο και γρήγορο διαγνωστικό εργαλείο για το COVID-19 [30, 31].

Εικόνα 11. Σχηματική αναπαράσταση των ενεργειών που ασκούνται από τα ΚΚ στον SARS-CoV-2. ΚΚ, κβαντική κουκκίδα. πρωτεΐνη S, πρωτεΐνη ακίδας; SARS-CoV-2, σοβαρό οξύ αναπνευστικό σύνδρομο κοροναϊός τύπου 2

Κβαντικές κουκκίδες άνθρακα

Οι κβαντικές κουκκίδες άνθρακα (ΚΚΚ) μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση μικροβίων, βιομορίων και λοιμώξεων. Επιπλέον, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως βιοσυμβατά συστήματα αδρανοποίησης για παθογόνες λοιμώξεις από ανθρώπινο κορωνοϊό ως κυρίαρχοι ανιχνευτές απεικόνισης (χημειοαισθητήρες και βιοαισθητήρες) με αντιική δράση. Τα ΚΚΚ είναι περίπου 10 nm με υψηλή διαλυτότητα στο νερό, κατασκευάστηκαν μέσω υδροθερμικής ενανθράκωσης προδρόμων ουσιών άνθρακα. Ορισμένες καινοτόμες προσεγγίσεις για την ανίχνευση κοροναϊών έχουν επικεντρωθεί στην εφαρμογή των ΚΚΚ. Σε μία μέθοδο, οι αντιικές δραστηριότητες επτά τύπων ΚΚΚ χρησιμοποιήθηκαν για τη θεραπεία των μεταδοτικών λοιμώξεων από τον ανθρώπινο κορωνοϊό. Χρησιμοποιήθηκαν διαφορετικά είδη ΚΚΚ με υδροθερμική ενανθράκωση και σύζευξη βορονικού οξέος. Αποκαλύφθηκε ότι η αναστολή του ιού πιθανώς οφείλεται στην ανταλλαγή μεταξύ των λειτουργικών ομάδων ΚΚΚ με υποδοχείς εισόδου του ιού [10].

Κβαντικές κουκκίδες ζιρκονίου (Zr ΚΚ)

Το ζιρκόνιο, λόγω των ιδιοτήτων του όπως η μηχανική σταθερότητα, η θερμική ανθεκτικότητα και η δέσμευση του φωτός UV, έχει χρησιμοποιηθεί σε πολλούς βιοϊατρικούς τομείς ως μη τοξική μετάβαση. Εξάλλου, το νανομέγεθος του Zr έχει μοναδικές φυσικές και χημικές πτυχές λόγω της μεγάλης επιφάνειάς του και της αιχμαλωσίας ηλεκτρονικών καταστάσεων σε σύγκριση με το καθεστώς χύδην του [10].

Γενικά, η χρήση των ΚΚ κατά του κορωνοϊού είναι μια από τις πιο κατάλληλες επιλογές λόγω της εξαιρετικής θεραπευτικής του αποτελεσματικότητας. Επιπλέον, τα ΚΚ μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ισχυρός ανιχνευτής απεικόνισης και αισθητήρας στη διάγνωση και την προγνωστική. Επιπλέον, τα φάρμακα μπορούν να επικαλυφθούν στην επιφάνεια των ΚΚ για να στοχεύσουν τον COVID-19. Ωστόσο, θα πρέπει να δίνεται προσοχή για να αποφευχθεί η νεφρική διήθηση και πρόσθετες παρενέργειες.

3.2.3. Νανοϋλικά με βάση τον άνθρακα

Τα υλικά άνθρακα είναι λειτουργικά σε κάθε πτυχή της καθημερινότητάς μας επειδή είναι άφθονα και αβαρή υφάσματα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για συνδυασμό εφαρμογών. Τα νανοϋλικά με βάση τον άνθρακα μπορούν να κατηγοριοποιηθούν με βάση τις διαστάσεις τους (D) ως zero-D (0D) όπως κουκκίδες άνθρακα, one-D (1D) όπως στα CNT και δύο-D (2D) σε νανοδομές γραφενίου. Αυτά τα νανοϋλικά διατηρούν πιο εξαντλητική λειτουργική θερμοκρασία, οξυδέρκεια και μεγαλύτερο εύρος δυναμικού σήματος μεταγωγής ακόμη και σε ακραίες περιβαλλοντικές καταστάσεις [24].

Τα νανοϋλικά με βάση τον άνθρακα έχουν χρησιμοποιηθεί εκτενώς για την ανάπτυξη μιας πλατφόρμας για την ανίχνευση του COVID-19. Τα εξαιρετικά φυσικοχημικά και αντιικά χαρακτηριστικά τους υποδηλώνουν ότι τα νανοϋλικά διαδραματίζουν ζωτικό ρόλο κατά του COVID-19. Αυτά τα νανοϋλικά, όπως το γραφένιο και το οξείδιο του γραφενίου, η κβαντική κουκκίδα άνθρακα, ο νανοσωλήνας άνθρακα και το φουλερένιο με εξαιρετικές ιδιότητες κυρίως αισθητικής, αντιιικές και αντιμικροβιακές ιδιότητες, είναι ανώτερες επιλογές με πιθανές εφαρμογές κατά του COVID-19 σε βιοαισθητήρες για διάγνωση, αντιική επικάλυψη, διήθηση ιού με αέρα , μάσκα προσώπου και χορήγηση φαρμάκου [10, 24, 30].

 Γραφένιο και οξείδιο του γραφενίου

Οι αντιμικροβιακές και αντιικές ιδιότητες του νανοϋλικού γραφενίου και οξειδίου του γραφενίου έχουν δύο διαστάσεις που αιχμαλώτισαν πολλή ευαισθητοποίηση και εξέταση. Πρώτον, τα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου με βάση το γραφένιο (FET) ως πόσιμοι αισθητήρες έχουν αναπτυχθεί για την ανάλυση του ιικού φορτίου του COVID-19 σε κλινικά ρινοφαρυγγικά δείγματα, χρησιμοποιώντας μοναδικά αντισώματα κατά της πρωτεΐνης ακίδας. Οι κατασκευασμένοι αισθητήρες FET μπορούν να πιάσουν την πρωτεΐνη ακίδας SARS-CoV-2 σε φυσιολογικό ορό ρυθμισμένο με φωσφορικά και σύστημα ιατρικής μεταφοράς 100 fg mL− 1, σε επίπεδο συγκέντρωσης 1fgmL− 1 και όριο ανίχνευσης ~1,6 × 101 pfu mL-1 και ~2,42 × 10 2 pfu mL-1 για το καλλιεργημένο δείγμα και την ιατρική δοκιμή, αντίστοιχα. Αυτός ο αισθητήρας δείχνει ότι είναι εξαιρετικά ευαίσθητος στον προσυμπτωματικό έλεγχο και τη διάγνωση της νέας νόσου του κοροναϊού 2019 χωρίς καμία προκαταρκτική αγωγή δείγματος. Η ύπαρξη γραφενίου οδηγεί σε βελτιωμένη αναλογία σήματος προς θόρυβο [10].

Εικόνα 12. Σχηματική απεικόνιση ορισμένων αλλοτροπών νανοϋλικών άνθρακα για ανάπτυξη νανοβιοαισθητήρα.

Νανοσωλήνες άνθρακα

Οι νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs) εφαρμόστηκαν ευρέως για τη βιολογία και τις βιοϊατρικές επιστήμες λόγω των ακόλουθων ιδιοτήτων και ανοίγουν νέους ορίζοντες για επιστημονική ανάπτυξη [10]:

• 10− 100 nm διαστάσεις
• αντιική και αντιμικροβιακή δράση.
• καλή απόδοση μετατροπής φωτός-θερμότητας.
• μεγάλη αναλογία όγκου επιφάνειας.
• ελαφρά πυκνότητα
• μικρό μέγεθος πόρων
• ευκαμψία
• αντοχή σε οξέα και βάσεις.
• μεγάλη μηχανική αντοχή
• ικανότητα δημιουργίας αντιδραστικών ειδών οξυγόνου.
• αντίσταση στα αναπνευστικά σταγονίδια.
• βιολογική συμβατότητα με πολλά φάρμακα.

Οι κουκκίδες άνθρακα βρέθηκαν το 2004 και συνήθως έχουν φωτοφωταύγεια, βιοσυμβατότητα και υψηλή ανθεκτικότητα, προδιαθέτοντάς τους σε ποικίλες εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένου του βιοαισθητήρα και της βιοαπεικόνισης. Οι νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs), το γραφένιο και οι κουκκίδες άνθρακα (CD) μπορούν να ταξινομηθούν ως μηδενικά (0D), μονο(1D) και δισδιάστατα νανοϋλικά άνθρακα [10, 30].

Εικόνα 13. Μελλοντικές προοπτικές των CNT στην πρόληψη, διάγνωση και θεραπεία της λοίμωξης SARS-CoV-2.

Ο υψηλός χώρος αποθήκευσης, η υψηλή επιφάνεια, η υψηλή βιοσυμβατότητα, η εξαιρετική διαπερατότητα των βιολογικών φραγμών, ο λογικός ρυθμός βιοαπορρόφησης, η ικανότητα πολλαπλής ενέργειας χημικής λειτουργικής ομάδας επιφάνειας/σωλήνα και η στοχευμένη ισχύς τροποποίησης βιομορίων είναι εξαιρετικές ιδιότητες των CNT που παρέχουν νέες προτάσεις για την αντιμετώπιση του COVID- 19. Ομοίως, οι CNT χρησιμοποιούνται ως συστήματα διάγνωσης, φιλτραρίσματος και παράγοντας απενεργοποίησης ιών [10].

Μια μικροσυσκευή εμπλουτισμού με δυνατότητα ρύθμισης μεγέθους CNT (CNT-STEM) σχεδιάστηκε για τον εμπλουτισμό και τη συγκέντρωση ιών από ακατέργαστα δείγματα. Οι CNT μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διάγνωση ιών του αναπνευστικού, συμπεριλαμβανομένων των SARS-CoV-1 και SARS-CoV-2. Το πλευρικό τοίχωμα καναλιού στη μικροσυσκευή κατασκευάστηκε από πολυτοιχώματα CNT με πρόσμειξη αζώτου, όπου ο ενδοσωληνικός χώρος μεταξύ των CNT είναι βελτιστοποιημένος ώστε να αντιστοιχεί στο μέγεθος διαφορετικών ιών. Με τη χρήση αυτής της συσκευής, προσδιορίστηκε το στέλεχος του ιού της γρίπης των πτηνών. Το CNT-STEM βελτιώνει σημαντικά τα ποσοστά απομόνωσης του ιού και την αντιληπτικότητα ανίχνευσης. Λόγω της ευκολίας και της αξιοπιστίας αυτής της τεχνικής, μπορεί να προσαρμοστεί ώστε να ανιχνεύει RNA ή πρωτεΐνες SARS-CoV-2 [30, 34].

Εικόνα 14. Η αρχή λειτουργίας του εμπλουτισμού του ιού και του συντονισμού από δείγματα πεδίου. (Α) Ένα αρχειοθετημένο δείγμα που περιέχει ιούς (μωβ σφαίρες) συλλέγεται από βαμβάκι ή ως δείγμα ιστού. (Β) Το υπερκείμενο του δείγματος πεδίου ρέει μέσω του CNT-STEM και οι ιοί εμπλουτίζονται μέσα στη συσκευή. Ένθετο (δεξιά): Απεικόνιση εμπλουτισμού ιών βάσει μεγέθους από τα ευθυγραμμισμένα N-MWCNT. Ένθετο (κάτω δεξιά): Εικόνα SEM (γραμμή κλίμακας, 100 nm) των ιοσωμάτων H5N2 AIV που έχουν παγιδευτεί μέσα στα ευθυγραμμισμένα N-MWCNT. Ένθετο (κάτω αριστερά): Εικόνα TEM σκοτεινού πεδίου (γραμμή κλίμακας, 100 nm) εμπλουτισμένου H5N2 AIV μετά την ανάκτηση των ευθυγραμμισμένων δομών N-MWCNT από το CNT-STEM.

Νανοδιαμάντια

Λόγω της υψηλής σταθερότητάς τους και της χαμηλής κυτταροτοξικότητάς τους, τα νανοδιαμάντια έχουν λάβει σημαντική προσοχή για τη διάγνωση του COVID-19. Ως εκ τούτου, τα φθορίζοντα νανοδιαμάντια χρησιμοποιήθηκαν για τον ανοσοπροσδιορισμό πλευρικής ροής COVID-19 ως υπερευαίσθητη ετικέτα. Αυτά τα νανοδιαμάντια ακινητοποιήθηκαν στη γραμμή δοκιμής και χρησιμοποιήθηκε ένα πεδίο μικροκυμάτων για να διαχωρίσει επιλεκτικά το σήμα φθορισμού τους από το σήμα φόντου, γεγονός που ενίσχυσε σημαντικά την ευαισθησία ανίχνευσης. Αυτή η ανάλυση ήταν 105 πιο ευαίσθητη από την παραδοσιακή ανάλυση πλευρικής ροής που βασίζεται σε νανοσωματίδια χρυσού. Τα νανοϋλικά με βάση τον άνθρακα μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αντιιικοί θεραπευτικοί παράγοντες για το COVID-19 [30].

3.2.4. Μαγνητικά NPs (ΜΝΣ)

Πριν από την ανίχνευση, τα μαγνητικά NPs (ΜΝΣ) χρησιμοποιούνται συνήθως για την ανίχνευση του SARS-CoV-2, την απόκριση αντισώματος ξενιστή και τον διαχωρισμό νουκλεϊκών οξέων. Αποδείχθηκε ότι τα επικαλυμμένα με πυρίτιο NP οξειδίου του σιδήρου έχουν σημαντική συσχέτιση με το RNA του SARS-CoV-2, καθώς οι σπασμένοι ανοίγουν τον ιό. Ο μαγνήτης χρησιμοποιήθηκε για την απομόνωση των επικαλυμμένων με RNA NP από το διάλυμα του δείγματος. Αυτή η μέθοδος είναι οικονομική και απλή, επιτρέποντας την αποτελεσματική εξαγωγή RNA από δείγματα ασθενών [15, 30].

Η ακριβής ανίχνευση απαιτεί αποτελεσματική εκχύλιση και διαχωρισμό των νουκλεϊκών οξέων από τα δείγματα, επιτρέποντας τον καθαρισμό του στόχου. Σε μία μελέτη χρησιμοποιήθηκαν υπερπαραμαγνητικά νανοσωματίδια (80 nm) συζευγμένα με έναν συμπληρωματικό ανιχνευτή στην αλληλουχία στόχο SARS-CoV. Χρησιμοποιώντας έναν μαγνήτη, τα λειτουργικά υπερπαραμαγνητικά νανοσωματίδια μπορούν να εξαγάγουν cDNA στόχο από δείγματα. Η ποσότητα του εξαγόμενου DNA ενισχύθηκε μέσω PCR η οποία δοκιμάστηκε χρησιμοποιώντας νανοσωματίδια φθορισμού επικαλυμμένα με πυρίτιο συζευγμένα με μια συμπληρωματική αλληλουχία. Τα επικαλυμμένα με πυρίτιο NP φθορισμού παράγουν σήματα φθορισμού που σχετίζονται άμεσα με τη συγκέντρωση του cDNA στόχο [30].

Τα επιφανειακά λειτουργικά MNP προσροφούν το νουκλεϊκό οξύ από το διάλυμα λύσης και διαχωρίζονται γρήγορα από τις περισσότερες μολύνσεις με τη βοήθεια ενός εξωτερικού μαγνητικού πεδίου. Ακολουθώντας αυτή τη σύντομη διαδικασία, το νουκλεϊκό οξύ μπορεί επιπρόσθετα να διαχωριστεί από την λειτουργική επιφάνεια των MNP με τη διαδικασία εκρόφησης στο μέσο έκλουσης. Ωστόσο, αν και αυτή η διαδικασία είναι πολύ πιο εύκολη και συντομότερη από τις παραδοσιακές διαδικασίες, η υποβοηθούμενη διαδικασία εξαγωγής του MNP εξακολουθεί να αποτελείται από πολλά στάδια, τα οποία είναι ανεπαρκή για πρακτική ανίχνευση. Τα νανοσωματίδια φερρίτη ψευδαργύρου συντέθηκαν με εκκένωση και οι επιφάνειες των νανοσωματιδίων λειτουργικοποιήθηκαν με πυρίτιο και τροποποιημένη με καρβοξυλική πολυβινυλική αλκοόλη. Αυτή η πλατφόρμα δείχνει την ικανότητα αυτόματης αφαίρεσης του ιικού RNA από διάφορους τύπους δειγμάτων. Μειώνει τα λειτουργικά βήματα, γεγονός που παρουσιάζει μια σημαντική προοπτική για διαγνωστικά σε μοριακό επίπεδο COVID-19 [30, 34].

Ένα πιο απλό και σύγχρονο πρωτόκολλο υποβοηθούμενης εξαγωγής RNA του MNP προτείνεται για πιθανή εξαγωγή και διάγνωση με βάση την RT-PCR του COVID-19. Τα MNP του φερρίτη ψευδαργύρου (ZNF) κατασκευάστηκαν με την οικονομική οδό αυτόματης καύσης sol-gel και στη συνέχεια, η επιφάνειά του λειτουργικοποιήθηκε με πολυμερή που περιέχουν καρβοξυλικά (CPoly). Μεταξύ των μαγνητικών υλικών, ο φερρίτης ψευδάργυρος επιλέχθηκε λόγω της υψηλής χημικής ανθεκτικότητας, της ομαλής μαγνητικής συμπεριφοράς, της απλής προετοιμασίας και του βιοσυμβατού χαρακτήρα του. Λόγω της ισχυρής διεπαφής μεταξύ νουκλεϊκών οξέων και καρβοξυλικών ομάδων, τα επιφανειακά λειτουργικά MNP προάγουν τη γρήγορη και πιθανή προσρόφηση του ιικού RNA. Αυτή η οικονομικά αποδοτική και απλή τεχνική μπορεί να προσφέρει μια κατάλληλη εναλλακτική λύση για τις συμβατικές μεθόδους34 .

Εικόνα 15. Σχηματική διαδικασία για το πρωτόκολλο υποβοηθούμενης εξαγωγής RNA MNP με λειτουργική επιφάνεια.

Επιπλέον, υπάρχει μια διαδικασία εκχύλισης νουκλεϊκού οξέος ενός σταδίου που συνδέει ιδιαίτερα το ιικό RNA χρησιμοποιώντας πολυκαρβοξυλικά λειτουργικά τροποποιημένα με αμινομάδα MNP (επικαλυμμένα με PC NH2-MNP). Τα νουκλεϊκά οξέα συλλέχθηκαν χρησιμοποιώντας ένα μαγνητικό πεδίο και στη συνέχεια απελευθερώθηκαν από τα MNP με την προσθήκη ρυθμιστικού διαλύματος πλύσης. Με τη σύλληψη ψευδοϊών COVID-19, τα πολυκαρβοξυλικά λειτουργικά MNP εμφάνισαν τέλεια απορρόφηση και παραμαγνητικές ιδιότητες μέσω γρήγορης σύλληψης (μαγνητική σύλληψη 30 δευτερολέπτων) στόχων [30, 46].

Εικόνα 16: Μια σχηματική αναπαράσταση της μεθόδου εκχύλισης ιικού RNA που βασίζεται σε pcMNP.

3.2.5. Νανοένζυμα

Τα νανοένζυμα είναι αφύσικα ένζυμα που αποτελούνται από νανοϋλικά με παρόμοια αποτελεσματικότητα με τα φυσικά ένζυμα. Επιπλέον, τα νανοένζυμα έχουν ανώτερη καταλυτική δράση, γρήγορη απόκριση και ικανότητα αυτοσυναρμολόγησης, που χρησιμοποιούνται ευρέως για τη διάγνωση και τη θεραπεία ασθενειών. Μια νέα ανάλυση χαρτιού χημειοφωταύγειας βασισμένη σε νανοζύμα για ταχεία και οξεία ανίχνευση αντιγόνου ακίδας SARS-CoV-2 συνδυάζει την ανοσοδοκιμασία νανοζυμικής και ενζυμικής χημειοφωταύγειας με τη λωρίδα πλευρικής ροής που δημιουργήθηκε.

Εικόνα 17: (Α) Σχηματική απεικόνιση της δοκιμής χαρτιού χημειοφωταύγειας νανοενζύμου για αντιγόνο SARS-CoV-2 S-RBD. Αναγνώριση, διαχωρισμός και καταλυτική ενίσχυση από ανιχνευτές νανοζύμων.

Η συμβατική ανοσοδιάγνωση χημειοφωταύγειας χρησιμοποιεί φυσικές πρωτεάσες όπως η HRP ή η αλκαλική φωσφατάση που αποκαλύπτουν περιορισμούς όπως η σπάνια ανθεκτικότητα αποθήκευσης, περίπλοκες μεθόδους παρασκευής και υψηλό κόστος. Ο προτεινόμενος βιοαισθητήρας χρησιμοποίησε νανοένζυμο Co-Fehemin που μιμείται την υπεροξειδάση αντί για φυσική υπεροξειδάση χρένου (HRP) που θα μπορούσε να ενισχύσει σημαντικά το σήμα χημειοφωταύγειας φτάνοντας το όριο ανίχνευσης των 0,1 ng/mL. Το νανοένζυμο Co-Fe@hemin αποδείχθηκε ότι έχει καλύτερη σταθερότητα για τη θερμοκρασία και την οξύτητα ή την αλκαλικότητα σε σύγκριση με το HRP, το οποίο μπορεί να διατηρηθεί σταθερά σε θερμοκρασία δωματίου. Αυτή η δοκιμή μπορεί να διεξαχθεί εντός 16 λεπτών, πολύ πιο γρήγορα σε σύγκριση με τις συνήθεις 1-2 ώρες που απαιτούνται για τις τρέχουσες δοκιμές νουκλεϊκού οξέος. Επιπλέον, η ανίχνευση σήματος είναι δυνατή χρησιμοποιώντας την κάμερα ενός τυπικού smartphone. Τα συστατικά για τη σύνθεση νανοζύμων είναι εύκολα και εύκολα αποκτήσιμα, μειώνοντας σημαντικά το συνολικό κόστος [20, 30].

3.2.6. Μεταλλικό-Οργανικό Πλαίσιο

Τα πορώδη νανοϋλικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση διαφορετικών παθογόνων. Η αναλυόμενη ουσία, το παθογόνο, δεν χρειάζεται να απορροφηθεί από τα πορώδη νανοϋλικά. Ωστόσο, το παθογόνο πρέπει να αλληλεπιδράσει με την επιφάνεια του MOF που τροποποιούν διαφορετικά NP. Με αυτήν την αλληλεπίδραση, μπορούν να βελτιστοποιηθούν πρόσθετοι οπτικοί μηχανισμοί Off-On ή On-Off για την ανίχνευση του παθογόνου και σε αυτή την περίπτωση, διάφορα οπτικά ενεργά συστατικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως σβηστές ή ενεργοποιητές. Στο θέμα του SARS-CoV-2, δεν υπάρχει ανάγκη ανίχνευσης του ίδιου γενετικού υλικού και γενετικής αλληλουχίας στην επιφάνεια της μάσκας ή ακόμα και των ρούχων λόγω των σημαντικών διαφορών μεταξύ των συγκεντρώσεων του SARS-CoV-2 με άλλα. Αντίθετα, χρησιμοποιώντας ένα μοτίβο φθορισμού δακτυλικών αποτυπωμάτων, το οποίο έχει βελτιστοποιηθεί στο παρελθόν, το ίδιο εύρος προσοχής του SARS-CoV-2 στην επιφάνεια επαφής των φάσεων αερίου και στερεών μπορεί να μετρηθεί με οπτικές αλλαγές. Επιπλέον, εάν οι βιοαισθητήρες που βασίζονται στο MOF λειτουργούν επιτυχώς για ανιχνεύσεις HIV-1, H1N1, ZIKA και άλλων παθογόνων μικροοργανισμών με μεγάλη ακρίβεια και LOD, τότε ο βιοαισθητήρας μορφολογίας και οπτικής βάσης για ανίχνευση SARS-CoV-2 θα πρέπει επίσης να λειτουργήσει. [26].

4. Προκλήσεις και περιορισμοί των νανοϋλικών

Τα νανοϋλικά μπορεί να είναι σημαντικά πολύτιμα για βιοϊατρικές εφαρμογές. Ωστόσο, έχουν κάποιους περιορισμούς, όπως η τοξικότητα. Μία από τις σημαντικές προκλήσεις είναι η διασφάλιση της ασφαλούς χρήσης των νανοϋλικών. Μια άλλη πρόκληση είναι ότι η συμπεριφορά των νανοϋλικών στο σώμα μπορεί να αλλάξει όταν φτάσουν στην κυκλοφορία του αίματος λόγω του σχηματισμού πρωτεϊνικών κορώνων. Έτσι, τα πιστά in vivo μοντέλα απαιτείται να κατανοήσουν επαρκώς την τοξικοκινητική συμπεριφορά των νανοσωματιδίων στο σώμα, ιδιαίτερα για μακροχρόνια έκθεση.

Ένα άλλο πρόβλημα είναι η απουσία τυποποιημένων πρωτοκόλλων για τον φυσικοχημικό και βιολογικό ορισμό των νανοϋλικών και η έλλειψη ενός καθολικά συμφωνημένου ορισμού του νανοϋλικού. Η ικανότητα παραγωγής μεγάλης κλίμακας είναι ένα άλλο εμπόδιο που πρέπει να ξεπεραστεί για την ευρύτερη εμπορευματοποίηση σκευασμάτων με βάση νανο. Λόγω των πολύπλευρων ανταλλαγών μεταξύ νανοϋλικών και βιολογικών συστημάτων, είναι πολύ απαιτητικό να προβλεφθεί η συμπεριφορά αυτών των υλικών υπό φυσιολογικές συνθήκες. Μόλις εισέλθουν στο σώμα, τα νανοσωματίδια φτάνουν στην κυκλοφορία του αίματος, μια σύνθετη μήτρα που περιέχει ιόντα, μικρά μόρια, πρωτεΐνες και κύτταρα. [37].

---

Τεστ LO 3.1

---

Βιβλιογραφικές αναφορές

1. Abdelhamid H., and Badr G., (2021). Nanobiotechnology as a platform for the diagnosis of COVID‐19: a review. Nanotechnology for Environmental Engineering 6:19 https://doi.org/10.1007/s41204-021-00109-0
2. Abraham AM., Kannangai R., and Sridharan G., (2008). Nanotechnology: A new frontier in virus detection in clinical practice. Indian Journal of Medical Microbiology, 26(4): 297-301
3. Alhalaili B., Popescu I.N., Kamoun O., Alzubi F., Alawadhia S., Vidu R. (2020) Nanobiosensors for the detection of novel coronavirus 2019-nCoV and other pandemic/Epidemic Respiratory viruses: A review. Sensors 2020, 20, 6591. [CrossRef]
4. Alimardani V., Abolmaali S., Tamaddon A., (2021). Recent Advances on Nanotechnology-Based Strategies for Prevention, Diagnosis, and Treatment of Coronavirus Infections. Journal of Nanomaterials Volume 2021, Article ID 9495126, 20 pages https://doi.org/10.1155/2021/9495126
5. Alphandery E., (2020). The Potential of Various Nanotechnologies for Coronavirus Diagnosis/Treatment Highlighted through a Literature Analysis. Bioconjugate Chem. 2020, 31, 1873−1882. https://dx.doi.org/10.1021/acs.bioconjchem.0c00287
6. Bendavid E., Mulaney B., Sood N., Shah S., Ling E., Bromley-Dulfano R. (2020). COVID-19 Antibody Seroprevalence in Santa Clara County, California. MedRxiv
7. Carter L. J., Garner L. V., Smoot J. W., Li Y., Zhou Q., Saveson C. J., et al. (2020). Assay techniques and test development for COVID-19 diagnosis. ACS Cent. Sci. 6, 591–605. doi: 10.1021/acscentsci.0c00501
8. Di Paolo M., Iacovelli A., Olmati F., Menichini I., Oliva A., Carnevalini M., et al. (2020). False-negative RT-PCR in SARS-CoV-2 disease: experience from an Italian COVID-19 unit. ERJ Open Res. 6, 324–2020. doi: 10.1183/23120541.00324-2020
9. Eftekhari A., Alipour M., Chodari L., Maleki Dizaj S., Ardalan M., Samiei M., Sharifi S., Zununi Vahed S., Huseynova I., Khalilov R. et al. (2021). A Comprehensive Review of Detection Methods for SARS-CoV-2. Microorganisms, 9, 232. https://doi.org/10.3390/ microorganisms9020232
10. Ghaemi F., Amiri A., Bajuri M., Yuhana N., Ferrara M., (2021), Role of different types of nanomaterials against diagnosis, prevention and therapy of COVID-19. Sustainable Cities and Society 72 (2021) 103046
11. Gupta R., Sagar P., Priyadarshi N., Kaul S., Sandhir R., Rishi V. and Singhal N.K. (2020). Nanotechnology-Based Approaches for the Detection of SARS-CoV-2. Front. Nanotechnol. 2:589832. doi: 10.3389/fnano.2020.589832
12. Huang C., Wen T., Shi F.J., Zeng X.Y., Jiao Y.J., (2020). Rapid Detection of IgM Antibodies against the SARS-CoV-2 Virus via Colloidal Gold Nanoparticle-Based Lateral-Flow Assay. ACS Omega 2020, 5, 12550–12556.
13. Jiang M., Pan W., Arasthfer A., Fang W., Ling L., Fang, H., et al. (2020). Development and validation of a rapid, single-step reverse transcriptase loop- mediated isothermal amplification (RT-LAMP) system potentially to be used for reliable and high-throughput screening of COVID-19. Front. Cell. Infect. Microbiol. 10:331. doi: 10.3389/fcimb.2020.00331
14. Jindal S., and Gopinath P., (2020) Nano Ex. 1 022003
15. Kang J., Tahir A., Wang H., Chang J. (2021). Applications of nanotechnology in virus detection, tracking, and infection mechanisms. WIREs Nanomed Nanobiotechnol. 2021;13:e1700. https://doi.org/10.1002/ wnan.1700
16. Kelly J. C., Dombrowksi M., O’Neil-Callahan M., Kernberg A. S., Frolova A. I., and Stout M. J. (2020). False-negative testing for severe acute respiratory syndrome coronavirus 2: consideration in obstetrical care. Am. J. Obstet. Gynecol. 2(Suppl. 3):100130. doi: 10.1016/j.ajogmf.2020.100130
17. Layqah L.A., Eissa S. (2019). An Electrochemical Immunosensor for the Corona Virus Associated with the Middle East Respiratory Syndrome Using an Array of Gold Nanoparticle-Modified Carbon Electrodes. Microchimica Acta 2019, 186, 224.
18. Lew T., Aung K., Ow S., Amrun S., Sutarlie L., Ng L., and Su X., (2021). Epitope-Functionalized Gold Nanoparticles for Rapid and Selective Detection of SARS-CoV‐2 IgG Antibodies. ACS NANO, https://doi.org/10.1021/acsnano.1c04091
19. Li H., and Rothberg L., (2004). Colorimetric detection of DNA sequences based on electrostatic interactions with unmodified gold nanoparticles. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2004, 101, 14036–14039
20. Liu D., Ju C., Han C., Shi R., Chen X., Duan D., Yan J., Yan, X. (2021). Nanozyme Chemiluminescence Paper Test for Rapid and Sensitive Detection of SARS-CoV-2 Antigen. Biosens. Bioelectron. 2021, 173, 112817
21. Manivannan S., Ponnuchamy K. (2020). Quantum Dots as a Promising Agent to Combat COVID-19. Appl. Organomet. Chem. 2020, 34, e5887
22. Mizumoto K., Kagaya K., Zarebski A., Chowell G.J.E. (2020). Estimating the asymptomatic proportion of coronavirus disease 2019 (COVID-19) cases on board the Diamond Princess cruise ship, Yokohama, Japan, 2020. Eurosurveillance , 25, 2000180
23. Moitra P., Alafeef M., Dighe K., Frieman M.B., Pan D. (2020). Selective Naked-Eye Detection of SARS-CoV-2 Mediated by N Gene Targeted Antisense Oligonucleotide Capped Plasmonic Nanoparticles. ACS Nano, 14, 7617–7627.
24. Ozmen E., Kartal E., Turan M., Yazicioglu A., Hiazi J., and Qureshi A., (2021). Graphene and carbon nanotubes interfaced electrochemical nanobiosensors for the detection of SARS-CoV-2 (COVID-19) and other respiratory viral infections: A review. Materials Science & Engineering C 129 (2021) 112356
25. Park T.J., Lee S.Y., Lee S.J., Park J.P., Yang K.S., Lee K.-B., Ko S., Park J.B., Kim T., Kim S.K., (2006). Protein Nanopatterns and Biosensors Using Gold Binding Polypeptide as a Fusion Partner. Anal. Chem. 2006, 78, 7197–7205
26. Pascarella G., Strumia A., Piliego C., Bruno F., Del Buono R., Costa F., et al. (2020). COVID-19 diagnosis and management: a comprehensive review. J. Intern. Med. 288, 192–206. doi: 10.1111/joim.13091
27. Pishva P., and Yuce M., (2021). Nanomaterials to tackle the COVID-19 pandemic. Emergent Materials https://doi.org/10.1007/s42247-021-00184-8
28. Rabiee N., Bagherzadeh M., Ghasemi A., Zare H., Ahmadi S., Fatahi Y., Dinarvand R., Rabiee M., Ramakrishna S., Shokouhimehr M., Varma R.S. (2020). Point-of-Use Rapid Detection of SARS-CoV-2: Nanotechnology-Enabled Solutions for the COVID-19 Pandemic. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 5126. https://doi.org/10.3390/ijms21145126
29. Rai M., Bonde S., Yadav A., Bhowmik A., Rathod S., Ingle P., Gade A. (2021). Nanotechnology as a Shield against COVID-19: Current Advancement and Limitations. Viruses 2021,13,1224. https:// doi.org/10.3390/v13071224
30. Rasmi Y., Saloua K.S., Nemati M., Choi J.R. (2021). Recent Progress in Nanotechnology for COVID-19 Prevention, Diagnostics and Treatment. Nanomaterials 2021, 11, 1788. https://doi.org/10.3390/ nano11071788
31. Roh C., Jo S.K., (2011). Quantitative and Sensitive Detection of SARS Coronavirus Nucleocapsid Protein Using Quantum Dots- Conjugated RNA Aptamer on Chip. J. Chem. Technol. Biotechnol. 2011, 86, 1475–1479.
32. Shan B., Broza Y.Y., Li W., Wang, Y., Wu S., Liu Z., Wang J., Gui S., Wang L., Zhang Z., et al. (2020). Multiplexed Nanomaterial-Based Sensor Array for Detection of COVID-19 in Exhaled Breath. ACS Nano 2020, 14, 12125–12132.
33. Singh P., Singh D., Sa P., Mohapatra P., Khuntia A., and Sahoo S. (2021). Insights from nanotechnology in COVID-19: prevention, detection, therapy and immunomodulation. Nanomedicine (Lond.) (2021) 16(14), 1219–1235
34. Somvanshi S., Kharat P., Saraf T., Somwanshi S., Shejul S., and Jadhav K. (2021). Multifunctional nano-magnetic particles assisted viral RNA-extraction protocol for potential detection of COVID-19, Materials Research Innovations, 25:3, 169-174, DOI: 10.1080/14328917.2020.1769350
35. Talebian S., Wallace g., Schroeder A., Stellacci F., and Conde J. (2020). Nature Nanotechnology, Vol 15, August 2020, 618-624, www.nature.com/naturenanotechnology
36. Tavakol S., Zahmatkeshan M., Mohammadinejad R., Mehrzadi S., Joghataei M., Alavijeh M., Seifalian A. (2021). The role of nanotechnology in current COVID-19 outbreak. Heliyon 7 (2021) e06841
37. Tharayil A., Rajakumari R., Chirayil C., Thomas S. and Kalarikkal N., (2021) A short review on nanotechnology interventions against COVID-19. Emergent Materials (2021). 4:131–141  https://doi.org/10.1007/s42247-021-00163-z
38. To K.K.-W., Tsang O.T.-Y., Yip C.C.-Y., Chan K.-H., Wu T.-C., Chan J.M.-C., Leung W.-S., Chik T.S.-H., Choi C.Y.-C., Kandamby D.H. et al. (2020). Consistent Detection of 2019 Novel Coronavirus in Saliva. Clin. Infect. Dis
39. Toledo G., Toledo V., Lanfredi A., Escote M., Champi A., Da silva M., Nantes-Cardoso I., (2020), Promising Nanostructured Materials against Enveloped Virus. An Acad Bras Cienc (2020) 92(4): e20200718 DOI 10.1590/0001-3765202020200718
40. Udugama B., Kadhiresan P., Kozlowski H. N., Malekjahani A., Osborne M., Li V. Y. C., et al. (2020). Diagnosing COVID-19: the disease and tools for detection. ACS Nano 14, 3822–3835. doi: 10.1021/acsnano.0c02624
41. Varghese R., Salvi S., Sood P., Karsiya J., Kumar D. (2021). Carbon nanotubes in COVID-19: A critical review and prospects. Colloid and Interface Science Communications 46 (2022) 100544
42. Waller J. V., Kaur P., Tucker A., Lin, K. K., Diaz M. J., Henry T. S., et al. (2020). Diagnostic tools for coronavirus disease (COVID-19): comparing CT and RT-PCR viral nucleic acid testing. Am. J. Roentgenol. 215, 834–838. doi: 10.2214/AJR.20.23418
43. Wong M.L., Medrano J.F. (2005). Real-time PCR for mRNA quantitation. Biotechniques 39, 75–85.
44. Yeh Y.-T., Tang Y., Sebastian A., Dasgupta A., Perea-Lopez N., Albert I., Lu H., Terrones M., Zheng, S.-Y., (2016). Tunable and Label-Free Virus Enrichment for Ultrasensitive Virus Detection Using Carbon Nanotube Arrays. Sci. Adv. 2016, 2, e1601026.
45. Zhang F., Abudayyeh O. O., Gootenberg J. S., Sciences C., and Mathers L. (2020). A Protocol for Detection of COVID-19 Using CRISPR Diagnostics.
46. Zhao Z., Cui H., Song W., Ru X., Zhou W., Yu X. (2020). A Simple Magnetic Nanoparticles-Based Viral RNA Extraction Method for Efficient Detection of SARS-CoV-2. bioRxiv 2020.

Περίληψη

Η πρόοδος της νανοτεχνολογίας είναι σημαντική για τη διάγνωση του COVID-19. Η προστασία και η διάγνωση είναι απαραίτητες για τον έλεγχο της εξάπλωσης της λοίμωξης. Η νανοτεχνολογία προσφέρει νέες τεχνικές για ταχεία διάγνωση, ανίχνευση λοίμωξης σε πρώιμο στάδιο και ταυτοποίηση του COVID-19. Λόγω του μικρότερου μεγέθους τους και της μεγαλύτερης επιφάνειας, τα προϊόντα νανοτεχνολογίας μπορούν να ανιχνεύσουν την ασθένεια με υψηλή ακρίβεια. Καθώς τα συμπτώματα του COVID-19 είναι πολύ συγκρίσιμα με εκείνα άλλων αναπνευστικών ασθενειών, είναι απαραίτητο να υπάρχουν ακριβή, ευαίσθητα και γρήγορα διαγνωστικά εργαλεία για την ανίχνευση της λοίμωξης σε πρώιμο στάδιο.

Λέξεις-κλειδιά: νανοτεχνολογία, COVID-19, διάγνωση

1. Εισαγωγή

Η νόσος του κορωνοϊού 2019 (COVID-19) που προκαλείται από το σοβαρό οξύ αναπνευστικό σύνδρομο κοροναϊός 2 (SARS-CoV-2) είναι ένα παγκόσμιο ζήτημα υγείας που ο ΠΟΥ ανακοίνωσε πανδημία. Ο COVID-19 έχει οδηγήσει σε ένα παγκόσμιο lockdown και έχει θέσει σε κίνδυνο την παγκόσμια οικονομία. Ο SARS-CoV-2 εξαπλώθηκε γρήγορα σε όλο τον κόσμο, δημιουργώντας μια παγκόσμια πανδημία που υπερτερεί αριθμητικά. Αυτός ο ιός μπορεί να μεταδοθεί από άνθρωπο σε άνθρωπο μέσω σταγονιδίων και στενής επαφής και άνθρωποι όλων των ηλικιών εκτίθενται σε αυτόν τον ιό. Το ξέσπασμα του COVID-19 άσκησε διεθνή πίεση στις σύγχρονες κοινωνίες, ειδικά στις υποδομές που συνδέονται με την υγειονομική περίθαλψη. Ως εκ τούτου, απαιτούνται επειγόντως διαγνωστικές εξετάσεις ειδικά για αυτήν την ασθένεια για τη διασφάλιση θετικών κρουσμάτων, τον έλεγχο ασθενών και την εκτέλεση ιικής επιτήρησης. Τα διαγνωστικά μπορεί να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο στην πρόληψη του COVID-19, επιτρέποντας τη γρήγορη εκτέλεση διαχειριστικών ενεργειών που περιορίζουν την εξάπλωση με τον εντοπισμό και την απομόνωση περιπτώσεων και μέσω της ανίχνευσης επαφών. Κατά συνέπεια, ο κόσμος αντιμετωπίζει μια νέα πρόκληση: να δημιουργήσει εξαιρετικά γρήγορες, εξαιρετικά ευαίσθητες συσκευές και εργαλεία ανάλυσης νανοκλίμακα ή συστήματα ανίχνευσης (π.χ. νανοβιοαισθητήρες) που είναι εξαιρετικά αποτελεσματικά στην ανίχνευση του νέου κοροναϊού του 2019 (COVID-19) ή σοβαρό οξύ αναπνευστικό σύνδρομο (SARS) [3, 10, 17].

Με τις εξελίξεις στη νανοτεχνολογία, οι εξαιρετικές τους ιδιότητες, συμπεριλαμβανομένης της ικανότητάς τους να ενισχύουν το σήμα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανάπτυξη νανοβιοαισθητήρων και διαδικασιών νανοαπεικόνισης που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ανίχνευση σε πρώιμο στάδιο μαζί με άλλα διαγνωστικά εργαλεία. Η νανοτεχνολογία εξετάζεται διεξοδικά για την προοπτική της στην ανάπτυξη διαγνωστικών τεχνικών, θεραπευτικών, εμβολίων και στρατηγικών για την ελάφρυνση του φόρτου της υγειονομικής περίθαλψης [10].

2. Τρέχουσες εργαστηριακές μέθοδοι για τη διάγνωση του SARS-CoV-2

Η διάγνωση του COVID-19 βασίζεται στην ανάλυση της αντίδρασης του ασθενούς λόγω της νόσου ή στη μελέτη του περιεχομένου του ιού, π.χ. RNA ή πρωτεΐνης του. Η θερμοκρασία του ασθενούς (αυξημένη θερμοκρασία), το αίσθημα εξάντλησης και η δυσκολία στην αναπνοή υποδηλώνουν μόλυνση. Ωστόσο, αυτά τα συμπτώματα δεν είναι ιδιαιτέρως και μπορεί να παρατηρηθούν λόγω μόλυνσης με άλλα παθογόνα. Οι παθολογικές τροποποιήσεις του ασθενούς σε όργανα όπως ο θώρακας μπορούν να παρατηρηθούν μέσω υπολογιστικής τομογραφίας (CT). Μια αξονική τομογραφία μπορεί να είναι μια αξιόπιστη εξέταση για τον προσυμπτωματικό έλεγχο των περιπτώσεων SARS-COV 2 όπως άλλοι τύποι πνευμονίας. Ωστόσο, η ανάλυση απαίτησε εξειδικευμένο εξοπλισμό και απέτυχε να καλύψει μια σημαντική κλίμακα απαιτήσεων. Ο COVID-19 μπορεί να διαγνωστεί μέσω εργαστηριακών μετρήσεων. Αυτές οι μέθοδοι χρησιμοποιούνται συνήθως για τη μελέτη ασθενών. Δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανάλυση μολυσμένων δειγμάτων όπως η επιφάνεια και ο αέρας [1].

Φιγούρα 1. Μέθοδοι διάγνωσης για τον COVID-19.

Έχουν αναπτυχθεί αρκετές μέθοδοι για τη διάγνωση του COVID-19. Οι κύριες δοκιμές για τη διάγνωση μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις κύριες κατηγορίες [1]:

1. Γενετικές δοκιμές (δοκιμές ιικού νουκλεϊκού οξέος): ανάλυση του ιικού γονιδιώματος χρησιμοποιώντας μεθόδους όπως ποσοτική αλυσιδωτή αντίδραση αντίστροφης μεταγραφής-πολυμεράσης σε πραγματικό χρόνο (RT-qPCR), ισοθερμική ενίσχυση (π.χ. ισοθερμική ενίσχυση μέσω βρόχου (LAMP), νουκλεϊκό οξύ ενίσχυση βάσει αλληλουχίας (NASBA), ενίσχυση με μεσολάβηση μεταγραφής (TMA), ενίσχυση κυλιόμενου κύκλου (RCA), Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR)) και στοχευμένη αλληλουχία νανοπόρου (NTS).
2. Δοκιμές αντιγόνου:ανάλυση των ιικών πρωτεϊνών (πρωτεΐνες αιχμής που συνδέονται με τη μεμβράνη ή πρωτεΐνες νουκλεοκαψιδίου) με χρήση τεχνικών όπως χρωματομετρία, τρανζίστορ πεδίου δράσης (FET), ενζυμική ανοσοπροσροφητική δοκιμασία (ELISA) και φασματομετρία μάζας ( ΚΥΡΙΑ)
3. Ορολογικές εξετάσεις: ανάλυση των αντισωμάτων (ανοσοσφαιρίνη M (IgM) και ανοσοσφαιρίνη G (IgG)) έναντι του ιού [18, 19]. Η μελέτη των αντισωμάτων του ασθενούς μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας μεθόδους όπως ηλεκτρικοί (EC) βιοαισθητήρες, εντοπισμένος επιφανειακός συντονισμός πλασμονίου (LSPR), ενισχυμένη επιφανειακή σκέδαση Raman (SERS), μικροζυγός κρυστάλλων χαλαζία (QCM), βιοαισθητήρας με βάση φθορισμό, χρωματομετρική βιοαισθητήρας, ανοσοχρωματογραφία χρυσού, ELISA, ανοσοδοκιμασία χημειοφωταύγειας και πιεζοηλεκτρικοί αισθητήρες μικροκάνουλας (PEMS).

Δυστυχώς, πολλές παραδοσιακές μέθοδοι ανίχνευσης αναπνευστικών ιών, όπως το RT-PCN έχουν πολλά μειονεκτήματα. Αυτά περιλαμβάνουν χρονοβόρες, δαπανηρές, δεν είναι πάντα προσδιορίσιμες ή αναπαραγώγιμες και απαιτούν εξειδικευμένο προσωπικό και άλλες τεχνικές εγκαταστάσεις.

Σχήμα 2. Μειονεκτήματα των παραδοσιακών μεθόδων .

3. Νανοτεχνολογία

Η νανοτεχνολογία προσφέρει νέες τεχνικές για ταχεία διάγνωση, ανίχνευση λοιμώξεων σε πρώιμο στάδιο και ταυτοποίηση λοιμωδών παθογόνων που προκαλούν την πανδημία, ιδιαίτερα για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας και της ποιότητας της διαδικασίας ανίχνευσης με τη χρήση νανοβιοαισθητήρων. Επιπλέον, οι νέες νανοδομές και οι νανοαισθητήρες εμφανίζουν ιδιότητες και επιδόσεις απαρατήρητες σε μακροσκοπικό επίπεδο, σημαντικά για τον εντοπισμό και την ανίχνευση περιπτώσεων σε επίπεδο νανοκλίμακα [3].

Η νανοτεχνολογία μπορεί να βελτιώσει τη διάγνωση του COVID-19 και να προτείνει μια διαγνωστική μέθοδο αιχμής που βασίζεται σε μια τεχνολογία ανίχνευσης Point Of Care (POC). Επιπλέον, μπορεί να διασυνδεθεί με τεχνικές τεχνητής νοημοσύνης (AI) και βιοαισθητήρες ενσωματωμένους στο Διαδίκτυο ιατρικών πραγμάτων (IoMT) για τη μελέτη πρακτικής πληροφορικής μέσω αποθήκευσης, κοινής χρήσης και ανάλυσης δεδομένων. Επίσης, μπορούν να παρακάμψουν τις παραδοσιακές διαδικασίες όπως η χαμηλή ευαισθησία, η χαμηλή επιλεκτικότητα, το υψηλό κόστος και ο εκτεταμένος διαγνωστικός χρόνος. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν νέες μέθοδοι για ανάλυση δείγματος χωρίς πόνο, όπως η ανάλυση του σάλιου του ασθενούς με τη χρήση ανιχνευτή οξειδίου γραφενίου (GO)/Au/Fiber Grating Bragg (FBG). Η νανοτεχνολογία μπορεί να προωθήσει τεχνολογίες όπως βιοαισθητήρες χωρίς ετικέτα, δοκιμές πλευρικής ροής χαρτιού, οπτικές τεχνολογίες και ψηφιακές τεχνολογίες [1].

3.1. Νανοβιοαισθητήρες

Η μεγαλύτερη υπεροχή των ιικών εστιών μπορεί να αποδοθεί στα ακατάλληλα εργαλεία ανίχνευσης που χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση των μεταδοτικών παραγόντων. Κατά συνέπεια, αυτό απαιτεί ένα εργαλείο ανίχνευσης ή διάγνωσης που να είναι ισχυρό, γρήγορο, απαιτητικό και ακριβές ως προς τις βιοαισθητήρες του ιδιότητες. Οι βιοαισθητήρες μπορούν να χαρακτηριστούν ως αναλυτικά όργανα που μπορούν να εκτιμήσουν χαμηλές συγκεντρώσεις μιας αναλυόμενης ουσίας σε βιολογικά δείγματα (όπως ο ανθρώπινος ορός, αίμα, δάκρυα, σάλιο κ.λπ.). Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά ποιοτικά και ποσοτικά κιτ δοκιμών, αυτοί οι βιοαισθητήρες είναι ευνοϊκά ακριβείς και ευαίσθητοι στον κατευθυνόμενο στόχο [15].

Εικόνα 3. Ταξινόμηση και εφαρμογές διαφόρων βιοαισθητήρων.

Η ανάγκη για ακρίβεια και ταχύτητα στη διάγνωση του COVID-19 δεν καλύπτεται από τις παραδοσιακές μεθόδους ορολογικών δοκιμών και αλυσιδωτής αντίδρασης ανάστροφης μεταγραφής-πολυμεράσης (RT-PCR), οι οποίες χρησιμοποιούνται συνήθως για την ανίχνευση και τη διάγνωση του COVID-19. Αυτή η προϋπόθεση μπορεί να εκπληρωθεί με τη χρήση υπερευαίσθητων νανοβιοαισθητήρων που παίζουν σημαντικό ρόλο στην ανίχνευση του νέου κοροναϊού. Οι νανοβιοαισθητήρες παρέχουν μια γρήγορη, οικονομικά αποδοτική, ακριβή και μικροσκοπική πλατφόρμα για την ανίχνευση του SARS-CoV-211 . Οι βιοαισθητήρες τυπικά περιλαμβάνουν ένα μόριο βιολογικής αναγνώρισης ακινητοποιημένο στην επιφάνεια ενός μετατροπέα σήματος και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ανάλυση, διάγνωση, προστασία, ασφάλεια και δοκιμή μεγαλύτερων πληθυσμών [3].

Οι νανοβιοαισθητήρες παρέχουν πολλά πλεονεκτήματα που προκαλούν αποτελεσματική ανίχνευση, όπως [3]:

• Αποδοτική
• Μακρά αυτοζωή.
• Εύχρηστος
• Αυτονόμος
• Ακρίβεια
• Φορητότητα
• Γρήγορη απάντηση
• Υψηλή ευαισθησία
• Δυνατότητες πολυπλεξίας.
• Βιώσιμη διαδικασία.

Οι νανοβιοαισθητήρες είναι συσκευές στις οποίες ο μορφοτροπέας τροποποιείται για να πιάσει το στοιχείο στόχο, να μετατρέψει τη βιολογική απάντηση σε ηλεκτρικά σήματα και να την ανιχνεύσει γρήγορα με υψηλή ακρίβεια. Οι φυσικές αποκρίσεις μπορούν να υπολογιστούν προσδιορίζοντας τους κατάλληλους βιοϋποδοχείς, όπως νουκλεϊκά οξέα, αντιγόνα, ανιχνευτής DNA, πεπτίδιο, ολόκληρα κύτταρα, μικροοργανισμούς και ιστούς. Αυτοί οι υποδοχείς είναι εύκολα αναγνωρίσιμοι, εξαιρετικά ευαίσθητοι και ανιχνεύουν συγκεκριμένο βιοαναλύτη. Διάφοροι τύποι βιοϋποδοχέων έχουν διερευνηθεί για τη σύλληψη των ιών, όπως τα νουκλεϊκά οξέα (NA), η ανοσοσυγγένεια και η πρωτεΐνη σε πολλαπλούς νανοβιοαισθητήρες με βάση την ηλεκτροχημική, την σύνθετη αντίσταση, τη μικροϊσορροπία κρυστάλλων χαλαζία και τον οπτικό και επιφανειακό συντονισμό πλασμονίου. Το μόριο στόχος συνδέεται με τον βιοϋποδοχέα για να πιάσει ένα βιολογικό μόριο από μια ασυνήθιστη αντίδραση. Στη συνέχεια, ο μορφοτροπέας με ενσωματωμένο μόριο από μια συγκεκριμένη απόκριση. Στη συνέχεια, ο μορφοτροπέας με ενσωματωμένες νανοδομές μετατρέπει την ανίχνευση σε ηλεκτρικό σήμα που ορίζεται από τον ανιχνευτή (Εικ. 4) [3].

Εικόνα 4. Το σχηματικό διάγραμμα διαφορετικών αναλυτών, βιοϋποδοχέων για στοιχεία βιοαναγνώρισης, μετατροπείς με ενσωματωμένες νανοδομές ως μέρη ενός τυπικού σχεδιασμού νανοβιοαισθητήρα για αναπνευστικούς ιούς.

Οι νανοβιοαισθητήρες που χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση κορωνοϊών SARS ή MERS μπορούν να κατηγοριοποιηθούν με βάση το βιολογικό μόριο του ιικού στόχου (νουκλεϊκά οξέα, αντιγόνα ή αντισώματα) σε νουκλεϊκό οξύ σε βιοαισθητήρα νουκλεϊκού οξέος, βιοαισθητήρα με βάση αντιγόνο και αντισώματα βασισμένος βιοαισθητήρας (Εικ. 5) [3]4 .

Εικόνα 5. Σχηματική αναπαράσταση διαφορετικών ταξινομήσεων βιοαισθητήρων για την ανίχνευση κορωνοϊών SARS και MERS

3.1.1. Ηλεκτροχημικοί Νανοβιοαισθητήρες

Οι ηλεκτροχημικοί βιοαισθητήρες είναι ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος και ευνοϊκά ευνοϊκός τύπος χώρων ανίχνευσης. Σύμφωνα με τον ορισμό της Διεθνούς Ένωσης Καθαρής και Εφαρμοσμένης Χημείας (IUPAC), ο ηλεκτροχημικός βιοαισθητήρας είναι «μια αυτόνομη ολοκληρωμένη συσκευή που είναι ικανή να παρέχει συγκεκριμένες ποσοτικές ή ημιποσοτικές αναλυτικές πληροφορίες χρησιμοποιώντας ένα στοιχείο βιολογικής αναγνώρισης (βιοχημικό υποδοχέα) που διατηρείται σε άμεση χωρική επαφή με ένα στοιχείο ηλεκτροχημικής μεταγωγής.» [8, 13].

Ένας ηλεκτροχημικός νανοβιοαισθητήρας είναι μια συσκευή μοριακής ανίχνευσης που συνδυάζει ένα συμβάν βιολογικής αναγνώρισης με έναν μετατροπέα ηλεκτροδίου για να δημιουργήσει ένα χρησιμοποιήσιμο ηλεκτρικό σήμα. Επειδή οι ηλεκτροχημικοί νανοαισθητήρες περιλαμβάνουν ηλεκτρόδια, οι ιδιότητες των ημιαγωγών, οι διηλεκτρικές ιδιότητες και η κατανομή φορτίου είναι κρίσιμα στοιχεία [3].

Εικόνα 6. Σχέδιο που δείχνει στοιχεία σχεδιασμού βιοαισθητήρα που χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση δειγμάτων αναλυόμενης ουσίας-στόχου, με ιδιαίτερη έμφαση στη χρήση μιας πλατφόρμας ηλεκτροχημικής βιοαισθητήρας που μετατρέπει τις βιοχημικές πληροφορίες σε σήματα ρεύματος ή τάσης σε μια επιφάνεια ηλεκτροχημικού μορφοτροπέα.

Τα κύρια οφέλη των ηλεκτροχημικών βιοαισθητήρων είναι [5, 11]:

• Εύκολη ανάπτυξη.
• Δυνατότητα μικρογραφίας
• Υψηλή ευαισθησία
• Σχετικά χαμηλό κόστος.

Οι ηλεκτροχημικοί αισθητήρες είναι μια ελκυστική επιλογή για την ανίχνευση μιας ποικιλίας βιομορίων, επειδή μπορούν να συνδυαστούν ομαλά με πολλαπλές μονάδες όπως α. μικροηλεκτρονικά κυκλώματα χαμηλού κόστους β. μικροσκοπικό εργαστήριο-σε-τσιπ, γ. διασύνδεση με ηλεκτρονική ανάγνωση, και δ. μονάδα επεξεργασίας σήματος. Οι ηλεκτροχημικοί βιοαισθητήρες όντας ευαίσθητοι, εύκολοι στη σμίκρυνση, απαιτούν μικρούς όγκους αναλυόμενης ουσίας, το ανώτερο όριο ανίχνευσης αναλυόμενης ουσίας και εμφάνισης επί τόπου αποτελεσμάτων προτιμώνται περισσότερο στην ιατρική διαγνωστική και σε πολλούς άλλους ερευνητικούς τομείς, συμπεριλαμβανομένης της ασφάλειας των τροφίμων και της περιβαλλοντικής παρακολούθησης [8].
Ο ηλεκτροχημικός βιοαισθητήρας μπορεί να κατηγοριοποιηθεί με βάση τις λειτουργίες του μορφοτροπέα που χρησιμοποιούνται για μετρήσεις σήματος. Αυτές περιλαμβάνουν πλατφόρμες μεταγωγής αγωγιμότητας και επιφανειακής φόρτισης, αμπερομετρίας και ποτενσιομετρίας. Η γενική αρχή του ηλεκτροχημικού βιοαισθητήρα (βιοηλεκτροχημεία) καθιερώνεται στην ηλεκτροχημική απόκριση που λαμβάνει χώρα πάνω ή κοντά στο ηλεκτρόδιο και ή μεταξύ των ηλεκτροδίων που οδηγούν σε. (i) ένα μετρήσιμο σήμα ρεύματος (αμπερομετρικό), (ii) σωρευτικό φορτίο ή δυναμικό (ποτενσιομετρικό) ή (iii) αλλαγές στην αγωγιμότητα του μέσου (αγωγιμότητα). [8].

Εικόνα 7. Ταξινόμηση των ηλεκτροχημικών βιοαισθητήρων με βάση τον τύπο του μορφοτροπέα και τις λειτουργίες σήματος.

Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ηλεκτροχημικοί νανοβιοαισθητήρες για την αναγνώριση ιικών νουκλεϊκών οξέων. Ένας ηλεκτροχημικός γονοαισθητήρας που αναπτύχθηκε για την ανίχνευση του SARS αναπτύχθηκε χρησιμοποιώντας μια μονοστιβάδα θειολιωμένων ολιγονουκλεοτιδίων αυτοσυναρμολογημένων σε ηλεκτρόδια άνθρακα επικαλυμμένα με νανοσωματίδια χρυσού. Οι ολιγονουκλεοτιδικές αλληλουχίες είναι ακριβείς στην νουκλεοκαψιδική πρωτεΐνη του SARS και η ιογενής μόλυνση ανιχνεύεται μέσω ενζυματικής ενίσχυσης του ιικού DNA. Ο νανοβιοαισθητήρας βοηθά στην ευπαθή ανίχνευση του SARS. Ένας ηλεκτροχημικός νανοβιοαισθητήρας που κατασκευάστηκε χρησιμοποιώντας νανοσωματίδια χρυσού που άλλαξε με ηλεκτρόδιο άνθρακα και ανασυνδυασμένη πρωτεΐνη ακίδας S1 ως βιοδείκτη σχεδιάστηκε για την ανίχνευση MERS-CoV. Ωστόσο, αυτή η προσέγγιση κρατά επίσης την υπόσχεση για την ανίχνευση κοροναϊών. Λόγω της ηλεκτρικής του αγωγιμότητας, ο βιοαισθητήρας δημιουργήθηκε χρησιμοποιώντας υπόστρωμα εμπλουτισμένο με φθόριο και νανοσωματίδια χρυσού ως ενισχυτή σήματος. [10].

Η τροποποίηση διεπαφών ηλεκτροχημικής ανίχνευσης με νανοσωματίδια χρυσού (AuNPs) παρουσιάζει βελτιωμένες εφαρμογές και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση του MERS-CoV. Τα AuNPs λειτουργούν ως διεπαφές εργασίας που διαθέτουν ηλεκτροκαταλυτικές ιδιότητες και επιτρέπουν την ενίσχυση της ηλεκτρικής αντίδρασης (Εικόνα 8). Ένας ανοσοαισθητήρας σχεδιάστηκε για να ανιχνεύει τον ιό MERS-CoV που συνδέει την προοπτική ηλεκτροχημικών αισθητήρων και νανοσωματιδίων χρυσού. Ο νανοβιοαισθητήρας έχει αναπτυχθεί με μια δέσμη νανοσωματιδίων χρυσού επικαλυμμένα με ηλεκτρόδιο άνθρακα.

Εικόνα 8. Βήματα λειτουργίας για την ηλεκτροχημική πλατφόρμα ανίχνευσης COVID-19: (Α) συλλογή δειγμάτων μέσω του ρινικού επιχρίσματος ή σάλιου, (Β) εξαγωγή RNA, (Γ) ακινητοποίηση εκχυλίσματος RNA στην κορυφή της πλατφόρμας γραφενίου-ssDNA-AuNP, (D ) επώαση 5 λεπτών και (Ε) καταγράψτε την ψηφιακή ηλεκτροχημική έξοδο.

Έχει παρατηρηθεί ότι η πρωτεΐνη ανασυνδυασμένης ακίδας (S1) ακινητοποιείται σε νανοσωματίδια χρυσού και ανταγωνίζεται τα σωματίδια του ιού για τη σύνδεση με το αντίσωμα. Όταν απουσιάζει η μόλυνση από τον ιό, προσκολλάται στην ακινητοποιημένη πρωτεΐνη ακίδας. Επειδή αυτή η μέθοδος νανοβιοαισθητήρα έχει μια ομάδα ηλεκτροδίων, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση διαφόρων κοροναϊών [5, 10] .

 Ηλεκτροχημική ανίχνευση του SARS-CoV-2 με διασύνδεση γραφενίου

Οι πλατφόρμες ηλεκτροχημικής μεταγωγής μπορούν να ανιχνεύσουν ιούς ή οποιαδήποτε ζωντανά μικροβιακά παθογόνα χρησιμοποιώντας τα συγκεκριμένα στοιχεία βιοαναγνώρισής τους. Υπάρχουν διάφοροι εναλλακτικοί τρόποι για την ηλεκτροχημική ανίχνευση μηχανισμών που προκαλούν ασθένειες. Ωστόσο, η ανίχνευση γενετικών δεικτών που χρησιμοποιούν ηλεκτροχημικές πλατφόρμες ανίχνευσης δεν είναι επιρρεπής σε ανιχνεύσεις ιών λόγω των μη ανιχνεύσιμων ιικών τίτλων τους, ιδιαίτερα στην πρώιμη έναρξη των ιογενών λοιμώξεων [8, 14].

Τα τρέχοντα χρόνια, έχουν γίνει αρκετές προσπάθειες για την εφαρμογή στρατηγικών παρόμοιων με τα ηλεκτροχημικά γλυκόμετρο για την ανίχνευση ιών ή ιογενών λοιμώξεων. Οι Torrente-Rodríguez και όλοι ανέπτυξαν χαμηλού κόστους ενσωματωμένο φορητό ηλεκτροχημικό βιοαισθητήρα γραφενίου για ταχεία διάγνωση και βιοχημικούς δείκτες παρακολούθησης σε δείγματα ορού και σάλιου για το COVID-19 [8, 14].

Τα ηλεκτροχημικά ηλεκτρόδια αισθητήρων ήταν εγγεγραμμένα με γραφένιο σε ένα εύκαμπτο πολυμερικό υπόστρωμα πολυιμιδίου (PI) για πολυπλεγμένη ανίχνευση βιοδεικτών ιογενούς μόλυνσης (αντιγόνα και αντισώματα). Ο Torrente-Rodríguez και όλοι κατέδειξαν ποσοτική ανίχνευση συγκεκριμένων βιοδεικτών του COVID-19, όπως η πρωτεΐνη ακίδας SARS-CoV-2 (S1), η νουκλεοκαψιδική πρωτεΐνη του SARS, η CRP, ένας πρωτεϊνικός βιοδείκτης για φλεγμονή εντός φυσιολογικά σχετικών ορίων τόσο στο αίμα όσο και στο σάλιο και ειδικές ανοσοσφαιρίνες (Igs) όπως S1-IgM και S1-IgG. Αυτός ο χώρος χρησιμοποιεί κατασχεμένα αντιγόνα και αντισώματα σε ηλεκτρόδια γραφενίου με αυξημένη ευαισθησία με ικανότητα πολυπλεξίας για ανίχνευση πολλών κατασκευαστών SARS-Co-V2, ενώ τα δεδομένα απόκρισης που προκύπτουν μεταδίδονται ασύρματα σε φορητή κινητή συσκευή. Αυτός ο τύπος μικροσκοπικής ηλεκτροχημικής πλατφόρμας δείχνει μια μεγάλη υπόσχεση για τις μελλοντικές ηλεκτροχημικές συσκευές PoC και εξατομικευμένες συσκευές υγειονομικής περίθαλψης [8, 14].

3.1.2. Οπτικοί Νανοβιοαισθητήρες

Λόγω των εξαιρετικών χαρακτηριστικών των οπτικών βιοαισθητήρων, όπως υψηλή ευαισθησία, χωρίς ετικέτες, στιβαρότητα, ανοσία σε ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές, υπολογιστικές οπτικές εξόδους, δυνατότητα σμίκρυνσης, δυνατότητες ολοκλήρωσης, φορητότητα, ικανότητα πολυπλεξίας και παροχή ταυτόχρονης ανίχνευσης διαφόρων στόχων, οπτικοί βιοαισθητήρες χρησιμοποιούνται ως διαγνωστικά εργαλεία για τη μόλυνση του αναπνευστικού ιού. Έτσι, οι οπτικοί βιοαισθητήρες είναι κατάλληλοι για τη ζώνη του σημείου φροντίδας [9, 10].

Εικόνα 9. Μια ασύρματη πλατφόρμα τηλεϊατρικής με βάση το γραφένιο (SARS-CoV-2 RapidPlex) για ταχεία και πολλαπλή ηλεκτροχημική ανίχνευση του SARS-CoV-2 σε αίμα και σάλιο (Α) Σχηματική απεικόνιση της πλατφόρμας τηλεϊατρικής πολλαπλών αισθητήρων SARS-CoV-2 RapidPlex για ανίχνευση Ιικές πρωτεΐνες SARS-CoV-2, αντισώματα (IgG και IgM) και φλεγμονώδης βιοδείκτης C-αντιδρώσα πρωτεΐνη (CRP). Τα δεδομένα μπορούν να μεταδοθούν ασύρματα σε μια κινητή διεπαφή χρήστη. WE, ηλεκτρόδιο εργασίας. CE, αντίθετο ηλεκτρόδιο. RE, ηλεκτρόδιο αναφοράς. (Β) Μαζικής παραγωγής συστοιχίες αισθητήρων γραφενίου χαραγμένες με λέιζερ. (Γ) Φωτογραφία μιας μιας χρήσης και εύκαμπτης συστοιχίας γραφενίου. (Δ) Εικόνα συστήματος SARS-CoV-2 RapidPlex με διάταξη αισθητήρων γραφενίου συνδεδεμένη σε πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος για επεξεργασία σήματος και ασύρματη επικοινωνία.

Οι νανοσωλήνες άνθρακα, οι νανονήσους χρυσού και το γραφένιο χρησιμοποιούνται κυρίως σε οπτικούς και ηλεκτροχημικούς βιοαισθητήρες. Νανονησί χρυσού κατασκευασμένα από μικροσκοπικές νανοδομές χρυσού μπορούν να κατασκευαστούν με τεχνητά συντιθέμενους υποδοχείς DNA και συμπληρωματικές αλληλουχίες RNA του SARS-CoV-2 σε γυάλινο υπόστρωμα. Επειδή το COVID-19 είναι ένας μονόκλωνος ιός RNA, ο υποδοχέας του νανοβιοαισθητήρα δρα ως συμπληρωματική διαδοχή της αλληλουχίας RNA του κοροναϊού και ανιχνεύει τον ιό. Το LSPR (τοπικός συντονισμός πλασμονίου επιφανείας) χρησιμοποιήθηκε για την ανίχνευση της δέσμευσης της αλληλουχίας RNA στον αισθητήρα. Μετά τη σύνδεση των μορίων στην επιφάνεια του νανοβιοαισθητήρα, ο τοπικός δείκτης υπερύθρων αλλάζει και ένας οπτικός νανοβιοαισθητήρας υπολογίζει τις τροποποιήσεις και προσδιορίζει την ύπαρξη κλώνων RNA [9, 10].
Συγκεκριμένα, η εξαιρετικά αποτελεσματική ανίχνευση του SARS-CoV-2 βάσει οπτικού βιοαισθητήρα έχει παρουσιαστεί με συντονισμό και φθορισμό επιφανειακού πλασμονίου. Όταν ένας οπτικός βιοαισθητήρας συνδέεται με τη μέθοδο συντονισμού επιφανειακού πλασμονίου, η μέθοδος που προκύπτει είναι πολύτιμη για την ταχεία διάγνωση της μόλυνσης από SARS, περισσότερο από τις ενζυμικές ανοσοπροσροφητικές δοκιμασίες (ELISA). Ένας βιοαισθητήρας με δυνατότητα οπτικών ινών που βασίζεται σε εντοπισμένο φθορισμό που σχετίζεται με το πλασμόνιο επιφάνειας (LSPCF) μπορεί να ανιχνεύσει την ανασυνδυασμένη πρωτεΐνη Ν (SARS-CoV-N) χρησιμοποιώντας AuNPs. Επισημάνθηκε ότι ένα απόθεμα ιού τόσο μικρό όσο 106 σωματίδια/mL μπορεί να ανιχνευθεί χρησιμοποιώντας έναν βιοαισθητήρα νανο-ενεργοποιημένου βασισμένου σε οπτικές ίνες εντός 15 λεπτών. Αυτές οι έρευνες δείχνουν ότι οι ιογενείς λοιμώξεις του αναπνευστικού μπορούν να διαγνωστούν γρήγορα και έγκαιρα με τη χρήση νανοϋλικών [9].

Εικόνα 10. Μια σχηματική απεικόνιση ενός οπτικού βιοαισθητήρα

3.1.3. Βιοαισθητήρες με βάση το γραφένιο

Μια συσκευή FET (τρανζίστορ φαινομένου πεδίου) που βασίζεται σε γραφήματα χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του ιικού φορτίου SARS-CoV-2 σε ρινοφαρυγγικά επιχρίσματα ασθενών με COVID-19. Ο νανοβιοαισθητήρας FET με βάση το γραφένιο αποτελείται από ένα φύλλο γραφενίου ως περιοχή ανίχνευσης, που μετακινείται σε ένα υπόστρωμα SiO2/Si και αντίσωμα ακίδας SARS-CoV-2 ακινητοποιημένο στο φύλλο γραφενίου. Οι βιοαισθητήρες βοηθούν στην ανίχνευση αιχμής αντιγόνου SARS-CoV-2 ακόμη και σε συγκέντρωση 1 fg/mL σε ρυθμιστικό διάλυμα φωσφορικών [10].

Οι βιοαισθητήρες με βάση το γραφένιο είναι πολύτιμοι για τη δοκιμή και την ανίχνευση αιχμής [9]:

• γλυκόζη αίματος
• ρυθμός αναπνοής
• θερμοκρασία σώματος σε πραγματικό χρόνο·
• πίεση αίματος
• ιός
• μικρά μόρια

Λόγω της οικονομικής απόδοσης, της υψηλής συσχέτισης και της ευκολίας κατασκευής, τα νανοϋλικά με βάση το γραφένιο είναι τα πιο ελκυστικά υλικά για βιοαισθητήρες. Για παράδειγμα, ένας βιοαισθητήρας που βασίζεται σε τρανζίστορ έχει αναπτυχθεί με επιτυχία για να ανιχνεύει SARS-CoV-2 (πρωτεΐνη ακίδας). Ο βιοαισθητήρας κατασκευάστηκε χρησιμοποιώντας φύλλα γραφενίου επικαλυμμένα με τρανζίστορ φαινομένου πεδίου (FET) με ένα συγκεκριμένο αντίσωμα (Εικόνα 9). Το γραφένιο και τα παράγωγά του παρουσιάζουν κατάλληλη ακεραιότητα συσκευές βιοαισθητήρα που βασίζονται σε FET για τη σύλληψη ιών, καθώς έχουν οφέλη σε σχέση με άλλες διαγνωστικές μεθόδους που είναι διαθέσιμες επί του παρόντος [9].

Οι συσκευές βιοαισθητήρα που βασίζονται σε FET μπορούν να κάνουν ευαίσθητες και στιγμιαίες μετρήσεις χρησιμοποιώντας μικρές ποσότητες αναλυτών. Επιπλέον, οι βιοαισθητήρες που βασίζονται σε FET έχουν πιθανή και χρησιμότητα στην κλινική διάγνωση, την ανίχνευση επί της όρασης και τις δοκιμές στο σημείο της φροντίδας. Μια μη ενισχυμένη και γρήγορη πλατφόρμα νανοαισθητήρα δημιουργήθηκε για την ανίχνευση του RNA του SARS-CoV-2 σε δείγματα ανθρώπινου επιχρίσματος λαιμού. Ένας αισθητήρας τρανζίστορ φαινομένου πεδίου γραφενίου (G-FET) σχεδιάστηκε για να απεικονίσει το νανοσωματίδιο χρυσού (AuNP). Στις επιφάνειες των AuNPs, ακινητοποιήθηκαν συμπληρωματικοί ανιχνευτές φωσφοροδιαμιδικής μορφολινο ολίγο (PMO). Αυτός ο αισθητήρας κατευθύνει σε χαμηλό σήμα φόντου, καθώς το PMO είναι εξαιρετικά ευαίσθητο στο SARS-CoV-2 RdRp. Όταν ένα τρανζίστορ φαινομένου γραφενίου συνδέεται με έναν βιοαισθητήρα που βασίζεται στο CRISPR-Cas9, θα είναι σε θέση να ανιχνεύει μη ενισχυμένα γονίδια-στόχους και, επομένως, θα μπορούσε να αξιολογηθεί για ιικούς στόχους, όπως τα νουκλεϊκά οξέα του SARS-CoV-2 [9]:

3.1.4. Χειρικοί Νανοβιοαισθητήρες

Οι χειραλικοί βιοαισθητήρες θα βρίσκονται σύντομα στην πρωτοπορία του τομέα της βιονανοτεχνολογίας λόγω της υπερευαισθησίας τους και του γρήγορου χρόνου απόκρισής τους. Θα συμβάλουν καθοριστικά στην πανδημία SARS-CoV-2. Η δημοτικότητα των νανο-χειροπτικών έχει εκραγεί λόγω των καινοτόμων μεθόδων για την κατασκευή μεταλλικών νανοδομών με ρυθμιζόμενη μορφολογία επιφάνειας και την ολοκλήρωση της νανοσυναρμολόγησής τους. Αυτό προσφέρει απαράμιλλη ισχύ στις ηλεκτρονικές και οπτικές ιδιότητές τους. Το πιο σημαντικό πλεονέκτημα τέτοιων νανοϋβριδικών δομών είναι ότι βελτιώνουν τη χειροπτική αντίδραση, η οποία θα μπορούσε να έχει σημαντικό ενδιαφέρον σε διάφορες εφαρμογές που συνδέονται με τη χειρόμορφη βιοαισθητήρα, ανοίγοντας νέες ερευνητικές περιοχές. Σε σύγκριση με τα φυσικά χειρόμορφα μόρια, οι χειρόμορφες πλασμονικές νανοδομές όχι μόνο οδηγούν σε σημαντικά χειροπτικά αποτελέσματα, αλλά παρουσιάζουν επίσης εντελώς μοναδικές ιδέες υπερχειρικού φωτός σε τεχνολογικές εφαρμογές [2, 5].

Εικόνα 11. Ανίχνευση του SARS-CoV-2 με χρήση FET: Το σχηματικό δείχνει μια συλλογή βιολογικών δειγμάτων από έναν ασθενή και την εφαρμογή τους στην περιοχή ανίχνευσης με βάση το γραφένιο ενός βιοαισθητήρα FET. Τα συμβάντα δέσμευσης που σχετίζονται με τον ιό SAR-CoV2 μπορούν να καταγραφούν από τον αισθητήρα σε πραγματικό χρόνο.

Ο Ahmed et al. ανέπτυξε μια αυτοσυναρμολογούμενη τεχνική για την ανάπτυξη ενός χειρόμορφου ανοσοαισθητήρα χρησιμοποιώντας νανοσωματίδια χρυσού και κβαντικές κουκκίδες. Οι κβαντικές κουκκίδες ζιρκονίου και τα μαγνητικά νανοσωματίδια συζεύχθηκαν με ειδικά αντισώματα για τον κορωνοϊό και αναμίχθηκαν. Παρουσία ενός ιικού στόχου, τόσο οι κβαντικές κουκκίδες όσο και τα νανοσωματίδια θα προσκολληθούν στον ιικό στόχο και θα αναπτύξουν μαγνητοπλασμονοφθορίζοντα νανουβρίδια, τα οποία ένας εξωτερικός μαγνήτης μπορεί να διαιρέσει. Η συγκέντρωση της αναλυόμενης ουσίας στη συνέχεια αποφασίστηκε με τον υπολογισμό της βεβαιότητας φθορισμού των αποκλίνων νανοϋβριδίων. Αυτή η διαδικασία ανίχνευσης έχει όριο ανίχνευσης 79,15 EID/50 μl [2, 5, 10].

3.1.5. Βιοαισθητήρας με βάση το απταμερές

Λόγω της ισχυρής μεθόδου διαλογής, τα απταμερή μπορούν να ανιχνεύσουν ιικά γονίδια, πρωτεΐνες ή οποιουσδήποτε άλλους δείκτες ιογενούς μόλυνσης. Προσαρμόζοντας τις ανεπτυγμένες δοκιμασίες, οι αισθητήρες που βασίζονται σε απταμερή μπορούν να διακρίνουν μεταξύ μολυσμένων και μη μολυσμένων κυττάρων ξενιστών ή ενεργών και ανενεργών ιικών μορφών. Λόγω των ιδιοτήτων τους, η ανίχνευση με βάση το απταμερές έχει σημαντικά οφέλη έναντι των αντισωμάτων, συμπεριλαμβανομένης της υψηλής ανθεκτικότητας σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών και καταστάσεων, της απλής σύνθεσης μέσω μιας συστηματικής εξέλιξης προσδεμάτων με μέθοδο εκθετικού εμπλουτισμού (SELEX) και του εύκολου μετασχηματισμού σύμφωνα με τις ανάγκες της ανάλυσης [4].

Εικόνα 12. Ανίχνευση SARS-CoV και SARS-CoV-2 με χρήση βιοαισθητήρων που βασίζονται σε απταμερή.

Οι βιοαισθητήρες χρησιμοποιούν μηχανισμούς ανίχνευσης που βασίζονται σε αντισώματα και απταμερή. Τα απταμερή είναι πιο ανθεκτικά, πιο οικονομικά και συντίθενται πιο γρήγορα από τα αντισώματα. Τα απταμερή, επίσης γνωστά ως «χημικά αντισώματα» ή «τεχνητά αντισώματα», συχνά αναλογίζονται με αντισώματα όσον αφορά την κρίσιμη ιδιαιτερότητά τους προς τους στόχους τους. Μερικά απταμερή έχουν απομονωθεί στον SARS-CoV-2 και έχουν ενσωματωθεί σε πλατφόρμες απτααισθητοποίησης [7].

Τα απταμερή είναι ολιγονουκλεοτιδικές αλληλουχίες που μπορούν να σχεδιαστούν για να αναγνωρίζουν και να συνδέονται με διαφορετικά βιομόρια συγκεκριμένα:

• ελαττωματικά μόρια όπως αμινοξέα, νουκλεοτίδια και αντιβιοτικά.
• 67, 68 μακρομόρια όπως νουκλεϊκά οξέα και πρωτεΐνες.
• 69 και ακόμη και επιφανειακό επίτοπο που φέρει ολόκληρα βακτήρια, ιούς70 και άλλα κύτταρα.

Τα απταμερή σχηματίζουν μοναδικές τρισδιάστατες (3D) δομές ενώ στερεώνονται ειδικά σε αναλυτές. Αυτά μπορούν να μοντελοποιηθούν γρήγορα και μπορούν να ακινητοποιηθούν σταθερά στην επιφάνεια των βιοαισθητήρων. Οι βιοαισθητήρες που βασίζονται σε απταμερή (aptasensors) μπορούν να ανιχνεύσουν ποσοτικά τους αναλυτές στόχους υπολογίζοντας το σήμα που αναπτύχθηκε από τις συζευγμένες χημικές και/ή βιοχημικές επιφανειακές αλληλεπιδράσεις. Τα απταμερή έχουν θεωρηθεί ως ένα πολλά υποσχόμενο διαγνωστικό εργαλείο για την ανίχνευση ιών [7].

Οι απτασητήρες είναι βιοαισθητήρες βασισμένοι σε απταμερή που έχουν σχεδιαστεί για να εξερευνούν και να ποσοτικοποιούν βιομόρια στοχευόμενης αναλυόμενης ουσίας μέσω διακριτών βιοχημικών αντιδράσεων που σχετίζονται με έναν ποσοτικοποιήσιμο μηχανισμό παραγωγής σήματος. Η ανταλλαγή συγκεκριμένων απταμερών με βιομόρια-στόχους αντιπροσωπεύει τη βιοαναγνώριση και σύλληψη του γεγονότος, το οποίο επιπλέον μετατρέπεται σε ένα αναλογικό σήμα. Οι απτασητήρες που αναφέρθηκαν πρόσφατα για την ανίχνευση του SARS-CoV-2 μπορούν να χωριστούν ευρέως σε δύο κατηγορίες με βάση τη φύση της μεταγωγής σήματος: οπτικούς και ηλεκτροχημικούς απτααισθητήρες [7].

3.2. Δοκιμή σημείου φροντίδας

Οι δοκιμές Point-of-Care, όπως ορίζονται από το Κέντρο Ελέγχου και Πρόληψης Νοσημάτων, είναι «διαγνωστικές εξετάσεις που εκτελούνται στον ή κοντά στο μέρος όπου συλλέγεται ένα δείγμα και παρέχουν αποτελέσματα εντός λεπτών και όχι ωρών. Αυτές μπορεί να είναι δοκιμές ενίσχυσης νουκελικού οξέος (NAAT), αντιγόνου ή αντισωμάτων.» [18].

Η αγορά μολυσματικών ασθενειών με δοκιμές σημείου φροντίδας (POCT) αντιπροσωπεύει μια ευοίωνη και ουσιαστική αύξηση στα παγκόσμια in-vitro διαγνωστικά (IVD) του κλάδου. Η αυξανόμενη εξάπλωση του ιού της ανθρώπινης ανοσοανεπάρκειας (HIV), της φυματίωσης (ΤΒ) και της ελονοσίας στις αναπτυσσόμενες χώρες και ο κίνδυνος εμφάνισης και επανεμφάνισης μολυσματικών ασθενειών όπως το αναπνευστικό σύνδρομο της Μέσης Ανατολής (MERS), το σοβαρό οξύ αναπνευστικό σύνδρομο (SARS), Ο ΖΙΚΑ, μια ποικιλία στελεχών της γρίπης και ο ιός του Δυτικού Νείλου είναι παράγοντες που ενισχύουν την ανάγκη για POCT [6].
Οι μεταδοτικές ασθένειες αποτελούν σημαντική απειλή για την ανθρώπινη υγεία και οδηγούν σε περισσότερους από τους μισούς θανάτους παγκοσμίως. Επιπλέον, οι ευρέως διαδεδομένες μεταδοτικές ασθένειες έχουν αυξήσει συνεχώς τα ποσοστά θνησιμότητας στις αναπτυσσόμενες χώρες. Ο πιο αποτελεσματικός τρόπος περιορισμού της επιδημίας είναι η έγκαιρη διάγνωση, η οποία είναι δύσκολο να χρησιμοποιηθούν κοινές προσεγγίσεις λόγω του ακριβού και εκτεταμένου εξοπλισμού, των ειδικών και της αργής παραγωγής δεδομένων. Έτσι, οι γρήγορες μέθοδοι POCT είναι απαραίτητες για την υπέρβαση αυτών των επιβαρύνσεων με τη σμίκρυνση και τη μείωση του κόστους της συσκευής και την παροχή προσβάσιμων, γρήγορων, εύχρηστων διαγνωστικών εξετάσεων χωρίς εξειδικευμένη εκπαίδευση [6].

Η δοκιμή POC επιτρέπει τη διάγνωση μολυσμένων ατόμων χωρίς αποστολή δειγμάτων ασθενών σε εργαστήρια. Αυτό είναι εξαιρετικά σημαντικό για μέρη ή κατοίκους που δεν διαθέτουν την κατάλληλη εργαστηριακή υποδομή για τη δοκιμή δειγμάτων. Το βασικό μέρος της δοκιμής PoC είναι ο βιοαισθητήρας, ο οποίος χρησιμοποιείται για την επίτευξη βιοχημικής ανάλυσης για την ανίχνευση του παθογόνου.

Τα πλεονεκτήματα της χρήσης της δοκιμής PoC είναι [4].

1. ελάχιστη κατάσταση χώρου για δοκιμή και αποθήκευση.
2. ανάλυση ευρείας κλίμακας.

• Η δοκιμή μπορεί να πραγματοποιηθεί σε διάφορες τοποθεσίες.

1. προσαρμόσιμο στην κάλυψη διαφόρων ιατρικών αναγκών.

Εικόνα 13. Σχηματική απεικόνιση της ποσοτικής αξιολόγησης του SARS-CoV-2 με χρήση του απτααισθητήρα που βασίζεται σε SERS. (α) Αφού τα προϊόντα λύσης SARS-CoV-2 απελευθερώσουν τις πρωτεΐνες-στόχους ακίδας, αυτές αναγνωρίζονται από τα DNA απταμερών στις επιφάνειες του νανοοποκορνίου Au. Τα συνδεδεμένα με την πρωτεΐνη S απταμερή απομακρύνονται από τις επιφάνειες του νανοποκόκορν Au, οδηγώντας σε μειωμένη ένταση κορυφής Raman των ανταποκριτών Cy3. (β) Τα DNA απταμερών με επισήμανση Cy3 υβριδοποιούνται με DNA σύλληψης στο υπόστρωμα νανοποκορν Au. Τα εσωτερικά πρότυπα 4-MBA ακινητοποιούνται μαζί με DNA απταμερών στο υπόστρωμα νανοποκόκορν Au. (γ) Η αναγνώριση της πρωτεΐνης SARS-CoV-2 S προκαλεί μια διαμορφωτική αλλαγή των απταμερών DNA, επιτρέποντας στα DNA απταμερών να συνδεθούν με το RBD στην πρωτεΐνη ακίδας.

Ένα από τα πιο ελκυστικά POCT είναι αυτά που βασίζονται στους κολομετρικούς βιοαισθητήρες καθώς επιτρέπουν την ανίχνευση της αναλυόμενης ουσίας μέσω εύκολων αλλαγών χρώματος που είναι παρατηρήσιμες στο μη υποβοηθούμενο μάτι [5].

Εικόνα 14: Χρωματομετρική ανίχνευση ιού με βάση νανοσωματίδια. Αυτό το σχήμα απεικονίζει τον μηχανισμό με τον οποίο ο ιός προκαλεί συσσώρευση νανοσωματιδίων, οδηγώντας σε αλλαγή χρώματος από κόκκινο σε μοβ.

Οι Kim et al. δημιούργησε μια χρωματομετρική ανάλυση που χρησιμοποιεί νανοσωματίδια χρυσού για την ανίχνευση του ιού MERS-CoV. Πρότειναν μια χρωματομετρική ανάλυση που βασίζεται σε μια εκτεταμένη δομή δικλωνικού DNA (dsDNA) αυτοσυναρμολογούμενου θωρακισμένου χρυσού. Αυτή η ανάλυση χρησιμοποιεί δύο ανιχνευτές τροποποιημένους με θειόλη και νανοσωματίδια νανοσωματιδίων χρυσού (AuNPs) με κάλυψη με κιτρικό άλας (AuNPs) υπό θετικό ηλεκτρολύτη (π.χ. 0,1 M MgCl2) [5, 6].

Η χρωματομετρική δοκιμή με βάση νανοσωματίδια χρυσού δημιουργεί ένα διάλυμα νανοσωματιδίων χρυσού που συλλέγει τον ιό και δείχνει μια παρατηρήσιμη αλλαγή χρώματος στο υγρό. Αυτό δίνει ένα γρήγορο τεστ για τον COVID-19 γυρίζοντας το χρώμα των νανοσωματιδίων χρυσού. Αυτή η δοκιμή χαμηλού κόστους δρα πολύ καλύτερα από τις άλλες διαγνωστικές τεχνικές, παρόμοια με τις τυπικές δοκιμές PCR. Το κύριο πλεονέκτημα αυτής της δοκιμής είναι ότι τα νανοσωματίδια χρυσού εμφανίζουν συγκεκριμένα χρώματα επειδή απορροφούν συγκεκριμένα μήκη κύματος. Στα νανοσωματίδια χρυσού, μετράται το δείγμα που περιέχει SARS-CoV-2, με αποτέλεσμα τη συσσώρευση του ιού και προκαλεί μετασχηματισμό στο ύψος απορρόφησης που οδηγεί σε αλλαγή του χρώματος του διαλύματος. Αυτή η αλλαγή στο χρώμα θα είναι παρατηρήσιμη με γυμνό μάτι και το μειονέκτημα είναι ότι είναι εφικτή μόνο όταν το φορτίο του ιού είναι πολύ υψηλό [12].
Οι ανιχνευτές συζευγνύονται με AuNPs μέσω σημαντικών ανταλλαγών Au-S. Ελλείψει στόχου, το σύνολο των AuNPs (σε θετικό ηλεκτρολύτη) οδηγεί σε αλλαγή χρώματος, είτε οραματιζόμενη με γυμνό μάτι είτε ανιχνεύεται με μετατόπιση εντοπισμού επιφανειακού συντονισμού πλασμονίου (LSPR). Ωστόσο, η ύπαρξη ιικού στόχου προκαλεί ολοκληρωμένη αυτοσυναρμολόγηση δίκλωνου DNA, ελέγχοντας τη συσσώρευση νανοσωματιδίων χρυσού στην ύπαρξη θετικών ηλεκτρολυτών, αποθαρρύνοντας τη μετατόπιση των οπτικών ιδιοτήτων των AuNPs [5, 6].

Το πιθανό όριο ανίχνευσης αυτής της ανάλυσης είναι 1 pmol μl−1, επιτρέποντας την ανίχνευση μικρότερων ποσοτήτων του ιικού στόχου. Επιπλέον, η χρήση τέτοιου είδους χρωματομετρικής ανάλυσης επιτρέπει τη χαμηλού κόστους και γρήγορη διάγνωση της νόσου χωρίς την απαίτηση για εξελιγμένα εργαλεία [5].

3.3. Αλληλουχία στόχων νανοπόρων (NTS)

Η μέθοδος μεταγονιδιώματος νανοπόρου (NTS) έχει αποδειχθεί ότι ανιχνεύει αναπνευστική βακτηριακή λοίμωξη και ιούς άμεσα από κλινικά δείγματα. Επιπλέον, τα παθογόνα και τα γονίδια ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά μπορούν να αναγνωριστούν σε αρκετές ώρες, πολύ πιο γρήγορα από τις συμβατικές διεργασίες καλλιέργειας ως η παραγωγή δεδομένων σε πραγματικό χρόνο των προσδιοριστών αλληλουχίας νανοπόρου. Επιπλέον, η αλληλουχία νανοπόρων χρησιμοποιήθηκε για να κατευθύνει τις αλληλουχίες στο μεταγραφικό του SARS-CoV-2. Η μέθοδος NTS ανιχνεύει ταυτόχρονα τον SARS-CoV-2 και δέκα άλλους αναπνευστικούς ιούς μέσα σε μόλις 6–10 ώρες. Ως εκ τούτου, είναι κατάλληλο για την τρέχουσα διάγνωση του COVID-19. Ωστόσο, το πλαίσιο μπορεί να επεκταθεί για τη διάγνωση άλλων ιών και παθογόνων παραγόντων. Το NTS βασίζεται στην ενίσχυση 11 σχετιζόμενων με τον SARS-CoV-2 και εξαιρετικών θραυσμάτων γονιδίου (π.χ. orf1ab) χρησιμοποιώντας ένα εσωτερικό πρωτεύον πλαίσιο που ακολουθείται από αλληλούχιση του ενισχυμένου θραύσματος σε μια πλατφόρμα νανοπόρων. Αυτή η εργασία χρησιμοποιεί μια πλατφόρμα νανοπόρου για τον προσδιορισμό της αλληλουχίας για την αλληλουχία μεγάλων θραυσμάτων νουκλεϊκού οξέος και την ταυτόχρονη ανάλυση της παραγωγής δεδομένων σε πραγματικό χρόνο. Αυτό επιτρέπει την επαλήθευση των λοιμώξεων SARS-CoV-2 μέσα σε λίγα λεπτά από τον προσδιορισμό της αλληλουχίας χαρτογραφώντας τις αναγνώσεις αλληλουχίας στο γονιδίωμα SARS-CoV-2 και αναλύοντας την πρωτοτυπία, την εγκυρότητα και την ακολουθία αριθμών ανάγνωσης της ακολουθίας εξόδου [16, 17].

4. Προκλήσεις και περιορισμοί της νανοτεχνολογίας στον COVID-19

Τα συστήματα που βασίζονται στη νανοτεχνολογία, παρά τα πλεονεκτήματά τους, αντιμετωπίζουν πολλαπλά εμπόδια πριν μπορέσουν να παρουσιαστούν με ασφάλεια στην αγορά. Τα πιο συνηθισμένα προβλήματα είναι:

1. Επεκτασιμότητα και κόστος παραγωγής
2. ,Πνευματικές και ρυθμιστικές ιδιότητες
3. Πιθανή τοξικότητα και περιβαλλοντικές επιπτώσεις.

Ορισμένα προβλήματα στις εφαρμογές της νανοτεχνολογίας πρέπει να αντιμετωπιστούν προτού υιοθετηθούν ευρέως στο σύστημα υγειονομικής περίθαλψης. Το πρωταρχικό καθήκον θα είναι η διασφάλιση της ασφάλειας των νανοϋλικών μέσω in vitro μελετών για τη βιοσυμβατότητά τους. Η μοίρα των νανοϋλικών μπορεί να μετατραπεί στο σώμα όταν ταξιδεύουν μέσω του αίματος λόγω του σχηματισμού της πρωτεΐνης κορώνα. Ως εκ τούτου, οι in vivo μελέτες πρέπει να εκτελεστούν προσεκτικά για να κατανοήσουμε καλύτερα την τοξικότητα των νανοσωματιδίων στο σώμα. Λόγω περιορισμών, γενικά πρωτόκολλα έχουν χρησιμοποιηθεί για κατηγοριοποίηση σε πρώιμο στάδιο έρευνας και ανάπτυξης που υπολογίζουν εσφαλμένα τις πιθανότητες αποτυχιών στην κλινική μετάφραση της θεραπείας που βασίζεται στη νανοτεχνολογία. Απαιτείται στενότερη συνεργασία μεταξύ ρυθμιστικών φορέων, ειδικών στην επιστήμη των υλικών, τη φαρμακολογία και την τοξικολογία για να ξεπεραστούν άλλοι περιορισμοί [10].

---

Τεστ LO 3.2

---

βιβλιογραφικές αναφορές

1. Abdelhamid H., and Badr G.
2. (2021). Nanobiotechnology as a platform for the diagnosis of COVID‐19: a review. Nanotechnology for Environmental Engineering 6:19 https://doi.org/10.1007/s41204-021-00109-0.
3. Ahmed SR., Nagy É., and Neethirajan S. (2017). Self-assembled star-shaped chiroplasmonic gold nanoparticles for an ultrasensitive chiro- immunosensor for viruses RSC Adv. 7 40849–57
4. Alhalaili B., Popescu I.N., Kamoun O., Alzubi F., Alawadhia S., Vidu R. (2020). Nanobiosensors for the detection of novel coronavirus 2019-nCoV and other pandemic/Epidemic Respiratory viruses: A review. Sensors, 20, 6591.
5. Gupta R., Sagar P., Priyadarshi N., Kaul S., Sandhir R., Rishi V. and Singhal N.K. (2020). Nanotechnology-Based Approaches for the Detection of SARS-CoV-2. Front. Nanotechnol. 2:589832. doi: 10.3389/fnano.2020.589832
6. Jindal S., and Gopinath P. (2020). Nano Ex. 1 022003
7. Kim H.,Park M.,Hwang J.,Kim J.H., Chung D-R., Lee Kand Kang M. (2019). Development of label-free colorimetric assay for MERS-CoV using gold nanoparticles ACS Sens.
8. Mandal M., Dutta N., and Dutta G. (2021). Aptamer-based biosensors and their implications in COVID-19 diagnosis. Anal. Methods, 2021, 13, 5400
9. Ozmen E., Kartal E., Turan M., Yazicioglu A., Hiazi J., and Qureshi A. (2021). Graphene and carbon nanotubes interfaced electrochemical nanobiosensors for the detection of SARS-CoV-2 (COVID-19) and other respiratory viral infections: A review. Materials Science & Engineering C 129 (2021) 112356
10. Pradhan A., Lahare P., Sinha P., Singh N., Gupta B., Kuca K., Ghosh K.K., Krejcar O. (2021). Biosensors as Nano-Analytical Tools for COVID-19 Detection. Sensors 2021, 21,7823. https://doi.org/10.3390/ s21237823
11. Rai M., Bonde S., Yadav A., Bhowmik A., Rathod S., Ingle P., Gade A. (2021). Nanotechnology as a Shield against COVID-19: Current Advancement and Limitations. Viruses 2021,13,1224. https:// doi.org/10.3390/v13071224
12. Satvekar R. (2021). Electrochemical nanobiosensors perspectives for COVID 19 pandemic.  J. Electrochem. Sci. Eng. 00(0) (2021) 000-000; http://dx.doi.org/10.5599/jese.1116
13. Tavakol S., Zahmatkeshan M., Mohammadinejad R., Mehrzadi S., Joghataei M., Alavijeh M., Seifalian A. (2021). The role of nanotechnology in current COVID-19 outbreak. Heliyon 7, e06841
14. Thevenot D.R., Toth K., Durst R.A., Wilson G.S., Biosens. (2001). Bioelectron. 16:121–131.
15. Torrente-Rodríguez R.M., Lukas H., Tu J., Min J., Yang Y., Xu C., Rossiter H.B., Gao W., (2020). Matter. 3: 1981–1998.
16. Varghese R., Salvi S., Sood P., Karsiya J., Kumar D. (2021). Carbon nanotubes in COVID-19: A critical review and prospects. Colloid and Interface Science Communications 46: 100544
17. Wang M., Fu A., Hu B., Tong Y., Liu R., et al. (2020). Nanopore target sequencing for accurate and comprehensive detection of SARS-CoV-2 and other respiratory viruses. medRxiv.
18. Waris A., Ali M., Khan AU., Ali A. (2020). Baset A. Role of nanotechnology in diagnosing and treating COVID-19 during the Pandemic. Int J Clin Virol. 2020; 4: 065-070.
19. https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/lab/point-of-care-testing.html

Περίληψη

Η νέα γενιά νανο-φορέων υπόσχεται αποτελεσματική παράδοση φαρμάκων και εμβολίων στους στόχους τους με σημαντικά χαμηλότερο κίνδυνο για ανεπιθύμητες ενέργειες, ρύθμιση των ανοσολογικών αντιδράσεων σε αυτο και μη αντιγόνα και ανάπτυξη ευαίσθητων τεχνολογιών απεικόνισης για έγκαιρη ανίχνευση των ανθρώπινων ασθενειών. Ο COVID-19 ήταν (και είναι επί του παρόντος) μια πρόκληση για την ιατρική καθώς και για την επιστήμη. Νέοι βιοαισθητήρες, διαγνωστικές συσκευές, αντιιικά φάρμακα και εμβόλια που βασίζονται στη νανοτεχνολογία έχουν αναπτυχθεί ή επαναχρησιμοποιηθεί για την καταπολέμηση της σύγχρονης πανδημίας. Το ξέσπασμα του SARS-CoV-2 ώθησε τους τομείς έρευνας και ανάπτυξης να συνεργαστούν για να δημιουργήσουν νέους, ευέλικτους και αποτελεσματικούς τρόπους πρόληψης και θεραπείας ανθρώπινων ασθενειών που είναι πιθανό να συνεχίσουν την ταχεία ανάπτυξή τους πέρα από την παρούσα κατάσταση πανδημίας.

Λέξεις-κλειδιά: COVID-19, αντιικά, μονοκλωνικά αντισώματα, εμβόλια, νανοτεχνολογία

1. SARS-CoV-2 και COVID-19 – μια επισκόπηση της προέλευσης μιας σύγχρονης πανδημίας και της επίδρασής της στη σκέψη στην έρευνα και την κλινική ιατρική

Η ανθρώπινη μόλυνση με SARS-CoV-2 εμφανίστηκε ως ζωονοσογόνος μετάδοση μήνες πριν από το πρώτο αναφερόμενο κρούσμα στις αρχές Δεκεμβρίου 2019 [69]. Στις 31 Δεκεμβρίου 2019, ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας (ΠΟΥ) ενημερώθηκε για έναν ταχέως αυξανόμενο αριθμό περιπτώσεων πνευμονίας άγνωστης ακόμη προέλευσης στην πόλη Γουχάν της Κίνας. Ο αιτιολογικός παράγοντας αναγνωρίστηκε από τις τοπικές αρχές στις 7 Ιανουαρίου 2020 ως άγνωστο μέχρι στιγμής μέλος της οικογένειας των βήτα-κορωνοϊών. Στα τέλη Ιανουαρίου 2020, ο Γενικός Διευθυντής του ΠΟΥ Δρ Tedros Adhanom Ghebreyesus δήλωσε ότι το ξέσπασμα του νέου κοροναϊού είναι μια έκτακτη ανάγκη για τη δημόσια υγεία διεθνούς ανησυχίας [https://www.who.int/news/item/30-01-2020- δήλωση-στη-δεύτερη-σύσκεψη-του-διεθνούς-υγειονομικού-κανονισμού-(2005)-επιτροπή-έκτακτης ανάγκης-σχετικά με το ξέσπασμα-του-νέου-coronavirus-(2019-ncov)]. Αξιοσημείωτο είναι ότι αυτή τη στιγμή υπήρχαν συνολικά περίπου 100 κρούσματα και ακόμη κανένας θάνατος, αλλά ο ιός έχει καταφέρει να εξαπλωθεί σε σχεδόν 20 χώρες εκτός Κίνας. Η έρευνα για τις δυνατότητες ανάπτυξης αιτιολογικής θεραπείας και πρόληψης ξεκίνησε αμέσως, ενώνοντας τις προσπάθειες κλινικών ιατρών, μελετητών και βιοτεχνολογικών και φαρμακευτικών εταιρειών.

Ο COVID-19 ήταν (και είναι επί του παρόντος) μια πρόκληση για την ιατρική καθώς και για την επιστήμη. Ωστόσο, είναι επίσης μια ευκαιρία να μάθουμε (για άλλη μια φορά) από τη Φύση για την απεριόριστη ποικιλία μηχανισμών εξέλιξης, την αιτιώδη σχέση μεταξύ των αλλαγών που συμβαίνουν σε νανο-και μικροκλίμακα και το μέγεθος των επιπτώσεων που μπορεί να έχουν στον μακρόκοσμο. Αυτή η σύγχρονη πανδημία ώθησε τους τομείς έρευνας και ανάπτυξης να συνεργαστούν για να δημιουργήσουν νέους, ευέλικτους και αποτελεσματικούς τρόπους πρόληψης και θεραπείας ανθρώπινων ασθενειών που είναι πιθανό να συνεχίσουν την ταχεία ανάπτυξή τους πέρα από την παρούσα επιδημία. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η ανάπτυξη εμβολίων φορέα και mRNA. Μέχρι το τέλος του 2019 υπήρχε, στην καλύτερη περίπτωση, ένα εμβόλιο φορέα εγκεκριμένο για χρήση σε ανθρώπους (rVSV-ZEBOV ή Ervebo, από τη Merck) και κανένα εγκεκριμένο εμβόλιο mRNA, αν και οι πρώτες κλινικές δοκιμές για ένα εμβόλιο mRNA κατά της λύσσας ξεκίνησαν το 2013.

Το χρονοδιάγραμμα ανάπτυξης των εμβολίων κατά του SARS-CoV-2 είναι, πράγματι, εντυπωσιακό, αλλά όχι επειδή αναπτύχθηκαν «πολύ γρήγορα», αλλά επειδή προφανώς όλη η γνώση ήταν ήδη εκεί και «μια μεγάλη ώθηση» ήταν το μόνο που χρειαζόταν για να εφεύρουν νέους τύπους εμβολίων που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν με ασφάλεια και αποτελεσματικότητα για την πρόληψη σοβαρών ασθενειών σε εκατομμύρια ανθρώπους. Το ίδιο ισχύει και για την ανάπτυξη ασφαλών και αποτελεσματικών φαρμάκων κατά του COVID-19. Τα αντιιικά φάρμακα που έχουν δείξει σημαντικά αποτελέσματα στη θεραπεία ασθενών με COVID-19 σήμερα (remdesivir, favipiravir και άλλα) είναι, στην πλειονότητά τους, επαναχρησιμοποιημένα φάρμακα που είχαν δοκιμαστεί προηγουμένως στη θεραπεία άλλων ιογενών ασθενειών. Έτσι, η καινοτομία των σημερινών θεραπειών κατά του COVID δεν έγκειται ακριβώς στην αρχή της δράσης τους στους στόχους τους, αλλά στον τρόπο με τον οποίο αντιμετωπίζονται αυτοί οι στόχοι.

2. Ανάπτυξη ευέλικτων πλατφορμών μεταφοράς νανοκλίμακας

Οι καλά δοκιμασμένες συντηρητικές θεραπείες λειτουργούν, πολύ γενικά, διαποτίζοντας το περιβάλλον των ζωντανών κυττάρων με ένα φάρμακο, έτσι ώστε η πιθανότητα δέσμευσής του με τον στόχο (π.χ. έναν κυτταρικό υποδοχέα) αυξάνεται σημαντικά. Η πλειονότητα των φαρμάκων εισέρχεται στα ζωντανά κύτταρα μέσω μιας αλληλεπίδρασης υποδοχέα-συνδέτη. Καθώς οι υποδοχείς ενός συγκεκριμένου τύπου εκφράζονται σε περισσότερους από έναν τύπους κυττάρων και ο ίδιος δεσμευτής φαρμάκου μπορεί να συνδεθεί με περισσότερους από έναν τύπους υποδοχέων, υπάρχει ένας (μερικές φορές σημαντικός) κίνδυνος για ανεπιθύμητες ενέργειες που σχετίζονται με τις επιδράσεις του φαρμάκου στους ιστούς διαφορετικό από τον ιστό-στόχο. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για κυτταροστατικά και ψυχιατρικά φάρμακα. Έτσι, οι ασφαλείς και αποτελεσματικές φαρμακευτικές θεραπείες (και τα εμβόλια, εν προκειμένω) δεν εξαρτώνται μόνο από τη δραστική ουσία του φαρμάκου αλλά και από τον φορέα του και τον τρόπο που αυτός ο φορέας αλληλεπιδρά με τον ιστό στόχο.

Η νανοτεχνολογία είναι… « ο χειρισμός της ύλης σε σχεδόν ατομική κλίμακα για την παραγωγή νέων δομών, υλικών και συσκευών… με χρήση υλικών με κλίμακα μήκους μεταξύ 1 και 100 νανόμετρα…με μέγεθος που τα υλικά αρχίζουν να παρουσιάζουν μοναδικές ιδιότητες που επηρεάζουν τις φυσικές [τους] , χημική και βιολογική συμπεριφορά », σύμφωνα με τον ορισμό που παρέχεται από το Κέντρο Ελέγχου Νοσημάτων (CDC) στην Ατλάντα των ΗΠΑ: https://www.cdc.gov/niosh/topics/nanotech/default.html#:~:text=Nanotechnology%20is%20the%20manipulation%20of,new%20structures%2C%20materials%20and%20devices.&text=Nanotechnology%20refers%20to%20engineered%20structures,between%201%20and%20100%20nanometers.

Το μέγεθος (συγκρίσιμο με το μέγεθος των βιολογικών μακρομορίων) και η σημαντική αναλογία επιφάνειας προς όγκο των σωματιδίων νανοκλίμακας αυξάνει τη διαλυτότητά τους και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη ρύθμιση του διαχωρισμού των νανοφορέων φορτωμένων με βιοδραστικές ουσίες σε διαφορετικά κύτταρα και διαμερίσματα ιστού (ανάλογα με το επιθυμητό αποτέλεσμα). Η νέα παραγωγή νανοφορέων για φαρμακευτικά προϊόντα για ανθρώπινη χρήση διασφαλίζει την αποτελεσματική παράδοση των δραστικών ουσιών στον στόχο με σημαντικά χαμηλότερο κίνδυνο για ανεπιθύμητες ενέργειες. Η νανοτεχνολογία μπορεί να προσφέρει τρόπους για να ξεπεραστούν τα εμπόδια που παρέχει η φύση, προκειμένου να βελτιωθεί η διείσδυση των φαρμάκων σε ορισμένες θέσεις-στόχους (π.χ. ο αιματοεγκεφαλικός φραγμός), να ρυθμιστούν οι ανοσολογικές αντιδράσεις σε αυτο και μη αντιγόνα και μπορεί να βοηθήσει στην ανάπτυξη ευαίσθητες τεχνολογίες απεικόνισης για την έγκαιρη ανίχνευση ανθρώπινων ασθενειών. Υπάρχουν επίσης πολλές άλλες εφαρμογές της νανοτεχνολογίας στη σύγχρονη έρευνα και ανάπτυξη, μερικές από τις οποίες μπορούν να προβληθούν στο Σχ. 1\

Σχήμα 1. Μερικές από τις εφαρμογές της νανοτεχνολογίας στη σύγχρονη έρευνα και ανάπτυξη.

Το μέγεθος των περισσότερων ιών μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ 20 και 250 nm, γεγονός που καθιστά την τεχνολογία που βασίζεται στη νανοτεχνολογία μια εξαιρετική επιλογή για τους σκοπούς της έρευνας κατά των ιών.

Ο SARS-CoV-2 έχει υψηλό δυναμικό μολυσματικότητας (συγκρίσιμο με τη μολυσματικότητα του ιού της γρίπης και της ιλαράς). Η απεικόνιση ρεντογόνου, η ηλεκτρονική τομογραφία και οι εργαστηριακές εξετάσεις (μοριακής βιολογίας) χρησιμοποιούνται συνήθως για να βοηθήσουν τον έλεγχο για λοιμώξεις και την κλινική διάγνωση του COVID-19. Τα ευρήματα ακτίνων Χ και αξονικής τομογραφίας που θεωρούνται «τυπικά» για τον COVID-19 (διάσπαρτες ενδιάμεσες αλλαγές, «αδιαφάνεια σαν γυαλί») υστερούν σημαντικά από την έναρξη των συμπτωμάτων και μπορεί να επιμείνουν μετά τη βελτίωση της κλινικής κατάστασης. Κάπως παράδοξα, το πρώτο εργαστηριακό τεστ που αναπτύχθηκε για τον COVID-19 ήταν το εξαιρετικά ευαίσθητο αλλά επεξεργασμένο, δαπανηρό και χρονοβόρο τεστ RT-PCR. Οι δοκιμές που βασίζονται σε PCR για την ανίχνευση ασθενειών είναι, στην ουσία, συσκευές δοκιμών που βασίζονται στη νανοτεχνολογία (αν και η τεχνολογία χρονολογείται από τη δεκαετία του ’90 του ΧΧ αιώνα). Οι δοκιμές αντιγόνου για το SARS-CoV-2 (που είναι ένα άλλο παράδειγμα δοκιμών που βασίζονται στη νανοτεχνολογία) αναπτύχθηκαν αργότερα προκειμένου να επιταχυνθούν τα διαγνωστικά και να γίνουν εύκολα διαθέσιμα για ασθενείς και νοσηλευτές, αλλά εκτός από τους κοινούς περιορισμούς της χρήσης ρινοφαρυγγικών επιχρισμάτων και λαιμού , έχουν πρόσθετα προβλήματα, όπως η διαφορετική ευαισθησία και ειδικότητα από επωνυμία σε επωνυμία. Οι ορολογικές εξετάσεις (για την παρουσία IgG, IgM και, μερικές φορές, IgA) μπορεί να αποκαλύψουν παρούσες και προηγούμενες λοιμώξεις SARS-CoV-2, αλλά είναι λιγότερο εφαρμόσιμες για νέες λοιμώξεις, καθώς πρέπει να εκτελούνται με σημαντική καθυστέρηση από την έναρξη των συμπτωμάτων και μπορεί να είναι αναξιόπιστη στην περίπτωση προηγουμένως εμβολιασμένων συμπτωματικών ασθενών. Οι βιοαισθητήρες (άλλος τύπος συσκευών που βασίζεται στη νανοτεχνολογία) έχουν αναπτυχθεί για σκοπούς διάγνωσης σχετικά νωρίς (η πρώτη παρόμοια έκθεση από τους Seo et al. δημοσιεύθηκε τον Ιούνιο του 2020) [76] αλλά εξακολουθούν να είναι κυρίως για ερευνητική χρήση λόγω του υψηλού κόστους τους .

Το μέγεθος του ιού SARS-CoV-2 είναι περίπου 100 nm (μεσαίο εύρος). Έτσι, η δυνατότητα του COVID-19 ως στόχου για θεραπείες που βασίζονται σε νανοσωματίδια έχει εξεταστεί από την αρχή της πανδημίας. Μέχρι στιγμής, προσεγγίσεις βασισμένες στη νανοτεχνολογία έχουν αναπτυχθεί και δοκιμαστεί για τους σκοπούς της πρόληψης της μόλυνσης, της διάγνωσης και της θεραπείας του COVID-19.

Πολλές συσκευές βασισμένες στη νανοτεχνολογία έχουν αναπτυχθεί για την ευαίσθητη και ειδική ανίχνευση του COVID-19. Προς το παρόν, ενισχύουν τις προσεγγίσεις που χρησιμοποιούνται συνήθως με βάση τις δοκιμές RT-PCR και αντιγόνων. Ένας νέος βιοαισθητήρας που βασίζεται σε νανοσωματίδια χρυσού έχει προταθεί για την ανίχνευση του SARS-CoV-2 στον εκπνεόμενο αέρα [75, 78, 27]. Τα μαγνητικά νανοσωματίδια χρησιμοποιήθηκαν σε ένα εξειδικευμένο πρωτόκολλο εξαγωγής για τον SARS-CoV-2 [81, 97]. Κρύσταλλοι μεγέθους νανοκλίμακας με ιδιότητες ημιαγωγών (κοινώς γνωστοί ως κβαντικές κουκκίδες) έχουν χρησιμοποιηθεί επιτυχώς σε βιοαισθητήρα για την ανίχνευση αντιγόνου πρωτεΐνης νουκλεοκαψιδίου SARS-CoV-1 [70] και μπορούν κάλλιστα να χρησιμοποιηθούν για ανίχνευση του SARS-CoV-2 [40 ]. Θα μπορούσε να αναμένεται ότι οι συσκευές ανίχνευσης που βασίζονται σε νανοϋλικά, οι αισθητήρες, τα φάρμακα και τα εμβόλια θα είναι ο βασικός άξονας της διαχείρισης της πανδημίας στο άμεσο μέλλον [65, 50].

3. Νανο-βασισμένα συστήματα χορήγησης αντιιικών φαρμάκων

3.1. Συνθέσεις νανοτεχνολογίας – τύποι και πιθανές εφαρμογές στη θεραπεία ιογενών λοιμώξεων

Ένα νανοφαρμακευτικό είναι, εξ ορισμού, ένα υλικό με μέγεθος σωματιδίων στην κλίμακα νανοκλίμακας που έχει θεραπευτικές δυνατότητες. Τα νανοσωματίδια μπορεί να έχουν διαφορετικά σχήματα και χημικές συνθέσεις. Η δραστική ένωση στο νανοσωματίδιο μπορεί να διαλυθεί, να παγιδευτεί, να ενθυλακωθεί, να προσροφηθεί, να συζευχθεί ή να συνδεθεί χημικά, επομένως ο φορέας της δραστικής ένωσης αναφέρεται ως νανοφορέας. Μια σχηματική αναπαράσταση των κύριων τύπων νανοφορέων φαίνεται στο Σχ. 2.

Σχήμα 2. Τύποι νανοφορέων.

Οι πιο συνηθισμένοι τύποι νανοφορέων παρατίθενται εν συντομία παρακάτω. Ιδιαίτερη προσοχή δίνεται στα λιποσώματα, καθώς ήταν τα πρώτα και είναι, επί του παρόντος, ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος τύπος νανοφορέα φαρμάκου.

3.1.1. Νανοσκευάσματα με βάση τα λιπίδια

Τα λιπίδια είναι, μακράν, ο ασφαλέστερος τύπος φορέων. Είναι ευκολότερο και φθηνότερο στην παραγωγή, είναι βιοαποικοδομήσιμα, βιοσυμβατά, μη τοξικά και, γενικά, μη ανοσογόνα [61]. Τα λιπίδια στο σκεύασμα χρησιμοποιούνται μαζί με άλλους παράγοντες όπως τασιενεργά και διαλύτες. Συνήθως, τα νανοσκευάσματα που χρησιμοποιούνται με βάση τα λιπίδια περιλαμβάνουν λιποσώματα, στερεά λιπιδικά νανοσωματίδια (SLN), νανογαλακτώματα και νανοαιωρήματα.

Λιποσώματα

Τα λιποσώματα είναι κυστίδια στα οποία ένας υδατικός πυρήνας περικλείεται εξ ολοκλήρου από μια μεμβρανώδη λιπιδική διπλοστοιβάδα που αποτελείται από φυσικά ή συνθετικά φωσφολιπίδια. Ανάλογα με τη μέθοδο παρασκευής, τα λιπιδικά κυστίδια μπορεί να είναι πολυ-, ολιγο- ή μονοστρωματικά, που περιέχουν πολλά, λίγα ή ένα κέλυφος διπλής στιβάδας, αντίστοιχα. Η διάμετρος του κυστιδίου μπορεί να ποικίλλει ευρέως – μεταξύ 10 και 1000 nm.

Ο υδατικός πυρήνας των (συμβατικών) θεραπευτικών λιποσωμάτων πρώτης γενιάς περιείχε υδρόφιλη βιοδραστική ένωση. Τα λιποσώματα νεότερης γενιάς μπορεί επίσης να εγκλωβίσουν υδρόφοβες ενώσεις και μπορεί να φέρουν πρόσθετες τροποποιήσεις για την αύξηση του χρόνου κυκλοφορίας in vivo και για τη διασφάλιση στοχευμένης και χρονισμένης χορήγησης του φαρμακευτικού παράγοντα [37]. Μια σχηματική απεικόνιση των διαφορετικών τύπων λιποσωμάτων μπορεί να φανεί στην Εικόνα 3.

Εικόνα 3. Μια αναπαράσταση των διαφορετικών τύπων λιποσωμικών συστημάτων χορήγησης φαρμάκων.

Τα λιποσώματα παρασκευάζονται από ένα υδατικό διάλυμα φωσφολιπιδίων με μια ποικιλία μεθόδων: υπερήχων υπερήχων, αφυδάτωση-επανυδάτωση, εξάτμιση αντίστροφης φάσης, κύκλοι κατάψυξης-απόψυξης, εξώθηση κυστιδίων κ.λπ. [31]. Η προκύπτουσα αποτελεσματικότητα παγίδευσης μπορεί να είναι πολύ διαφορετική. Ο βέλτιστος έλεγχος του μεγέθους και της ελασματικότητας των λιποσωμάτων που προκύπτουν συνήθως επιτυγχάνεται με εξώθηση χρησιμοποιώντας φίλτρα με πόρους καθορισμένου μεγέθους. Η στόχευση των θεραπευτικών λιποσωμάτων στην επιθυμητή θέση επιτυγχάνεται με την προσθήκη προσδεμάτων στην επιφάνεια του κυστιδίου [37].

Τα λιποσώματα έχουν τα μειονεκτήματά τους ως νανοφορείς. Μεταξύ αυτών είναι η σχετικά χαμηλή ικανότητα φόρτωσης φαρμάκου και η αστάθειά τους, καθώς και ο πιθανός κίνδυνος ανοσογονικότητας λόγω διαφόρων πρόσθετων (π.χ. PEG3350) [11].

Επί του παρόντος, αρκετά λιποσωμικά σκευάσματα είναι σε κλινική χρήση. Μεταξύ των εφαρμογών είναι η στοχευμένη χορήγηση κυτταροτοξικών παραγόντων, οι ενδοφθάλμιες εφαρμογές, οι θεραπείες μετά την ακτινοβόληση για ασθενείς με εξαιρετική ευαισθησία στην υπεριώδη ακτινοβολία με παρασκευάσματα της ενδονουκλεάσης Τ4 V [95, 13, 49].

Τα λιποσώματα συζευγμένα με πολυαιθυλενογλυκόλη (PEG) χρησιμοποιούνται επί του παρόντος τόσο στα εμβόλια Comirnaty (Pfizer BioNTech) όσο και στα εμβόλια Spikevax (Moderna).

Νανοσωματίδια στερεών λιπιδίων (SLNs)

Τα SLNs αποτελούνται από μια στερεά λιπιδική μήτρα (τριγλυκερίδια, στεροειδή, λιπαρά οξέα, κεριά, κ.λπ.). Σε αντίθεση με τα λιποσώματα, τα SLN είναι βιομηχανικά επεκτάσιμα. Τα SLN έχουν ιστορικό χρήσης ως φορείς για μια ποικιλία αντιιικών φαρμάκων (ριτοναβίρη, μαραβιρόκ, δαρουναβίρη, εφαβιρένζη, ζιδοβουδίνη, λοπιναβίρη, ντολουτεγκραβίρη και άλλα – για λεπτομέρειες δείτε παρακάτω).

Μια μεταγενέστερη γενιά SLNs είναι οι νανοδομημένοι φορείς λιπιδίων (NSLCs). Σε αντίθεση με τα SLN, τα λιπίδια στα NSLC βρίσκονται σε υγρή κατάσταση, προσδίδοντας αυξημένη σταθερότητα και βελτιωμένο πρότυπο ελεγχόμενης απελευθέρωσης.

Νανογαλακτώματα

Τα νανογαλακτώματα (NE) είναι σφαιρικά μονοφασικά συστήματα που αποτελούνται από γαλακτωματοποιημένα έλαια, νερό και τασιενεργά. Τα NE έχουν υψηλή ικανότητα φόρτωσης, αυξημένη υδροφιλία και ενισχυμένη βιοδιαθεσιμότητα. Τα νανογαλακτώματα έχουν χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη σκευασμάτων αντι-HIV, όπως αναστολείς πρωτεάσης (σακουιναβίρη, ινδιναβίρη) [90].

Τα αυτο-νανογαλακτωματοποιούμενα συστήματα χορήγησης φαρμάκων (SNEDDS) είναι ένας άλλος τύπος σκευάσματος μονοφασικών συστημάτων ελαίου-νερού-επιφανειοδραστικού που χρησιμοποιούνται για φορείς υδρόφοβων φαρμάκων, όπως το φάρμακο NNRTI nevirapine (βλ. παρακάτω) [ Selvam and Kulkarni, 2014 ] . Μέχρι σήμερα, έχει αναπτυχθεί ένα νανογαλάκτωμα [68] και ένα εναιώρημα στερεών νανοσωματιδίων λιπιδίων [87] που περιέχουν το αντιικό φάρμακο favipiravir για στοχευμένη χορήγηση στο πνευμονικό επιθήλιο. Μέχρι στιγμής, τα αποτελέσματα που έχουν ληφθεί in vitro μελέτες είναι ενθαρρυντικά.

3.1.2. Νανοσκευάσματα με βάση πολυμερή

Μια ποικιλία φυσικών και συνθετικών πολυμερών μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρασκευή νανοσκευασμάτων. Τα υδρόφιλα πολυμερή μπορεί να περιλαμβάνουν ζελατίνη, αλβουμίνη, αλγινικό, δεξτράνη, χιτοζάνη, αγαρόζη και άλλα. Τα υδρόφοβα πολυμερή που χρησιμοποιούνται σε νανοσκευάσματα μπορεί να περιλαμβάνουν πολυγαλακτικό οξύ (PLA), πολυλακτίδιο-συν-γλυκολικό οξύ (PLGA), πολυστυρόλιο, πολυκαπρολακτόνη (PECL), πολυμεθακρυλικό (PMMA) και άλλα. Επιφανειακές τροποποιήσεις μπορούν να εισαχθούν προκειμένου να βελτιωθεί η φαρμακοκινητική, να μειωθεί η πιθανή ανοσογονικότητα και να εισαχθεί απελευθέρωση του φαρμάκου που προκαλείται από ερέθισμα ως απόκριση σε αλλαγές στο pH, τη θερμοκρασία και άλλα ερεθίσματα. Ειδικά πολυμερή που αναστέλλουν την P-gp και άλλες πρωτεΐνες ανθεκτικότητας σε πολλαπλά φάρμακα (MDR) έχουν αναπτυχθεί ειδικά για τους σκοπούς της ογκολογίας.

Τα νανοσκευάσματα που βασίζονται σε πολυμερή περιλαμβάνουν πολυμερή μικκύλια, πολυμερή στερεά νανοσωματίδια, νανοκάψουλες και νανοσφαίρες.

Πολυμερή μικκύλια

Τα πολυμερή μικκύλια είναι δομές νανο-μεγέθους κατασκευασμένες από αμφίφιλα συμπολυμερή, δομή (μονομερές) που αποτελείται από μια υδρόφοβη και μια υδρόφιλη υπομονάδα. Συνδέονται για να σχηματίσουν δομές με έναν υδρόφοβο πυρήνα και ένα υδρόφιλο κέλυφος που ονομάζεται μικκύλιο. Ο υδρόφοβος πυρήνας περιέχει φάρμακα με φτωχή υδατοδιαλυτότητα, ενώ το υδρόφιλο φορτίο φαρμάκου είναι υπεύθυνο για τη μεταφορά και τη στοχευμένη απελευθέρωση του φαρμάκου.

Τα υδρόφοβα πολυμερή που σχηματίζουν πυρήνα μπορεί να είναι πολυεστέρες, πολυκαπρολακτόνη, πολυ(1-αμινοξέα) και άλλα. Η πολυαιθυλενογλυκόλη είναι συνήθως το κύριο συστατικό του υδρόφιλου κελύφους. Έχουν δοκιμαστεί διάφορες τροποποιήσεις όπως η προσθήκη υπολειμμάτων σιαλικού οξέος στο υδρόφιλο κέλυφος. Σε μια μελέτη, το σιαλυλιωμένο εξωτερικό περίβλημα χρησιμοποιήθηκε για τη σύνδεση της αιμοσυγκολλητίνης του ιού της γρίπης προκειμένου να αποτραπεί η είσοδος του ιού [1].

Πολυμερικά νανοσωματίδια

Τα πολυμερή νανοσωματίδια μπορούν να κατασκευαστούν με μια ποικιλία φυσικών ή συνθετικών πολυμερών. Οι νανοκάψουλες είναι πολυμερή νανοσωματίδια που παγιδεύουν το φάρμακο στον πυρήνα τους. Όταν το φάρμακο προσροφάται στην επιφάνεια ή ενσωματώνεται στη μήτρα του νανοσωματιδίου, η δομή ονομάζεται νανοσφαίρα. Τα πολυμερή νανοσωματίδια έχουν χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη νεότερων σκευασμάτων αντι-HIV φαρμάκων, όπως η εφαβιρένζη, η λοπιναβίρη, η ριτοναβίρη και άλλα.

Συζεύγματα φαρμάκων πολυμερών

Τα συζυγή πολυμερών φαρμάκων αποτελούνται από ένα πολυμερές και ένα ομοιοπολικά συνδεδεμένο φάρμακο. Το φάρμακο είναι συνήθως ένα μικρό μόριο αλλά μπορεί να είναι μεγαλύτερο μόριο, π.χ. πρωτεΐνη. Οι περισσότερες εφαρμογές συζεύξεων πολυμερών φαρμάκων είναι στην κλινική ογκολογία (π.χ. daunorubicin, doxorubicin, methotrexate, melphalan) και στην οφθαλμολογία (π.χ. daunorubicin) [62, 20] αλλά και στην αντιική θεραπεία. Οι PEGylated ιντερφερόνες ήταν, για μεγάλο χρονικό διάστημα, η μόνη εξαιρετικά αποτελεσματική θεραπεία του HCV [17]. Τα συζεύγματα Zidovudine (AZT) παρουσιάζουν συνήθως μεγαλύτερους χρόνους ημιζωής στο πλάσμα από τα συμβατικά AZT [38]. Το 2018, οι Andersen et al. χρησιμοποίησε συμπολυμερές Ν-(2-υδροξυπροπυλ) μεθακρυλαμιδίου (PHPMA)-λευκωματίνης για τη χορήγηση ενός συνδυασμού αντι-HIV φαρμάκων ART σε πρωτογενή ανθρώπινα Τ κύτταρα με πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα.

Νανοκάψουλες

Μια νανοκάψουλα αποτελείται από έναν πυρήνα (όπου είναι παγιδευμένο το φάρμακο) και ένα κέλυφος. Οι νανοκάψουλες μπορούν να φορτωθούν με σημαντικά μεγαλύτερες ποσότητες φαρμάκου από τα λιποσώματα και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ελεγχόμενη και στοχευμένη χορήγηση φαρμάκου. Έχουν σχεδιαστεί νανοκάψουλες από πολυ(ισο-βουτυλοκυανοακρυλικό) πυρήνα, παγιδευτικό τριφωσφορικό AZT και κέλυφος πολυαιθυλενοϊμίνης.

Νανοσφαίρες

Οι νανοσφαίρες είναι σφαιρικές δομές όπου το φάρμακο δεν περικλείεται μέσα, αλλά είναι, μάλλον, διασκορπισμένο στη μήτρα. Οι νανοσφαίρες είναι μικρότερες σε μέγεθος από τις νανοκάψουλες και μπορεί να υποβληθούν σε ταχεία κάθαρση του φαρμάκου. Τοπικά σκευάσματα ακυκλοβίρης σε νανοσφαιρίδια έχουν δοκιμαστεί για τη θεραπεία λοιμώξεων που προκαλούνται από τον ιό του απλού έρπητα.

Υβριδικά νανοσκευάσματα λιπιδίου-πολυμερούς

Τις περισσότερες φορές, ένα μόνο φάρμακο δεν αρκεί για τη θεραπεία μιας ιογενούς λοίμωξης. Από την άλλη πλευρά, η συμμόρφωση του ασθενούς μειώνεται όταν ζητείται από τον ασθενή να πάρει περισσότερα από δύο φάρμακα. Έτσι, περισσότερα από ένα φάρμακα με διαφορετικές φυσικοχημικές ιδιότητες μπορεί να χρειαστεί να χορηγηθούν με ένα μόνο όχημα χορήγησης. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας υβριδικά νανοσωματίδια λιπιδίου-πολυμερούς. Έχουν αναπτυχθεί πολλά υβριδικά συστήματα νανοφορέων, συμπεριλαμβανομένων των νανοσωματιδίων πολυμερούς πυρήνα-λιπιδικού κελύφους, κοίλου πυρήνα/κελύφους υβριδικά νανοσωματίδια λιπιδίου-πολυμερούς-λιπιδίου, πολυμερών νανοσωματιδίων επικαλυμμένα με διπλή στιβάδα λιπιδίων και νανοσωματιδίων εγκλωβισμένων σε πολυμερή. Βασικά, τα υβριδικά νανοσκευάσματα λιπιδίου-πολυμερούς αποτελούνται από έναν εσωτερικό πολυμερή πυρήνα που περικλείεται σε ένα ή περισσότερα εξωτερικά στρώματα λιπιδικών ή λιπιδικών-πολυμερών στρωμάτων. Τα νανοσωματίδια εγκλωβισμένα σε πολυμερή είναι κάπως διαφορετικά, καθώς βασίζονται στην τεχνολογία λιποσωμάτων με την επιφάνεια του λιποσώματος να τροποποιείται με διασταυρούμενη σύνδεση με πολυμερή. Τα υβριδικά νανοσκευάσματα λιπιδίου-πολυμερούς παρουσιάζουν πολύ υψηλή ικανότητα φόρτωσης φαρμάκου και υψηλή απόδοση ενθυλάκωσης.

Μια παραλλαγή των υβριδικών νανοσκευασμάτων λιπιδίου-πολυμερούς είναι βιομιμητικές υβριδικές νανοσυνθέσεις λιπιδίου-πολυμερούς, στις οποίες οι επιφάνειες των νανοσωματιδίων τροποποιούνται έτσι ώστε να μιμούνται τις πρωτεΐνες της κυτταρικής επιφάνειας. Αυτή η κατηγορία περιλαμβάνει σωματίδια τύπου ιού (VLPs) και ιοσώματα (βλ. παρακάτω).

Τα υβριδικά νανοσωματίδια λιπιδίου-πολυμερούς που βασίζονται σε ερεθίσματα είναι μια ακόμη ποικιλία υβριδικών νανοσκευασμάτων λιπιδίου-πολυμερούς που είναι ικανά να απελευθερώνουν το ενθυλακωμένο φάρμακο σε απόκριση σε διάφορα ερεθίσματα όπως το pH, η θερμοκρασία και το μαγνητικό πεδίο. Έτσι, η έγκαιρη παράδοση στον επιθυμητό ιστότοπο είναι εφικτή. Το 2012, η στεατική μεθυλοκυτταρίνη προτάθηκε ως θερμοευαίσθητος νανοφορέας για αργή ενδοκολπική χορήγηση του tenofovir [38]. Ομοίως, αναπτύχθηκε μια υβριδική θερμοευαίσθητη υδρογέλη για τη συν-απόδοση θεαφλαβίνης (ένα αντιοξειδωτικό, το οποίο είναι υδρόφιλο) και nifeviroc (ένα αντιικό, το οποίο είναι υδρόφοβο) για ενδοκολπική εφαρμογή ως προφυλακτικό πριν από την έκθεση της μετάδοσης του HIV. Οι θερμοευαίσθητες υδρογέλες έχουν επίσης δοκιμαστεί για ενδορινική χορήγηση αντιιικών φαρμάκων.

Τα νανοσωματίδια μπορεί να έχουν διαφορετικά μεγέθη και σχήματα. Τα υβριδικά νανοσκευάσματα λιπιδίου-πολυμερούς με βάση το σχήμα βασίζονται στην παρατήρηση ότι το σχήμα ενός σωματιδίου σε νανοκλίμακα μπορεί να έχει σημαντικό αντίκτυπο στην αλληλεπίδραση κυττάρου-κυττάρου, την πρόσληψη φαρμάκου και τη βιοκατανομή [8]. Για παράδειγμα, τα μη σφαιρικά νανοσωματίδια έχουν βρεθεί ότι παρέχουν υψηλότερη θεραπευτική αποτελεσματικότητα σε σύγκριση με τα σφαιρικά σωματίδια στη θεραπεία του καρκίνου [74]. Έτσι, έχουν διερευνηθεί διαφορετικά σχήματα και δομές προκειμένου να βελτιωθούν οι φαρμακοκινητικές ιδιότητες των φαρμάκων.

3.1.3. Δενδριμερή

Τα δενδριμερή είναι εξαιρετικά διακλαδισμένες τρισδιάστατες συνθετικές νανο-αρχιτεκτονικές, διαμέτρου 2–10 nm που αποτελούνται από έναν κεντρικό πυρήνα, ένα εσωτερικό κέλυφος και ένα εξωτερικό κέλυφος που φέρει διάφορες τροποποιήσεις [83]. Μια σχηματική απεικόνιση ενός πολύ απλού δενδριμερούς μπορεί να φανεί στο Σχ. 4.

Ο πυρήνας του δενδριμερούς επιτρέπει την παγίδευση διαφόρων μορίων και οι λειτουργικές ομάδες στην επιφάνεια επιτρέπουν την αλληλεπίδραση με τους επιθυμητούς στόχους. Τα δενδριμερή παρουσιάζουν μεγαλύτερους χρόνους κυκλοφορίας, αυξημένη διαλυτότητα και σταθερότητα και στοχευμένη παροχή. Τα δενδριμερή συντίθενται με διαδοχική προσθήκη μορίων δομικών μονάδων σε ένα μόριο εκκινητή. Στο εμπόριο διατίθενται, επί του παρόντος, δενδριμερή κατασκευασμένα από πολυαμιδοαμίνη, πολυπροπυλενο ιμίνη και δενδριμερή πολυ-1-λυσίνης. Το εξωτερικό κέλυφος μπορεί να τροποποιηθεί ομοιοπολικά (π.χ. εστεροποιημένο, γλυκοσυλιωμένο κ.λπ.) ή συζευγμένο με πρωτεΐνες, πεπτίδια κ.λπ. Τα πολυιονικά δενδριμερή καρβοσιλανίου έχουν χρησιμοποιηθεί ως τοπικά μικροβιοκτόνα για προστασία φραγμού έναντι του ιού HIV και του απλού έρπητα. García-Gallego et al. το 2015 έδειξε ότι τα δενδριμερή καρβοσιλανίου μπορεί να αναστείλουν την εσωτερίκευση του HIV-1 στα επιθηλιακά κύτταρα και την είσοδο στα μονοπύρηνα κύτταρα του περιφερικού αίματος. Τα θειολιωμένα δενδριμερή εμφάνισαν παρατεταμένη απελευθέρωση ακυκλοβίρης.

Εικόνα 4. Παραγωγή δενδριμερών πολυαιθυλενιμίνης.

3.1.4. Νανοσκευάσματα με βάση τον άνθρακα

Τα νανοσκευάσματα με βάση τον άνθρακα περιλαμβάνουν νανοσωλήνες άνθρακα, νανοσωματίδια οξειδίου του γραφενίου και φουλερένια.

Γραφένιο

Το γραφένιο είναι ένα δισδιάστατο επίπεδο παράγωγο του γραφίτη. Για βιοϊατρικούς σκοπούς, τα υλικά με βάση το γραφένιο τροποποιούνται με διάφορες λειτουργικές ομάδες για τη βελτίωση της βιοσυμβατότητας και τη μείωση της τοξικότητας. Τόσο τα υδρόφιλα όσο και τα υδρόφοβα φάρμακα μπορούν να ενθυλακωθούν. Οι λειτουργικές ομάδες μπορούν να σχεδιαστούν για να παρέχουν θέσεις για προσκόλληση διαφορετικών βιολογικών μορίων.

Οι νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs) είναι κοίλοι κυλινδρικοί νανοσωλήνες με τοιχώματα κατασκευασμένα από ένα ή περισσότερα φύλλα γραφενίου. Ο κύλινδρος μπορεί να καλυφθεί με φουλερένιο στο ένα ή και στα δύο άκρα. Οι CNTs έχουν εξαιρετικές ιδιότητες όσον αφορά τη φόρτωση φαρμάκων και τη δυνατότητα ελεγχόμενης απελευθέρωσης, αλλά οι ιατρικές τους εφαρμογές είναι αρκετά περιορισμένες λόγω της πνευμονικής τοξικότητας και της υψηλής υδροφοβικότητας. Οι νεότεροι τύποι CNT εμφανίζουν μειωμένη τοξικότητα και αυξημένη βιοδιασπασιμότητα.

Φουλερένια

Τα φουλερένια είναι δομές άνθρακα που σχηματίζουν ένα κοίλο κλουβί νανο-μεγέθους. Τα φουλερένια έχουν βρεθεί ότι αναστέλλουν την αντιγραφή του HIV, του HCV και του ιού της γρίπης μέσω στερικού αποκλεισμού και ανέστειλαν την έκφραση της ιικής νουκλεοπρωτεΐνης.

3.1.5. Ανόργανες νανοσκευάσματα

Οι κβαντικές κουκκίδες (QD) είναι νανοκρύσταλλοι με ιδιότητες ημιαγωγών. Αποτελούνται από έναν ανόργανο πυρήνα (από πυρίτιο, σεληνιούχο κάδμιο, θειούχο κάδμιο ή αρσενίδιο του ινδίου, υπεύθυνο για τις ιδιότητες ημιαγωγού), ένα υδρόφιλο κέλυφος και ένα καπάκι. Οι κβαντικές κουκκίδες βρίσκουν τις εφαρμογές τους κυρίως στη βιοϊατρική απεικόνιση, καθώς μπορούν να απορροφούν και να εκπέμπουν φως σε προκαθορισμένα μήκη κύματος. Ως συστήματα φορέων φαρμάκων, τα τροποποιημένα QDs έχουν χρησιμοποιηθεί στη θεραπεία του HIV [42].

Νανοσωματίδια μετάλλων και οξειδίων μετάλλων

Τα μεταλλικά νανοσωματίδια μπορεί να έχουν τη δική τους μικροβιοκτόνο και αντιική δράση. Τέτοια είναι ο άργυρος, ο χρυσός, ο χαλκός, το τιτάνιο, τα οξείδια του δημητρίου και άλλα. Η επιφάνεια των μεταλλικών νανοσωματιδίων μπορεί να λειτουργήσει με διάφορες ομάδες προκειμένου να βελτιωθεί η μοριακή αλληλεπίδραση, η βιοδιαθεσιμότητα και η απελευθέρωση του συζευγμένου φαρμάκου. Μικρά παρεμβαλλόμενα RNA έχουν συζευχθεί με AuNPs και η προκύπτουσα σύνθεση ανέστειλε την αντιγραφή του ιού του δάγκειου πυρετού και την απελευθέρωση του ιού. Τα νανοσωματίδια αργύρου βρέθηκε ότι αναστέλλουν την αιμοσυγκόλληση και την απόπτωση που προκαλείται από τον ιό της γρίπης H1N1 σε καλλιέργειες κυττάρων. Τα νανοσωματίδια αργύρου συζευγμένα με ταννικό οξύ αποδείχθηκε ότι μειώνουν τη μόλυνση από HSV-2 vitro και in vivo. Τα νανοσωματίδια οξειδίου του ψευδαργύρου έχουν μελετηθεί σε μοντέλα ποντικών κολπικών λοιμώξεων με HSV-2 με πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα όσον αφορά την καταστολή της ιικής δραστηριότητας.

Η χρήση ανόργανων νανοσωματιδίων είναι σε μεγάλο βαθμό περιορισμένη λόγω ανησυχιών για τοξικότητα [43]. Αναπτύσσονται νεότερα σκευάσματα, αλλά οι κλινικές δοκιμές σε ανθρώπους εξακολουθούν να είναι πολύ περιορισμένες.

3.1.6. Νανοτεχνολογίες με βάση το νουκλεϊκό οξύ

Απταμερή

Τα απταμερή είναι, βασικά, βραχείες αλληλουχίες νουκλεϊκών οξέων (ολιγονουκλεοτίδια) ή πρωτεϊνικές αλληλουχίες (πεπτίδια) που μπορούν να συνδεθούν ειδικά με άλλα μόρια όπως άλλα νουκλεϊκά οξέα και πρωτεΐνες [34]. Σε μια συγκεκριμένη τρίτη κατηγορία ανήκουν τα Χ-απταμερή που είναι ένας συνδυασμός φυσικών και χημικά τροποποιημένων ολιγονουκλεοτιδίων DNA ή RNA. Τα απταμερή μπορεί να έχουν θειοφωσφορικό σκελετό για να ενισχύσουν τη σταθερότητα των νουκλεάσης και τη συγγένεια δέσμευσης [45].

Τα απταμερή έχουν δοκιμαστεί για θεραπευτικές δυνατότητες για τουλάχιστον 20 χρόνια. Για παράδειγμα, τα PEGylated απταμερή έχουν χρησιμοποιηθεί για τη στόχευση της αγγειακής ενδοθηλιακής ανάπτυξης και το παρασκεύασμα που προκύπτει (pegaptanib, Macugen από την Bausch & Lomb) έχει εγκριθεί ως παράγοντας ενδοϋαλοειδούς ένεσης στην εκφύλιση της ωχράς κηλίδας [85]. Τα απταμερή που στοχεύουν βασικά μέλη του καταρράκτη πήξης όπως ο παράγοντας IXa, η θρομβίνη και ο παράγοντας von Willebrand έχουν δοκιμαστεί ως πιθανά αντιπηκτικά [57].

Η ογκολογία είναι ένα πολύ ευρύ πεδίο για την ανάπτυξη θεραπευτικών απταμερών. Απταμερή έναντι νουκλεολίνης, αντιγόνου ειδικής μεμβράνης προστάτη (PSMA), καρκινοεμβρυϊκού αντιγόνου (CEA), MUC1, ErbB-2 και άλλων πρωτεϊνών με σημαντικό ρόλο στην προκαρκινογένεση έχουν επίσης διερευνηθεί ως στρατηγικές θεραπείας του καρκίνου [72, 43, 22, 86 ]. Ωστόσο, κανένα απταμερές δεν έχει εγκριθεί ακόμη για τη θεραπεία του καρκίνου.

Στον τομέα των μολυσματικών ασθενειών, τα απταμερή έχει βρεθεί ότι αναστέλλουν διάφορα στάδια μόλυνσης από τον HIV δεσμεύοντας την αντίστροφη μεταγραφάση και την ιντεγκράση [19, 71]. Η αιμοσυγκολλητίνη του ιού της γρίπης έχει στοχοποιηθεί με επιτυχία από τα απταμερή [53]. Βιοαισθητήρες βασισμένοι σε απταμερές για SARS-CoV και SARS-CoV-2 έχουν σχεδιαστεί [16, 70; 63]. Το 2021, τα απταμερή χρησιμοποιήθηκαν από τους Sun et al. για την πρόληψη της δέσμευσης της πρωτεΐνης ακίδας στον υποδοχέα ΜΕΑ [82].

Αντιπληροφοριακά νουκλεοτίδια (ASOs)

Τα αντιπληροφοριακά νουκλεοτίδια είναι βραχέα, μονόκλωνα, τεχνητά δημιουργημένα νουκλεϊκά οξέα που έχουν σχεδιαστεί ειδικά για να δεσμεύουν και να αναστέλλουν τα mRNAs. Τα ASO με δυνατότητα εφαρμογής για την καταπολέμηση της ιογενούς νόσου στοχεύουν τα mRNA που κωδικοποιούν πρωτεΐνες κρίσιμης σημασίας για την ανάπτυξη του μολυσματικού δυναμικού του ιού. Το πρώτο εγκεκριμένο μέλος αυτής της οικογένειας ήταν το fomivirsen (Vitravene, από τη Novartis), ένα ολιγοδεοξυριβονουκλεοτίδιο 21 bp συμπληρωματικό σε μια αλληλουχία που κωδικοποιεί τις κύριες πρώιμες πρωτεΐνες που είναι υπεύθυνες για τον κυτταρομεγαλοϊό (CMV). Το Vitravene αποσύρθηκε «για εμπορικούς λόγους» από την αγορά το 2002 [Δημόσια δήλωση για το Vitravene (fomivirsen) (europa.eu)].

Υπάρχουν τρεις γενιές ASO, που διαφέρουν ως προς τα χημικά τους χαρακτηριστικά όσον αφορά την ισχύ, τη φαρμακοκινητική και την τοξικότητα. Τα ASO πρώτης γενιάς διαθέτουν φωσφοροθειοϊκό σκελετό προκειμένου να αυξηθεί η αντίσταση στην υδρόλυση. Το Fomivirsen ήταν ένα ASO πρώτης γενιάς. Τα ASO δεύτερης γενιάς τροποποιούνται στη θέση 2 του τμήματος σακχάρου επιτρέποντάς τους να δρουν ως στερικοί αποκλειστές. Ένα από τα πιο γνωστά ASO δεύτερης γενιάς, το Mipomirsen (Kynamro, από την Genzyme) απορρίφθηκε από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Φαρμάκων λίγο μετά την κυκλοφορία του λόγω σοβαρών ανεπιθύμητων ενεργειών [http://www.fiercebiotech.com/regulatory/ema-committee-shoots-down-sanofi-s-cholesterol-drug-mipomersen]. TΤα ASO τρίτης γενιάς (π.χ. eterlipsen, που διατίθεται στην αγορά ως ExonDys από την AVI BioPharma International για τη θεραπεία της μυϊκής δυστροφίας του Duchenne) έχουν ανώτερη αντίσταση στις νουκλεάσες, αυξημένη συγγένεια στόχου και φαρμακοκινητική σε σύγκριση με προηγούμενες γενιές.

Το 2004, λίγο πριν το πρώτο ξέσπασμα του ανθρώπινου βήτα κορωνοϊού, αναφέρθηκαν αρκετά ASO δεύτερης γενιάς κατά του αιτιολογικού παράγοντα SARS-CoV [56]. Σχεδιάστηκαν για να στοχεύουν το ανοιχτό πλαίσιο ανάγνωσης της κύριας πολυπρωτεΐνης του ιού (ORF1) και της ρυθμιστικής αλληλουχίας 5′-UTR. In vitro , επέδειξαν σημαντική αντιική δράση. Στη συνέχεια, σχεδιάστηκαν ASO που στοχεύουν τη θέση έναρξης μετάφρασης του ORF1 και τη θέση όπου συμβαίνει μετατόπιση πλαισίου προκειμένου να μεταγραφούν περισσότερες από μία πολυπρωτεΐνες (κοινώς αποκαλούμενες ως «ψευδόκόμβοι») [1]. Αργότερα, η AVI Biopharma ανέπτυξε ASO που στοχεύουν το 3-UTR του ιικού RNA [AVI BioPharma’s NeuGene antisense drugs inhibit SARS coronavirus (pharmabiz.com)].Το 2020, αναφέρθηκε ένα γρήγορο και ευαίσθητο σύστημα ανίχνευσης για την παρουσία του RNA του SARS-CoV-2 που βασίζεται σε ASO συνδεδεμένα με νανοσωματίδια χρυσού (AuNPs) [51]. Τα ASO ανήκαν στην πρώτη γενιά και ήταν ειδικά για το γονίδιο της νουκλεοκαψιδικής φωσφοπρωτεΐνης του SARS-CoV-2. Οι συγγραφείς ισχυρίστηκαν ότι η χρωματομετρική τους ανάλυση γυμνού οφθαλμού θα μπορούσε να ανιχνεύσει πολλά αντίγραφα του ιικού γονιδιώματος SARS-CoV-2 χωρίς την ανάγκη ειδικού εξοπλισμού.

Μικρά παρεμβαλλόμενα RNA (siRNA)

Τα siRNA είναι μικρά δίκλωνα μόρια RNA που δείχνουν μια υπόσχεση στη θεραπεία του COVID-19. Βασικά μέλη της οικογένειας siRNA είναι η πατισιράνη και η γκιβοσιράνη που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος για τη θεραπεία γενετικών ασθενειών. Τόσο το patisiran όσο και το givosiran ήταν φάρμακα πρώτης κατηγορίας [9]. Σύμφωνα με τον ορισμό του FDA, το «πρώτο στην κατηγορία» είναι ένα φάρμακο που λειτουργεί με «νέο και μοναδικό μηχανισμό δράσης» για τη θεραπεία μιας συγκεκριμένης ιατρικής πάθησης [Η FDA εγκρίνει την πρώτη του είδους στοχευμένη θεραπεία με βάση το RNA για τη θεραπεία σπάνια ασθένεια | FDA].

Το Patisiran (Onpattro, από την Alnylam) έχει εγκριθεί για την απειλή πολυνευροπάθειας σε ασθενείς με κληρονομική αμυλοείδωση τρανσθυρετίνης (hTTR) [Onpattro | Ευρωπαϊκός Οργανισμός Φαρμάκων (europa.eu)]. Το Patisiran στοχεύει το mRNA μιας μεταλλαγμένης μορφής του γονιδίου TTR που παράγει μια λανθασμένα διπλωμένη πρωτεΐνη της οποίας τα προϊόντα αποδόμησης εναποτίθενται σε πολλούς ιστούς και όργανα. Ένα νεότερο φάρμακο siRNA που κατασκευάζεται από την Alnylam για τη θεραπεία της αμυλοείδωσης hTTR είναι το revusiran. Το Givosiran (Givlaari από την Alnylam) είναι ένα άλλο φάρμακο siRNA που χρησιμοποιείται στη θεραπεία της οξείας ηπατικής πορφυρίας, μιας γενετικής ασθένειας που προκαλείται από μεταλλάξεις στο γονίδιο ALAS1 . Το Givosiran πιστεύεται ότι μειώνει τη συχνότητα των κρίσεων οξείας πορφυρίας στους πάσχοντες ασθενείς και ότι μειώνει τον χρόνιο πόνο, που είναι το βασικό σύμπτωμα της AHP [Balwani et al., 2020]. Ένα από τα εμβόλια για τον Έμπολα που αναπτύχθηκε νωρίτερα, συγκεκριμένα, το TKM-Ebola (από την Arbutus Biopharma Corporation) αποτελούνταν από siRNA ενθυλακωμένο σε LNPs. Το TKM-Ebola, ωστόσο, δεν έφτασε σε μεταγενέστερες φάσεις κλινικών δοκιμών λόγω αυξημένου κινδύνου για αλλεργικές αντιδράσεις.

Η νανοτεχνολογία έχει ήδη αποδείξει τη δύναμή της στη βελτίωση της απελευθέρωσης φαρμάκων και με τα τρία σκευάσματα Alnylam siRNA. Το Patisiran χορηγείται στο ήπαρ (όπου εκφράζεται κανονικά το μεταλλαγμένο γονίδιο) σε μια σύνθεση λιπιδίου-νανοσωματιδίου που αυξάνει την υποβάθμιση της αντίστασης στη νουκλεάση και διευκολύνει την παράδοση στα κύτταρα-στόχους. Το siRNA στο givosiran και το revusiran συνδέεται ομοιοπολικά με έναν συνδέτη που περιέχει υπολείμματα σιαλικού οξέος για να διασφαλιστεί η καλύτερη σύνδεση με τον στόχο και συσκευάζεται σε νανοσωματίδια λιπιδίων για αποτελεσματική ηπατική παροχή. Τα siRNA μορφομετατρέπονται σε κύτταρα χρησιμοποιώντας πολυμερείς φορείς ή κατιονικά λιπίδια (λιποσώματα ή νανοσωματίδια λιπιδίων).

Τα siRNA συσκευασμένα σε νανοσωματίδια στερεών λιπιδίων ήταν εξαιρετικά αποτελεσματικά κατά του SARS-CoV-2 όταν χρησιμοποιούνται σε ζωικά μοντέλα [33, 4]. Το siRNA στοχεύει συγκεκριμένα τις διατηρημένες περιοχές του γονιδιώματος SARS-CoV-2. Το σκεύασμα επιτρέπει τη χορήγηση του φαρμακευτικού προϊόντος κατά προτίμηση στους πνεύμονες ως κύρια θέση για την αντιγραφή του SARS-CoV-2, αλλά με την παραλλαγή των παραμέτρων οι συγγραφείς έχουν δείξει ότι τα φορτωμένα νανοσωματίδια μπορεί να στοχεύουν το ήπαρ και τη σπλήνα και, πιθανώς, άλλους ιστούς. Αυτή η ευελιξία μπορεί να είναι πολύ πολύτιμη στον COVID-19, καθώς είναι μια πολυσυστημική ασθένεια και μπορεί να επεκτείνει τη βλάβη της πολύ πέρα από τους πνεύμονες. Επί του παρόντος (από τον Ιανουάριο του 2022), δημιουργείται μια βάση δεδομένων με siRNAs που στοχεύουν τον SARS-CoV-2, που περιέχει περισσότερα από 100.000 siRNA μήκους από 18 έως 21 νουκλεοτίδια [47]. Αυτό μπορεί να αναμένεται να επιταχύνει τη διαδικασία σχεδιασμού νέων φαρμάκων που βασίζονται σε siRNA κατά του COVID-19.

3.2. Νανοσκευάσματα που αναπτύχθηκαν ειδικά για τη χορήγηση αντιιικών φαρμάκων

Η σύγχρονη αντιική θεραπεία είναι πολύ αποτελεσματική αλλά έχει τους περιορισμούς της. Πολλοί ασθενείς θα χρειαστούν ένα σχήμα πολλαπλών φαρμάκων, αλλά τα αντιιικά φάρμακα μπορεί να αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους καθώς και με άλλα συνταγογραφούμενα φάρμακα. Μερικοί ασθενείς θα χρειαστούν μακροχρόνια θεραπεία (το COVID-19 δεν αποτελεί εξαίρεση, καθώς η συχνότητα εμφάνισης του μακροχρόνιου συνδρόμου COVID φτάνει το 40-50 % σε ορισμένες μελέτες [54]). Τα αντιιικά φάρμακα μπορεί να έχουν κακή βιοδιαθεσιμότητα και σύντομο χρόνο ημιζωής, με αποτέλεσμα την ανάγκη πολλαπλών δόσεων και, αντίστοιχα, κακή συμμόρφωση του ασθενούς. Η χορήγηση υψηλότερων δόσεων σε προσπάθεια αντιστάθμισης της χαμηλής βιοδιαθεσιμότητας μπορεί να οδηγήσει σε τοξικές επιδράσεις. Η ανάπτυξη αντοχής στο φάρμακο είναι συχνή σε ασθενείς που χρειάζονται θεραπεία πέραν των πολλών ημερών ή εβδομάδων. Πολλοί ιοί μπορεί να εξαπλωθούν σε σημεία που είναι συνήθως απρόσιτα για τα περισσότερα φάρμακα (συνήθως ονομάζονται καταφύγια ιών, όπως το ΚΝΣ, το λεμφικό σύστημα και το αρθρικό υγρό. Τέλος (αλλά όχι σε σημασία) είναι το γεγονός ότι καθώς ο ιός χρησιμοποιεί την κυτταρική συσκευή του ξενιστή για να συνθέσει τις πρωτεΐνες και τα νουκλεϊκά οξέα του, η διαφορική επιλεκτικότητα των αντιιικών παραγόντων προς τον ιό και τα κύτταρα-στόχους μπορεί να είναι κρίσιμης σημασίας.

Οι καινοτόμες πλατφόρμες για τη χορήγηση φαρμάκων που βασίζονται στη νανοτεχνολογία μπορούν να βοηθήσουν στην εξεύρεση λύσεων σε πολλά από αυτά τα ζητήματα. Ο μεγαλύτερος όγκος δεδομένων που έχουμε σχετικά με τη φαρμακευτική θεραπεία ασθενειών που προκαλούνται από ιούς που περιέχουν RNA είναι οι καταστάσεις που σχετίζονται με τον HCV και τον HIV και η γρίπη. Πολλά φάρμακα που χρησιμοποιούνται με επιτυχία για τη θεραπεία των λοιμώξεων από HIV και HCV έχουν δοκιμαστεί για δράση κατά του SARS-CoV-2 και αρκετά έχουν επαναχρησιμοποιηθεί στο COVID-19.

Τα αντιιικά φάρμακα που έχουν εγκριθεί για τη θεραπεία του HCV και του HIV (και, μερικά από αυτά, για το COVID-19) μπορούν, σε πολύ μεγάλο βαθμό, να χωριστούν σε διάφορες κατηγορίες ανάλογα με τον τόπο δράσης τους και τον κύριο μηχανισμό τους:

1. Ιντερφερόνες (IFNs);
2. Αναστολείς εισόδου.
3. Ανάλογα νουκλεοσιδίου/νουκλεοτιδίου;
4. Μη νουκλεοσιδικά ανάλογα.
5. Αναστολείς πρωτεάσης.
6. Αναστολείς ιντεγκράσης.
7. Αντιπληροφοριακά νουκλεοτίδια.
8. Μικρά παρεμβαλλόμενα RNA (siRNA).
9. Άλλοι.

Τα ASO και τα siRNA που έχουν δοκιμαστεί επί του παρόντος για δραστηριότητα έναντι του COVID-19 αναφέρθηκαν ήδη στην προηγούμενη ενότητα.

Η τελευταία ομάδα, “Άλλα”, αποτελείται από μια ποικιλία φαρμάκων που χρησιμοποιούνται συνήθως στην κλινική για άλλους σκοπούς, όπως ανθελονοσιακά (π.χ. υδροξυχλωροκίνη), αντιελμινθικά (λεβαμιζόλη, ιβερμεκτίνη), αντικαταθλιπτικά (φλουβοξαμίνη) κ.λπ. Μπορεί να παρουσιάζουν δραστηριότητες τυπικές των προηγούμενων ομάδων (αναστολείς αντιγραφής, αναστολείς πρωτεάσης, κ.λπ.). Μερικά από αυτά, όπως η ιβερμεκτίνη, έχουν αντιική δράση in vitro, αλλά τα αποτελέσματα in vivo δεν έχουν βγει ακόμη ή δεν είναι ενθαρρυντικά [39]. Άλλα (όπως η υδροχλωρική βρωμεξίνη, με πιθανή δράση αναστολέα πρωτεάσης) έχουν δείξει κάποια δραστηριότητα in vivo όσον αφορά την πρόληψη της συμπτωματικής νόσου, αλλά τα αποτελέσματα δεν ήταν αρκετά σημαντικά για να δικαιολογήσουν περισσότερη έρευνα στο πεδίο ή οι κλινικές δοκιμές πρώιμης φάσης δεν έχουν ολοκληρωθεί ακόμα [48]. Η χλωροκίνη αποδείχθηκε ότι παρεμβαίνει στη σύντηξη ιού-ενδοσώματος του SARS-CoV, ότι αναστέλλει τη γλυκοζυλίωση των υποδοχέων ACE2 [93, 94] και έχει αντιφλεγμονώδη αποτελέσματα μέσω της αναστολής της δραστηριότητας της φωσφολιπάσης Α2 και του αποκλεισμού της παραγωγής και απελευθέρωσης κυτοκίνης [2], αλλά δεν έχουν παρατηρηθεί σημαντικές αντιικές επιδράσεις για τον SARS-CoV-2. Η φλουβοξαμίνη, ένα αντικαταθλιπτικό της ομάδας των εκλεκτικών αναστολέων επαναπρόσληψης σεροτονίνης (SSRI), αρχικά έδειξε περισσότερη υπόσχεση ως θεραπεία για ασθενείς με COVID-19, αλλά οι συνεχιζόμενες δοκιμές δεν δείχνουν τίποτα εκτός από το ότι μπορεί να χρειαστούν μεγαλύτερες μελέτες για να διευκρινιστεί εάν υπάρχει επίδραση της φλουβοξαμίνης στη σοβαρότητα της νόσου [91]. Μια αναφορά σχετικά με ένα σκεύασμα φλουβοξαμίνης που περιέχει στερεά νανοσωματίδια λιπιδίων που φέρεται να εξασφάλιζε αποτελεσματική στοχευμένη απελευθέρωση του φαρμάκου δημοσιεύθηκε το 2019 [35]. Δεν έχει βγει ακόμη κανένα εμπορικό σκεύασμα που να βασίζεται σε αυτές τις μελέτες.

Η πανδημία του COVID-19 προκάλεσε σημαντική ψυχολογική δυσφορία σε όσους επλήγησαν από τον ιό καθώς και σε όσους έχουν δει τον αγώνα των αγαπημένων τους με την ασθένεια. Όπως είναι χαρακτηριστικό σε τέτοιες εποχές, εμφανίστηκαν «θαυματουργές θεραπείες», οι οποίες διακηρύσσονται ευρέως από τα μέσα ενημέρωσης. Τα περισσότερα από αυτά δεν έδειξαν, μακροπρόθεσμα, κανένα σημαντικό όφελος σε όσους τα έπαιρναν. Αντίθετα, πολλοί προσβεβλημένοι ασθενείς επιδεινώθηκαν αφού χρησιμοποίησαν τις «θαυματουργές θεραπείες» τους και, αντίστοιχα, έχασαν την κατάλληλη στιγμή για να αναζητήσουν την κατάλληλη θεραπεία. Η υδροξυχλωροκίνη, η ιβερμεκτίνη, η βρωμεξίνη και άλλες απόλαυσαν όλες τις σύντομες περιόδους της (ακόμη) άδικης φήμης τους. Κανένα από αυτά δεν έχει δείξει σημαντικά κλινικά οφέλη και η χρήση τους από ασθενείς με COVID-19 θα πρέπει να αποθαρρύνεται έως ότου αξιόπιστες περαιτέρω μελέτες αποδείξουν οριστικά ότι μειώνουν τα ποσοστά νοσηλείας και θνησιμότητας.

3.2.1. Ιντερφερόνες

Οι ιντερφερόνες είναι πρωτεΐνες σηματοδότησης που παράγονται φυσιολογικά από το ανοσοποιητικό σύστημα του μολυσμένου ξενιστή και παρεμβαίνουν (εξ ου και το όνομά τους) στην αντιγραφή του ιού μέσα στο κύτταρο. Προηγουμένως χρησιμοποιούμενη στη θεραπεία της ιογενούς ηπατίτιδας, η ικανότητα των IFNs να παρεμβαίνουν στη σύνθεση πρωτεϊνών που απαιτούνται για αντιγραφή χρησιμοποιείται, επί του παρόντος, κυρίως στη θεραπεία της σκλήρυνσης κατά πλάκας και διαφόρων καρκίνων. Η πεγκυλίωση των ιντερφερονών ως βασική τεχνολογία νανοκλίμακας έχει χρησιμοποιηθεί για την αύξηση του χρόνου κάθαρσής τους προκειμένου να διασφαλιστεί ότι το φάρμακο συνδέεται αποτελεσματικά με τον στόχο του [89]. Το PegIntron (από τη Merck, διακόπηκε) είναι ένα εμπορικό παρασκεύασμα ιντερφερόνης άλφα-2b που χρησιμοποιήθηκε στη θεραπεία της ηπατίτιδας Β και C μέχρι το 2016. Το Pegasys (Genentech) παραμένει, μέχρι σήμερα, η μόνη PEGυλιωμένη ιντερφερόνη που έχει εγκριθεί για χρήση από τον FDA και τον EMA για τη θεραπεία της ηπατίτιδας Β σε ενήλικες [https://www.natap.org/2005/HBV/051605_02.htm; https://www.ema.europa.eu/en/documents/product-information/pegasys-epar-product-information_en.pdf]. Η PEG-ιντερφερόνη άλφα-2α (Roferone από τη Roche, που χρησιμοποιείται στη θεραπεία της λευχαιμίας, του κακοήθους μελανώματος, της αληθούς πολυκυτταραιμίας, της βασικής θρομβοκυτταραιμίας και άλλων) είναι ένα άλλο φάρμακο ιντερφερόνης που πρόσφατα διακόπηκε λόγω σοβαρών ανεπιθύμητων ενεργειών και διαθεσιμότητας ασφαλέστερων φαρμάκων [https://pharmac.govt.nz/medicine-funding-and-supply/medicine-notices/interferon-alfa-2a/]. Η ιντερφερόνη βήτα-1α (Rebif από τη Merck και την Pfizer) είναι επί του παρόντος εγκεκριμένη για τη θεραπεία της υποτροπιάζουσας σκλήρυνσης κατά πλάκας [https://www.pfizer.com/news/press-release/press-release-detail/emd_serono_and_pfizer_announce_fda_approval_of_rebif_rebidose_interferon_beta_1a#:~:text=announced%20today%20that%20the%20U.S.,of%20multiple%20sclerosis%20(MS).].

Τα νανοσωματίδια χρυσού έχουν μελετηθεί ως πιθανός φορέας ιντερφερόνης άλφα για την κλινική θεραπεία της λοίμωξης από τον ιό της ηπατίτιδας C (HCV) [36]. Ένα σκεύασμα παρατεταμένης χορήγησης φαρμάκου IFN-β-1a βασισμένο σε νανοσωματίδια που αποτελούνται από πολυ(γαλακτικό-συν-γλυκολικό οξύ και πολυμερή) αναπτύχθηκε και δοκιμάστηκε in vitro το 2020 [24]. Οι συγγραφείς αναφέρουν ότι το σκεύασμα αύξησε την αποτελεσματικότητα της χορήγησης ιντερφερόνης και είχε τη δυνατότητα να μειώσει τις σχετικές ανεπιθύμητες ενέργειες της IFN-β-1a. Έχουν υπάρξει πολυάριθμες αναφορές για δοκιμές IFN στη θεραπεία ασθενών με COVID-19 [32, 64, 52]. Η IFN-alpha αποδείχθηκε ότι μειώνει την αποβολή του ιού και καταστέλλει τη φλεγμονή που σχετίζεται με το COVID-19, ενώ η IFN-βήτα συσχετίστηκε με ταχύτερη ιική κάθαρση [46]. Οι Sodeifian et al. επισημαίνουν ότι δεδομένα από μελέτες σε ζώα δείχνουν ότι η χορήγηση IFNs στα αρχικά στάδια του COVID-19 ή σε ήπια έως μέτρια νόσο μπορεί να έχει προστατευτική δράση, αλλά κατά τα τελευταία στάδια και σε σοβαρή νόσο μπορεί να προκαλέσει σημαντική βλάβη στην ασθενείς [80]. Η επίδραση των IFN στη θνησιμότητα από τον COVID-19 μπορεί να αναφέρεται ως δραστικά διαφορετική σε διαφορετικές μελέτες. Μια τυχαιοποιημένη ελεγχόμενη δοκιμή της χρήσης της IFN-βήτα σε ασθενείς με σοβαρή COVID-19 ανέφερε χαμηλότερο ποσοστό θνησιμότητας στην ομάδα που λάμβανε IFN, αλλά οι ασθενείς έλαβαν επίσης άλλα φάρμακα, συμπεριλαμβανομένων των τυπικών αντιικών (lopinavir/ritonavir, ή atazanavir/ritonavir [44]. Μια άλλη δοκιμή ανέφερε ότι η χρήση της IFN βήτα δεν έδειξε σημαντική διαφορά στη θνησιμότητα [21]. Μελέτες σχετικά με τη χρήση της PEGylated IFN-alpha 2b ως προσθήκη στην τυπική θεραπεία έδειξαν ότι είχε ως αποτέλεσμα την ταχεία κάθαρση του ιού και τη βελτίωση της κλινικής κατάστασης [12]. Είναι πιθανό τα συστήματα που βασίζονται στη νανοτεχνολογία που αναπτύχθηκαν προηγουμένως να μπορούν να χρησιμοποιηθούν για αποτελεσματική παροχή αντιικών σε ασθενείς με COVID-19, αλλά τα αμφιλεγόμενα αποτελέσματα από τη χρήση ιντερφερονών έχουν αποτρέψει ακόμη την ανάπτυξη μεγάλων κλινικών δοκιμών.

3.2.2.Αναστολείς της ανάστροφης μεταγραφάσης νουκλεοσιδίων/νουκλεοτιδίων (NRTIs)

Οι NRTIs λειτουργούν παρεμβαίνοντας στην αντιγραφή του ιικού νουκλεϊκού οξέος, παρουσιάζοντας συνήθως ένα ανάλογο νουκλεοσιδίου που, όταν προστεθεί στην αναπτυσσόμενη πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα, θα τερματίσει την επιμήκυνση της αλυσίδας, θα αναστέλλει την αντιγραφή του νουκλεϊκού οξέος του ιού. Οι αναστολείς της ανάστροφης μεταγραφάσης έχουν μελετηθεί εκτενώς σε σχέση με τη χρήση τους στη θεραπεία του HIV. Η τρέχουσα κλινική πρακτική της αντιρετροϊκής θεραπείας (ART) προτείνει η θεραπεία πρώτης γραμμής κατά του HIV να αποτελείται από έναν συνδυασμό δύο (ή περισσότερων) NRTI και ενός NNRTI ή ενός αναστολέα πρωτεάσης ή ιντεγκράσης. Ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του ασθενούς, μπορεί να προστεθεί ένας αναστολέας εισόδου, αν και είναι ακριβός, προκαλεί προβλήματα συμμόρφωσης (π.χ. υποδόρια εφαρμογή δύο φορές την ημέρα, που μπορεί να είναι προβληματική) και μπορεί να έχει σοβαρές ανεπιθύμητες ενέργειες. Η λαμιβουδίνη, η σταβουδίνη, η ζιδοβουδίνη, η εμτρισιταβίνη, η ζαλσιταβίνη, η τενοφοβίρη και άλλες είναι μερικοί από τους NRTI που χρησιμοποιούνται συνήθως.

Τα NRTIs και NNRTIs είναι πολύ αποτελεσματικά φάρμακα. Ωστόσο, έχουν τα μειονεκτήματά τους, όπως σύντομο χρόνο ημιζωής, υψηλή επίδραση πρώτης διέλευσης (με αποτέλεσμα χαμηλή βιοδιαθεσιμότητα) και διακύμανση στα επίπεδα ορού λόγω ατομικής διακύμανσης στη δραστηριότητα του συστήματος CYP. Μια μεγάλη ποικιλία τεχνολογιών έχει δοκιμαστεί για τη βελτίωση της παροχής και της σταθερότητας των νουκλεοσιδικών αναλόγων.

Η νανοτεχνολογία έχει παράσχει μια σειρά από εξαιρετικά αποτελεσματικά οχήματα για την παροχή NRT που χρησιμοποιούνται στη θεραπεία της μόλυνσης από τον HIV. Λιποσώματα, δενδριμερή, μικκύλια, νανοσωματίδια στερεών λιπιδίων, νανοαιωρήματα και πολυμερή νανοσωματίδια έχουν όλα χρησιμοποιηθεί για τη βελτίωση της παροχής φαρμάκων στον HIV [73, 29].

Τα δεδομένα σχετικά με τη χρήση της νανοτεχνολογίας για τη βελτίωση της παροχής αντι-ιικών φαρμάκων κατά του COVID-19 εξακολουθούν να είναι αραιά, αλλά το πεδίο επεκτείνεται ταχέως. Τα περισσότερα από τα αντιιικά που χρησιμοποιούνται στο COVID-19 είναι NRTI. Τέτοια είναι: φαβιπιραβίρη (ένα ανάλογο γουανοσίνης). μολνουπιραβίρη (ένα ανάλογο ριβονουκλεοζίτη πυριμιδίνης) και ρεμδεσιβίρη (ένα ανάλογο αδενοσίνης). Τα περισσότερα από αυτά είναι εγκεκριμένα για ασθενείς με ήπια έως μέτρια νόσο με υψηλό κίνδυνο επιπλοκών και πρέπει να ξεκινούν νωρίς στην πορεία της νόσου. Μόνο η ρεμδεσιβίρη έχει εγκριθεί για τη θεραπεία νοσηλευόμενων ασθενών με σοβαρή νόσο και αναπνευστική ανεπάρκεια [https://www.covid19treatmentguidelines.nih.gov/management/clinical-management/hospitalized-adults–therapeutic-management/] αν και αργότερα εγκρίθηκε για χρήση σε επιλεγμένες ομάδες εξωτερικών ασθενών επίσης [https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/fda-takes-actions-expand-use-treatment-outpatients-mild-moderate-covid-19]. Σε μια μελέτη από το 2020, οροθετικοί ασθενείς που λάμβαναν τενοφοβίρη/εμρισιταβίνη εμφάνισαν χαμηλότερο κίνδυνο για COVID-19 και σχετική νοσηλεία σε σχέση με εκείνους που λάμβαναν άλλες θεραπείες [5]. Έχουν αναπτυχθεί και δοκιμαστεί in vitro νανοκυστίδια πολυμερών φορτωμένα με ρεμδεσιβίρη, ένα νανογαλάκτωμα favipiravir και SLNP φορτωμένα με favipiravir που προορίζονται να παρέχουν το φάρμακο απευθείας στο πνευμονικό επιθήλιο [68, 92, 87]. Οι in vivo μελέτες στο πεδίο δεν έχουν ακόμη έρθει.

3.2.3. Μη νουκλεοσιδικοί αναστολείς της ανάστροφης μεταγραφάσης (NNRTIs)

Οι μη νουκλεοσιδικοί αναστολείς ανάστροφης μεταγραφάσης (NNRTIs) αναστέλλουν άμεσα την ανάστροφη μεταγραφάση HIV-1 δεσμεύοντας με αναστρέψιμο και μη ανταγωνιστικό τρόπο στο ένζυμο. Οι επί του παρόντος διαθέσιμοι NNRTI είναι η νεβιραπίνη (Viramune, της Boehringer Ingelheim), η δελαβιρδίνη (Rescriptor, ViiV Healthcare και η εφαβιρένζη (γενική, από τη Mylan και τη Systiva, από την Bristol Myers Squibb). Συνθέσεις με βάση νανο έχουν δοκιμαστεί για τη βελτίωση της βιοδιαθεσιμότητας και της ελεγχόμενης απελευθέρωσης των NNRTIs. Manyarara et al. το 2018 ανέπτυξε ένα νανογαλάκτωμα nevirapine για παιδιατρικές χρήσεις. Ένα αυτο-νανογαλακτωματοποιούμενο σύστημα χορήγησης φαρμάκων (SNEDDS) αναπτύχθηκε με επιτυχία για τη nevirapine προκειμένου να αυξηθεί η βιοδιαθεσιμότητα της [60]. Οι NNRTIs έχουν αξιολογηθεί για δράση κατά του COVID-19 μέσω μελετών μοριακής σύνδεσης, αλλά η κλινική τους αποτελεσματικότητα στον COVID-19 παραμένει να αποδειχθεί [15, 25].

3.2.4. Αναστολείς εισόδου (αναστολείς σύντηξης)

Οι αναστολείς εισόδου, βασικά, εμποδίζουν έναν ιό να εισέλθει σε ένα κύτταρο μπλοκάροντας το σημείο εισόδου του ιού, π.χ. έναν προτιμώμενο υποδοχέα. Επί του παρόντος, αναστολείς εισόδου όπως το maraviroc (Celzentry, από την GlaxoSmithKline), η ενφιβουρτίδη (Fuzeon, από την Genentech), η βουλεβιρτίδη (Hepcludex, από τη Gilead Sciences) και άλλοι) χρησιμοποιούνται στη θεραπεία λοιμώξεων από τον HIV και την ηπατίτιδα D. Το 2015, χρησιμοποιήθηκαν νανοσωματίδια οξειδίου του σιδήρου επικαλυμμένα με αμφίφιλο πολυμερές για τη χορήγηση ενφιβουρτίδης στα καταφύγια του HIV σε ποντίκια [23]. Το 2020, υβριδικά νανοσωματίδια πολυμερούς-λιπιδίου (PLN) φορτωμένα με έναν συνδυασμό μη νουκλεοσιδικού αναστολέα ανάστροφης μεταγραφάσης (εφαβιρένζη) και ενφιβουρτίδης χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη της δυνατότητας παράδοσης των φαρμάκων σε Τ-κύτταρα και μακροφάγους που έχουν απομονωθεί σε καταφύγια ιών.

3.2.5. Αναστολείς πρωτεάσης (PIs)

Οι αναστολείς πρωτεάσης αναστέλλουν την πρωτεάση που διασπά την ιική πολυπρωτεΐνη για να σχηματίσει ξεχωριστές πρωτεΐνες. Τα PI είναι παρόμοια με την παραπάνω ομάδα νουκλεοσιδικών αναλόγων, έχουν μελετηθεί πολύ καλά λόγω της κοινής χρήσης τους στη θεραπεία του HIV. Και πάλι, όπως και τα ανάλογα νουκλεοσιδίων, τα PI υπόκεινται σε εκτεταμένο μεταβολισμό πρώτης διόδου και είναι υποστρώματα του CYP, εξ ου και η μεγάλη διακύμανση των επιπέδων του ίδιου φαρμάκου στην ίδια δόση που λαμβάνεται από διαφορετικό άτομο. Αυτό ξεπερνιέται εν μέρει με τη συγχορήγηση τους με ενισχυτές των επιπέδων ορού (ουσιαστικά, αναστολείς του CYP3A) όπως η ριτοναβίρη ή η κομπισιστάτη. Προσεγγίσεις που βασίζονται στη νανοτεχνολογία έχουν αναπτυχθεί προκειμένου να ενισχυθεί η βιοδιαθεσιμότητα των πιο κοινών PI, όπως η λοπιναβίρη (νανοσωματίδια στερεών λιπιδίων, νανοσωματίδια που βασίζονται σε πολυμερή), η αταζαναβίρη (νανογαλάκτωμα, νανοεναιώρημα), η δαρουναβίρη (νανοσωματίδια λιπιδίων), η νελφιναβίρη (πολυμερές βασισμένα νανοσωματίδια) και άλλα [55, 66, 88, 28, 79, 7, 18]. Οι κβαντικές κουκκίδες συζευγμένες με σακουιναβίρη έχουν δοκιμαστεί για να βελτιώσουν τη βιοδιαθεσιμότητα του φαρμάκου σε καταφύγια ιών [42].

Οι αναστολείς πρωτεάσης είναι ένα από τα ανταλλάξιμα συστατικά της τυπικής αντιρετροϊκής θεραπείας για τον HIV, καθώς είτε αναστολέας πρωτεάσης είτε αναστολέας ιντεγκράσης μπορούν να προστεθούν στους αναστολείς της ανάστροφης μεταγραφάσης στην ART. Οι PIs, ωστόσο, φαίνεται ότι έχουν φτάσει στα ύψη ενός νέου φαρμάκου για τη μόλυνση από τον SARS-CoV-2. Το 2020, οι Beck et al. χρησιμοποίησε ένα μοντέλο πρόβλεψης αλληλεπίδρασης φαρμάκου-στόχου που βασίζεται σε βαθιά μάθηση για να προβλέψει την πιθανή αντι-COVID-19 δραστηριότητα μιας ομάδας φαρμάκων διαφορετικών τάξεων που χρησιμοποιούνται για τη θεραπεία λοιμώξεων από τον HIV (ρεμδεσιβίρη, εφαβιρένζη, ριτοναβίρη και ντολουτεγκραβίρη) [10 ]. Διαπίστωσαν ότι η αταζαναβίρη είχε την υψηλότερη συγγένεια με την ιική πρωτεάση του SARS-CoV-2. Ένα νέο από του στόματος φάρμακο (Paxlovid, της Merck) εγκρίθηκε για χρήση σε ασθενείς με COVID-19 μόνο τον Δεκέμβριο του 2020. Αποτελείται από νιρματρελβίρη, έναν αναστολέα πρωτεάσης και ριτοναβίρη, έναν πολύ γνωστό αυξητικό παράγοντα που χρησιμοποιείται στην ART [59]. Αναμφίβολα, αφού συγκεντρωθούν αρκετά δεδομένα σχετικά με την αποτελεσματικότητα του από του στόματος παρασκευάσματος, σύντομα θα αναπτυχθούν καλύτερα και πιο αποτελεσματικά σκευάσματα με βάση τη νανοτεχνολογία.

3.2.6. Αναστολείς της ενσωματάσης

Οι αναστολείς της ενσωματάσης δρουν εμποδίζοντας την εισαγωγή ενός αντιγράφου DNA του γονιδιώματος RNA στο γονιδίωμα του κυττάρου ξενιστή. Τυπικά, ένας αναστολέας ιντεγκραβίρης όπως η ντολουτεγκραβίρη (Tivicay, της ViiV Healthcare), η ελβιτεγκραβίρη (μέρος του συνδυασμού σταθερής δόσης Stribild, της Gilead Sciences) ή η ραλτεγκραβίρη (Isentress, της Merck) είναι ένα βασικό συστατικό στην ART για λοιμώξεις HIV. Έχουν αναπτυχθεί νανοσκευάσματα αναστολέων ιντεγκράσης με σκοπό την αύξηση της διαλυτότητάς τους και την ελεγχόμενη χορήγηση. Η μυριστοϋλιωμένη ντολουτεγκραβίρη προτάθηκε ως σκεύασμα μακράς δράσης κατά της λοίμωξης HIV με δυνατότητα βραδείας αποδέσμευσης [90]. Το 2015, αποδείχθηκε ότι τα νανοσωματίδια χρυσού εσωτερικεύονται εύκολα από λεμφοκύτταρα και μακροφάγα και προτάθηκε ένα συζυγές AuNP της ραλτεγκραβίρης που θα μπορούσε να αναστείλει την αναπαραγωγή του HIV σε περιφερειακά μονοπύρηνα κύτταρα [26]. Το 2020, η ντολουτεγκραβίρη εντοπίστηκε ότι έχει πιθανή ανασταλτική δράση για την ιική πρωτεάση του SARS-CoV-2 [10]. Οι μελέτες στο πεδίο συνεχίζονται.

4. Καψίδια ιών που χρησιμοποιούνται για τη χορήγηση φαρμάκων

Τα σωματίδια που μοιάζουν με ιούς (VLPs) είναι αυτοσυναρμολογούμενα σωματίδια που σχηματίζονται με την ενσωμάτωση ιικών πρωτεϊνών του καψιδίου ή του ιικού περιβλήματος σε διάφορες φυσικές πρωτεΐνες όπως η φερριτίνη ή η βακτηριακή ενκαψουλίνη. Οι πρωτεΐνες παράγονται τυπικά σε ετερόλογα συστήματα. Τα VPL μπορούν ενδεχομένως να χρησιμοποιηθούν σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένης της ανάπτυξης φαρμάκων, ανοσοθεραπειών, εμβολίων, γονιδιακών θεραπειών, απεικόνισης και άλλων. Τα ιοσώματα είναι VLP που διαθέτουν μια πρόσθετη διπλοστιβάδα φωσφολιπιδίου που ενσωματώνει τις γλυκοπρωτεΐνες του περιβλήματος του ιού (π.χ. αιμοσυγκολλητίνη). Ένα σχηματικό μπορεί να προβληθεί στο Σχ. 5.

Οι πρωτεΐνες μπορούν να τροποποιηθούν ή να συζευχθούν με πεπτίδια, τοξίνες, χημειοθεραπευτικά, siRNA, κβαντικές κουκκίδες, κ.λπ. προκειμένου να επιτευχθεί στόχευση σε μια συγκεκριμένη θέση και/ή χρονισμός απελευθέρωσης του εγκλεισμένου παράγοντα.

Τα φυσικά ιικά σωματίδια μπορεί, ως απόκριση σε ερεθίσματα όπως η αλλαγή του pH ή της θερμοκρασίας, να απελευθερώσουν μονάδες ή τμήματα του καψιδίου ή του περιβλήματος τους που δεν διαθέτουν το γονιδίωμα του ιού. Ομοίως, τα ιικά σωματίδια μπορούν να αποσυναρμολογηθούν και να επανασυναρμολογηθούν σε VLP υπό συγκεκριμένες συνθήκες [58]. Τα VLP μοιάζουν με τη μορφολογία των ιικών σωματιδίων άγριου τύπου, παρουσιάζουν τον ίδιο τροπισμό και ενδοκυτταρική κατανομή, αλλά δεν περιλαμβάνουν το νουκλεϊκό οξύ του ιού που τα καθιστά, στην πραγματικότητα, ισοδύναμα ιών χωρίς γονιδίωμα. Έτσι, το φορτίο του κυστιδίου (φάρμακα, αντισώματα, φθορίζουσες βαφές, παράγοντες αντίθεσης, κ.λπ.) μπορεί να παραδοθεί σε έναν συγκεκριμένο τύπο του κυττάρου στόχου χρησιμοποιώντας αλληλεπιδράσεις κυττάρου-κυττάρου παρόμοιες με την αλληλεπίδραση ιού-κυττάρου. Τα VLP μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανάπτυξη νέων υλικών όπως καταλύτες, βιομιμητικά ή επιλεκτικά στοχευμένα μέσα απεικόνισης [14, 58].

Εικόνα 5. Σχηματική αναπαράσταση ενός σωματιδίου που μοιάζει με ιό (το περίβλημα των φωσφολιπιδίων δεν φαίνεται).

Τα VLPs έχουν χρησιμοποιηθεί για το σχεδιασμό εμβολίων κατά της ανθρώπινης νόσου από το 2017, όταν οι Kanekiyo et al. δημιούργησε μια πρωτεΐνη σύντηξης αιμοσυγκολλητίνης-φερριτίνης που θα αυτοσυγκεντρωνόταν αυθόρμητα για να δημιουργήσει νανοσωματίδια που παρουσιάζουν τριμερή αιμοσυγκολλητίνης στην επιφάνειά της. Ομοίως, ένα εμβόλιο κατά του RSV αναπτύχθηκε αργότερα που παρουσίασε το F-αντιγόνο του RSV [30].

Τα σωματίδια που μοιάζουν με ιούς υπόσχονται πολλά μεταξύ των σύγχρονων προσεγγίσεων που βασίζονται σε νανοτεχνολογία για τη βελτίωση της ασφάλειας και της αποτελεσματικότητας των φαρμάκων. Τα VLP είναι, γενικά, πιο ασφαλή στη χρήση από τους ιικούς φορείς στη διαδικασία ανάπτυξης εμβολίου. Ένα πιθανό μειονέκτημα των VLP είναι η ανοσογονικότητά τους λόγω της παρουσίας ιικών πρωτεϊνών. Δεδομένου ότι οι πρωτεΐνες παράγονται σε βακτήρια, ωστόσο, η έκφρασή τους δεν περιλαμβάνει τυπικά μετα-μεταφραστική επεξεργασία που μπορεί στην πραγματικότητα να μειώσει τον κίνδυνο για ανοσοαπόκριση μετά τη μετάφραση [58, 3].

Τα φάρμακα με υψηλή τοξικότητα μπορούν να παραδοθούν με ασφάλεια και αποτελεσματικότητα στον στόχο χρησιμοποιώντας VLP. Οι Ashley et al. χρησιμοποίησαν VLP για να απελευθερώσουν ενθυλακωμένη δοξορουβικίνη σε κύτταρα ανθρώπινου ηπατοκυτταρικού καρκινώματος (Hep3B) που ήταν γνωστό ότι χρησιμοποιούν τον μηχανισμό εκροής Pgp για την αποβολή χημειοθεραπευτικών φαρμάκων [6]. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα ιικά σωματίδια με δοξορουβικίνη, σισπλατίνη και 5-φθοροουρακίλη θα μπορούσαν να αναστείλουν την ανάπτυξη καρκινικών κυττάρων σε σημαντικά χαμηλότερα επίπεδα του φαρμάκου.

Η τροποποίηση (λειτουργικότητα, διακόσμηση) των πρωτεϊνών στα VLP μπορεί να αυξήσει τη συγγένειά τους με τον στόχο και να βελτιώσει την απελευθέρωση του φαρμάκου. Η διακόσμηση των VLP με τμήματα βιοτίνης προκειμένου να διασφαλιστεί η στόχευση μέσω αλληλεπίδρασης αβιδίνης-βιοτίνης αναφέρθηκε το 2007 [67].

Το 2020, τρεις τύποι υποψηφίων εμβολίων mRNA που βασίζονται σε VLP δοκιμάστηκαν σε μοντέλα ποντικών. Τα VLP παρουσίασαν την ακίδα, τη μεμβράνη και την πρωτεΐνη φακέλου του SARS-CoV-2. Οι εκφρασθείσες πρωτεΐνες ενθυλακώθηκαν σε νανοσωματίδια λιπιδίου και διαμολύνθηκαν σε καλλιεργημένα κύτταρα, στη συνέχεια τα VLPs εκκρίθηκαν από τα κύτταρα στο μέσο καλλιέργειας. Τα αποτελέσματα ήταν ενθαρρυντικά, αν και τα επίπεδα αντισωμάτων των εμβολιασμένων ποντικών μειώθηκαν γρήγορα λίγο μετά τον εμβολιασμό [41]. Το 2022, οι Yilmaz et al. ανέφερε τα πρώτα αποτελέσματα ανάπτυξης και προκλινικής αξιολόγησης εμβολίου με βάση το VLP κατά του SARS-CoV-2 που δοκιμάστηκε σε καλλιεργημένα κύτταρα και σε ζωικά μοντέλα. Τα VLP εξέφρασαν και τις 4 δομικές πρωτεΐνες του SARS-CoV-2. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το εμβόλιο πυροδότησε μια ισχυρή απόκριση των Τ-κυττάρων και μείωσε σημαντικά το ιικό φορτίο στα εμβολιασμένα μολυσμένα ζώα [96].

Το Covifenz (από τη Medicago και την GSK) είναι ένα εμβόλιο που βασίζεται σε VLPs. Οι δοκιμές Φάσης ΙΙΙ ολοκληρώθηκαν στις αρχές Φεβρουαρίου 2022. Σύμφωνα με τους κατασκευαστές, το Covifenz έχει ήδη εγκριθεί για χρήση από την Health Canada [Το εμβόλιο COVID-19 που κατασκευάστηκε στον Καναδά της Medicago εγκρίθηκε από την Health Canada | Globalnews.ca].

Από τον Φεβρουάριο του 2022, δεν έχει αναφερθεί ή εγκριθεί κανένα φάρμακο με βάση το VLP για τη θεραπεία του COVID-19. Μπορεί να χρειαστεί μελλοντική έρευνα σχετικά με τις πιθανές εφαρμογές των VLP στη θεραπεία του SARS-CoV-2 και τις σχετικές συνθήκες προτού εγκριθούν οποιοδήποτε προϊόν.

---

Τεστ LO 4.2

---

Βιβλιογραφια

1. Ahn D., Lee W., Choi J.K., Kim S.J., Plant E.P., Almazán F., Taylor D.R., et al. (2011).  Interference of ribosomal frameshifting by antisense peptide nucleic acids suppresses SARS coronavirus replication. Antiviral Res, 91(1), 1-10.
2. Al-Bari M. (2015). Chloroquine analogues in drug discovery: new directions of uses, mechanisms of actions and toxic manifestations from malaria to multifarious diseases. J Antimicrob Chemother, 70, 1608–1621.
3. Aljabali A., Hassan S., Pabari R., Shahcheraghi S., Mishra V., Charbe N., Chellappan D., et al. (2021). The viral capsid as novel nanomaterials for drug delivery. Future Sci OA, 7(9), FSO744.
4. Ambike S., Cheng C., Feuerherd M., Velkov S., Baldassi D., Afridi S.Q., Porras-Gonzalez D., et al., (2022). Targeting genomic SARS-CoV-2 RNA with siRNAs allows efficient inhibition of viral replication and spread. Nucleic Acids Res, 50(1), 333-349.
5. Del Amo J., Polo R., Moreno S., Díaz A., Martínez E., Arribas J., Jarrín I., et al., and The Spanish HIV/COVID-19 Collaboration. (2020). Incidence and Severity of COVID-19 in HIV-Positive Persons Receiving Antiretroviral Therapy: A Cohort Study Ann Intern Med, 173(7), 536-541.
6. Ashley C., Carnes E., Phillips G., Durfee P., Buley M., Lino C., Padilla D., et al. (2011). Cell-specific delivery of diverse cargos by bacteriophage MS2 virus-like particles. ACS Nano, 5(7), 5729-45.
7. Augustine R., Ashkenazi D.L., Arzi R.S., Zlobin V., Shofti R. and Sosnik A. (2018). Nanoparticle-in-microparticle oral drug delivery system of a clinically relevant darunavir/ritonavir antiretroviral combination. Acta Biomater, 74, 344-359.
8. Auría-Soro C., Nesma T., Juanes-Velasco P., Landeira-Viñuela A., Fidalgo-Gomez H., Acebes-Fernandez V., Gongora R., et al. (2019). Interactions of Nanoparticles and Biosystems: Microenvironment of Nanoparticles and Biomolecules in Nanomedicine.Nanomaterials (Basel), 9(10), 1365.
9. Balwani M., Sardh E., Ventura P., Peiró P., Rees D., Stölzel U., Bissell D., et al., and ENVISION Investigators. (2020). Phase 3 Trial of RNAi Therapeutic Givosiran for Acute Intermittent Porphyria. Clinical Trial N Engl J Med, 382(24):2289-2301.
10. Beck B., Shin B., Choi Y., Park S. and Kang K. (2020). Predicting commercially available antiviral drugs that may act on the novel coronavirus (SARS-CoV-2) through a drug-target interaction deep learning mode. Comput Struct Biotechnol J, 18, 784-790.
11. Bigini P., Gobbi M., Bonati M., Clavenna A., Zucchetti M., Garattini S. and Pasut G. (2021). The role and impact of polyethylene glycol on anaphylactic reactions to COVID-19 nano-vaccines. Nature Nanotechnol, 16, 1169-1171.
12. Bhushan B., Wanve S., Koradia P., Bhomia V., Soni P., Chakraborty S., Khobragade A., et al., and Study Investigators Group. (2021). Efficacy and safety of pegylated interferon-α2b in moderate COVID-19: a phase 3, randomized, comparator-controlled, open-label study. Clinical Trial Int J Infect Dis, 111, 281-287.
13. Chakarov S., Petkova R., Russev G. (2008). Rapid and efficient method for production of T4 endonuclease V by heterologous expression in E. coli. Biotechnol Biotechnol Equip, 22(4), 1011-1012.
14. Chakravarty M. and Vora A. (2021). Nanotechnology-based antiviral therapeutics. Drug Deliv Transl Res, 11(3), 748-787.
15. Chang Y., Tung Y., Lee K., Chen T., Hsiao Y., Chang H., Hsieh T., et al. (2020). Potential Therapeutic Agents for COVID-19 Based on the Analysis of Protease and RNA Polymerase Docking. Preprint. February 2020, DOI:10.20944/preprints202002.0242.v1.
16. Cho S., Woo H., Kim K., Oh J. and Jeong Y. (2011). Novel system for detecting SARS coronavirus nucleocapsid protein using an ssDNA aptamer. J Biosci Bioeng, 112(6), 535-40.
17. Davoudi-Monfared E., Rahmani H., Khalili H., Hajiabdolbaghi M., Salehi M., Abbasian L., Kazemzadeh H. and Yekaninejad M. (2020). A Randomized Clinical Trial of the Efficacy and Safety of Interferon β-1a in Treatment of Severe COVID-19. Antimicrob Agents Chemother, 64(9), e01061-20.
18. Desai J. and Thakkar H. (2018). Darunavir-Loaded Lipid Nanoparticles for Targeting to HIV Reservoirs. AAPS PharmSciTech, 19(2), 648–660.
19. Ditzler M., Bose D., Shkriabai N., Marchand B., Sarafianos S., Kvaratskhelia M., Burke D. (2011). Broad-spectrum aptamer inhibitors of HIV reverse transcriptase closely mimic natural substrates. Nucleic Acids Res, 39(18), 8237-8247.
20. Duncan R., Vicent M., Greco F. and Nicholson R. (2005). Polymer–drug conjugates: towards a novel approach for the treatment of endrocine-related cancer. Endocr Relat Cancer, 12(Suppl. 1), S189–S199.
21. Estébanez M., Ramírez-Olivencia G., Mata T., Martí D., Gutierrez C., de Dios B., Herrero M., et al., and COVID 19 Central Defense Hospital “Gomez Ulla” Team. (2020). Clinical evaluation of IFN beta1b in COVID-19 pneumonia: a retrospective study. Preprint from medRxiv, 19 May 2020, DOI: 10.1101/2020.05.15.20084293.
22. Ferreira D., Barbosa J., Sousa D.A., Silva C., Melo L.D.R., Avci-Adali M., Wendel H.P., et al. (2021). Selection of aptamers against triple negative breast cancer cells using high throughput sequencing. Sci Rep, 11(1), 8614.
23. Fiandra L., Colombo M., Mazzucchelli S., Truffi M., Santini B., Allevi R., Nebuloni M., et al. (2015). Nanoformulation of antiretroviral drugs enhances their penetration across the blood brain barrier in mice. Nanomedicine, 11(6), 1387-1397.
24. Fodor-Kardos A., Kiss A., Monostory K. and Feczkó T. (2020). Sustained in vitro interferon-beta release and in vivo toxicity of PLGA and PEG-PLGA nanoparticles. RSC Adv, 10, 15893.
25. Frediansyah A., Tiwari R., Khan S., Dhama K. and Harapan H. (2021). Antivirals for COVID-19: A critical review. Clin Epidemiol Glob Health, 9, 90-98.
26. Garrido C., Simpson C., Dahl N., Bresee J., Whitehead D., Lindsey E., Harris T., et al. (2015). Gold nanoparticles to improve HIV drug delivery. Future Med Chem, 7(9): 1097–1107.
27. Giovannini G., Haick H. and Garoli D. (2021). Detecting COVID-19 from Breath: A Game Changer for a Big Challenge. ACS Sens, 6(4), 1408–1417.
28. Ghosh A., Osswald H., Prato G. (2016). Recent Progress in the Development of HIV-1 Protease Inhibitors for the Treatment of HIV/AIDS. J Med Chem, 59(11), 5172–5208.
29. Gong Y., Chowdhury P., Nagesh P., Cory T., Dezfuli C., Kodidela S., Singh A., et al. (2019). Nanotechnology approaches for the delivery of cytochrome P450 substrates in HIV treatment. Expert Opin Drug Deliv, 16(8), 869–882.
30. Ha B., Yang J., Chen X., Jadhao S., Wright E. and Anderson L. (2020). Two RSV Platforms for G, F, or G+F Proteins VLPs. Viruses, 12(9), 906.
31. Huang L., Luo Y., Sun X., Ju H., Tian J. and Yu B.Y. (2017). An artemisinin-mediated ROS evolving and dual protease light-up nanocapsule for real-time imaging of lysosomal tumor cell death. Biosens Bioelectron, 92, 724-732.
32. Hung I., Lung K., Tso E., Liu R., Chung T., Chu M., Ng Y., et al. (2020). Triple combination of interferon beta-1b, lopinavir-ritonavir, and ribavirin in the treatment of patients admitted to hospital with COVID-19: an open-label, randomised, phase 2 trial. Lancet, 395(10238), 1695-1704.
33. Idris A., Davis A., Supramaniam A., Acharya D., Kelly G., Tayyar Y., West N., et al. (2021). A SARS-CoV-2 targeted siRNA-nanoparticle therapy for COVID-19. Mol Ther, 29(7), 2219-2226.
34. Kinghorn A., Dirkzwager R., Liang S., Cheung Y., Fraser L., Shiu S., Tang M., Tanner J. (2016). Aptamer Affinity Maturation by Resampling and Microarray Selection. Anal Chem., 88(14), 6981-5.
35. Kumar A., Mancy S., Manjunath K., Kulkarni S. and Jagadeesh R. (2019). Formulation and Evaluation of Fluvoxamine Maleate Loaded Lipid Nanoparticle. Int J Pharm Sci Nanotechnol, 12(4), 4593-4600.
36. Lee M., Yang J., Jung H., Beack S., Choi J., Hur W., Koo H. et al. (2012).  Hyaluronic Acid–Gold Nanoparticle/Interferon α Complex for Targeted Treatment of Hepatitis C Virus Infection. ACS Nano, 6(11), 9522–9531.
37. Li H., Tatematsu K., Somiya M., Iijima M. and Kuroda S. (2018). Development of a macrophage-targeting and phagocytosis-inducing bio-nanocapsule-based nanocarrier for drug delivery. Acta Biomater, 73, 412-423.
38. Li W., Wu J., Zhan P., Chang Y., Pannecouque C., De Clercq E. and Liu X. (2012). Synthesis, drug release and anti-HIV activity of a series of PEGylated zidovudine conjugates. Int J Biol Macromol, 50(4), 974-980.
39. Lim S., Hor C., Tay K., Mat Jelani A., Tan W., Ker H., Chow T., et al., and I-TECH Study Group. (2022). Efficacy of Ivermectin Treatment on Disease Progression Among Adults With Mild to Moderate COVID-19 and Comorbidities: The I-TECH Randomized Clinical Trial. JAMA Intern Med, 2022 Feb 18. doi: 10.1001/jamainternmed.2022.0189. (online ahead of print).
40. Liu S., Wang Z., Xie H., Liu A., Lamb D. and Pang D. (2020). Single-Virus Tracking, From Imaging Methodologies to Virological Applications. Chem Rev, 120, 1936-1979.
41. Lu J., Lu G., Tan S., Xia J., Xiong H., Yu X., Qi Q., et al. (2020). A COVID-19 mRNA vaccine encoding SARS-CoV-2 virus-like particles induces a strong antiviral-like immune response in mice. Cell Res, 30(10), 936-939.
42. Mahajan S., Roy I., Xu G., Yong K.T., Ding H., Aalinkeel R., Reynolds J., et al. (2010). Enhancing the delivery of anti retroviral drug Saquinavir across the blood brain barrier using nanoparticles. Curr HIV Res, 8, 396–404.
43. Kawata Mahlknecht G., Sela M. and Yarden Y. (2015). Aptamer Targeting the ERBB2 Receptor Tyrosine Kinase for Applications in Tumor Therapy. Methods Mol Biol, 1317, 3-15.
44. Malhani A., Enani M., Saheb Sharif-Askari F., Alghareeb M., Bin-Brikan R., AlShahrani S., Halwani R., et al. (2021). Combination of (interferon beta-1b, lopinavir/ritonavir and ribavirin) versus favipiravir in hospitalized patients with non-critical COVID-19: A cohort study. PLoS One, 16(6), e0252984.
45. Mann A., Somasunderam A., Nieves-Alicea R., Li X., Hu A., Sood A., Ferrari M., et al. (2010). Identification of thioaptamer ligand against E-selectin: Potential application for inflamed vasculature targeting. PLoS ONE, 5, e13050.
46. Mary A., Hénaut L., Macq P.Y., Badoux L., Cappe A., Porée T., Eckes M., et al. (2020). Rationale for COVID-19 Treatment by Nebulized Interferon-β-1b–Literature Review and Personal Preliminary Experience. Front Pharmacol, 11, 592543.
47. Medeiros I., Khayat A., Stransky B., Santos S., Assumpção P. and de Souza J. (2021). A small interfering RNA (siRNA) database for SARS-CoV-2. Nature Sci Rep, 11, 8849.
48. Mikhaylov E., Lyubimtseva T., Vakhrushev A., Stepanov D., Lebedev D., Vasilieva E., Konradi A., et al. (2022). Bromhexine Hydrochloride Prophylaxis of COVID-19 for Medical Personnel: A Randomized Open-Label Study. Interdiscip Perspect Infect Dis, 2022, 4693121.
49. Mishra S., Malhotra P., Gupta A.K., Singh P.K., Mishra A.K., Javed S. and Kumar R. (2014). Novel method for screening of radioprotective agents providing protection to DNA ligase against gamma radiation induced damage. Int J Radiat Biol, 90(2), 187-192.
50. Mohammed S. and Shaaban E. (2019). Efficacious nanomedicine track toward combating COVID-19. Randomized Controlled Trial. N Engl J Med, 381(24), 2293-2303.
51. Moitra P., Alafeef M., Dighe K., Frieman M. and Pan D. (2020). Selective Naked-Eye Detection of SARS-CoV-2 Mediated by N Gene Targeted Antisense Oligonucleotide Capped Plasmonic Nanoparticles. ACS Nano, 14, 7617-7627.
52. Monk P., Marsden R., Tear V., Brookes J., Batten T., Mankowski M., Gabbay F., et al., and Inhaled Interferon Beta COVID-19 Study Group. (2021). Collaborators, Safety and efficacy of inhaled nebulised interferon beta-1a (SNG001) for treatment of SARS-CoV-2 infection: a randomised, double-blind, placebo-controlled phase 2 trial. Clinical Trial Lancet Respir Med, 9(2), 196-206.
53. Musafia B., Oren-Banaroya R. and Noiman S. (2014). Designing anti-influenza aptamers: novel quantitative structure activity relationship approach gives insights into aptamer-virus interaction. PLoS One, 9(5), e97696.
54. Nasserie T., Hittle M. and Goodman S. (2021). Assessment of the Frequency and Variety of Persistent Symptoms Among Patients With COVID-19: A Systematic Review. JAMA Network Open, 4 (5), e2111417.
55. Negi J., Chattopadhyay P., Sharma A.K., and Ram V. (2013). Development of solid lipid nanoparticles (SLNs) of lopinavir using hot self nano-emulsification (SNE) technique. Eur J Pharm Sci, 48(1–2), 231-239.
56. Neuman B., Stein D., Kroeker A., Bestwick R., Iversen P., Moulton H., and Buchmeier M. (2006). Inhibition and Escape of SARS-CoV Treated with Antisense Morpholino Oligomers. In: The Nidoviruses, 581, 567–571.
57. Nimjee S., Povsic T., Sullenger B. and Becker R. (2016). Translation and Clinical Development of Antithrombotic Aptamers. Nucleic Acid Ther, 26(3), 147-155.
58. Nooraei S., Bahrulolum H., Hoseini Z., Katalani C., Hajizade A., Easton A. and Ahmadian G. (2021). Virus-like particles: preparation, immunogenicity and their roles as nanovaccines and drug nanocarriers. J Nanobiotechno, 19, 59.
59. Owen D., Allerton C., Anderson A., Aschenbrenner L., Avery M., Berritt S., Boras B., et al. (2021). An oral SARS-CoV-2 M(pro) inhibitor clinical candidate for the treatment of COVID-19. Science 374(6575), 1586-1593.
60. Panner Selvam R. and Kulkarni P. (2014). Design and Evaluation of Self Nanoemulsifying Systems for Poorly Water Soluble HIV Drug. J PharmaSciTech, 4(1).
61. Puri A., Loomis K., Smith B., Lee J-H., Yavlovich A., Heldman E. and Blumenthal R. (2009). Lipid-based nanoparticles as pharmaceutical drug carriers: from concepts to clinic. Crit Rev Ther Drug Carrier Syst, 26, 523–580.
62. Rabowsky J., Dukes A., Lee D. and Leong K. (1996). The use of bioerodible polymers and daunorubicin in glaucoma filtration surgery. Clin Trial Ophthalmol, 103(5), 800-807.
63. Samson R., Navale G. and Dharne M.  (2020). Biosensors: frontiers in rapid detection of COVID-19. J Biotech, 10(9), 385.
64. Rahmani H., Davoudi-Monfared E., Nourian A., Khalili H., Hajizadeh N., Jalalabadi N., Fazeli M., et al (2020). Interferon beta-1b in treatment of severe COVID-19: A randomized clinical trial. Int Immunopharmacol, 88, 106903.
65. Rasmi Y., Saloua K., Nemati M., and Choi J. (2021). Recent Progress in Nanotechnology for COVID-19 Prevention, Diagnostics and Treatment.  Review Nanomaterials (Basel), 11(7), 1788.
66. Ravi P., Vats R., Dalal V., Nitin Gadekar N. (2015). Design, optimization and evaluation of poly-ɛ-caprolactone (PCL) based polymeric nanoparticles for oral delivery of lopinavir. Drug Dev Ind Pharm,41(1), 131–140.
67. Reches M. and Gazit E. (2007). Biological and chemical decoration of peptide nanostructures via biotin-avidin interactions.  J Nanosci Nanotechnol, 7(7), 2239-2245.
68. de M Ribeiro N. and Fonseca B. (2020). The role of pharmaceutical nanotechnology in the time of COVID-19 pandemic Review Future Microbiol, 15, 1571-1582.
69. Roberts D., Rossman J. and Jarić I. (2021). Dating first cases of COVID-19. PLOS Pathogens, June 24, 2021, https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1009620.
70. Roh C. and Jo S. (2011). Quantitative and Sensitive Detection of SARS Coronavirus Nucleocapsid Protein Using Quantum Dots-Conjugated RNA Aptamer on Chip. J Chem Technol Biotechnol, 86, 1475-1479.
71. Rose K., Alves Ferreira-Bravo I., Li M., Craigie R., Ditzler M., Holliger P. and DeStefano J. (2019). Selection of 2′-Deoxy-2′-Fluoroarabino Nucleic Acid (FANA) Aptamers That Bind HIV-1 Integrase with Picomolar Affinity. ACS Chem Biol, 14(10), 2166-2175.
72. Rosenberg J., Bambury R., Van Allen E., Drabkin H., Lara P. Jr., Harzstark A., Wagle N., et al. (2014). A phase II trial of AS1411 (a novel nucleolin-targeted DNA aptamer) in metastatic renal cell carcinoma. Invest New Drugs, 32(1), 178-187.
73. Roy U., Rodríguez J., Barber P., das Neves J., Sarmento B. and Nair M. (2015). The potential of HIV-1 nanotherapeutics: from in vitro studies to clinical trials. Nanomedicine (London, England), 10(24), 3597–3609.
74. Sabourian P., Yazdani G., Ashraf S., Frounchi M., Mashayekhan S., Kiani S. and Kakkar A. (2020). Effect of Physico-Chemical Properties of Nanoparticles on Their Intracellular Uptake. Int J Mol Sci, 21(21), 8019.
75. Shan B., Broza Y.Y., Li W., Wang Y., Wu S., Liu Z., Wang J., et al. (2020). Multiplexed Nanomaterial-Based Sensor Array for Detection of COVID-19 in Exhaled Breath. ACS Nano, 14(9):12125-12132.
76. Seo G., Lee G., Kim M., Baek S., Choi M., Ku K., Lee C., et al. (2020). Rapid Detection of COVID-19 Causative Virus (SARS-CoV-2) in Human Nasopharyngeal Swab Specimens Using Field-Effect Transistor-Based Biosensor. ACS Nano, 14(4), 5135-5142.
77. Sercombe L., Veerati T., Moheimani F., Wu S.Y., Sood A.K. and Hua S. (2015). Advances and Challenges of Liposome Assisted Drug Delivery. Front Pharmacol, 6, 286.
78. Shan B., Broza Y., Li W., Wang Y., Wu S., Liu Z., Wang J., et al. (2020). Multiplexed Nanomaterial-Based Sensor Array for Detection of COVID-19 in Exhaled Breath. ACS Nano, 14, 12125-12132.
79. Singh G. and Pai RS. (2016). Atazanavir-loaded Eudragit RL 100 nanoparticles to improve oral bioavailability: optimization and in vitro/in vivo appraisal. Drug delivery, 23(2), 532–539.
80. Sodeifian F., Nikfarjam M., Kian N., Mohamed K. and Rezaei N. (2022). The role of type I interferon in the treatment of COVID-19. J Med Virol, 94(1), 63-81.
81. Somvanshi S., Kharat B., Saraf S., Somwanshi S., Shejul S., and Jadhav K. (2020). Multifunctional Nano-Magnetic Particles Assisted Viral RNA-Extraction Protocol for Potential Detection of COVID-19. Mater Res Innov, 25, 169-174.
82. Sun M., Liu S., Wei X., Wan S., Huang M., Song T., Lu Y., et al. (2021). Aptamer Blocking Strategy Inhibits SARS-CoV-2 Virus Infection. Angew Chem Int Ed Engl, 60(18), 10266-10272.
83. Svenson S. and Tomalia DA. (2005). Dendrimers in biomedical applications-reflections on the field. Adv Drug Deliv Rev, 57(15), 2106-2129.
84. Tran S., DeGiovanni P-J., Piel B. and Rai P. (2017). Cancer nanomedicine: a review of recent success in drug delivery. Clin Transl Med, 6, 44.
85. Trujillo C., Nery A., Alves J., Martins A. and Ulrich H. (2007). Development of the anti-VEGF aptamer to a therapeutic agent for clinical ophthalmology. Clin Ophthalmol, 1(4), 393-402.
86. Tsogtbaatar K., Sousa D.A., Ferreira D., Tevlek A., Aydın H.M., Çelik E. and Rodrigues L. (2022). In vitro selection of DNA aptamers against human osteosarcoma. Invest New Drugs, 40(1), 172-181.
87. Tulbah A. and Lee W-H. (2021). Physicochemical Characteristics and In Vitro Toxicity/Anti-SARS-CoV-2 Activity of Favipiravir Solid Lipid Nanoparticles (SLNs). Pharmaceuticals (Basel), 14(10), 1059.
88. Venkatesh D., Baskaran M., Karri V., Mannemala S., Radhakrishna K. and Goti S. (2015). Fabrication and in vivo evaluation of Nelfinavir loaded PLGA nanoparticles for enhancing oral bioavailability and therapeutic effect. Saudi Pharm J, 23(6), 667–674.
89. Veronese F. and Mero A. (2008). The impact of PEGylation on biological therapies. BioDrugs, 22(5), 315-329.
90. Vyas T., Shah L and Amiji M. (2006). Nanoparticulate drug carriers for delivery of HIV/AIDS therapy to viral reservoir sites. Expert Opin Drug Deliv, 3(5), 613–628.
91. Wen W., Chen C., Tang J., Wang C., Zhou M., Cheng Y., Zhou X., et al. (2022). Efficacy and safety of three new oral antiviral treatment (molnupiravir, fluvoxamine and Paxlovid) for COVID-19：a meta-analysis. Ann Med, 54(1), 516-523.
92. Wu J., Wang H. and Li B. (2020). Structure-aided ACEI-capped remdesivir-loaded novel PLGA nanoparticles, toward a computational simulation design for anti-SARS-CoV-2 therapy. Phys Chem Chem Phys, 22, 28434-28439.
93. Vincent M., Bergeron E., Benjannet S., Erickson B., Rollin P., Ksiazek T., Seidah N., et al. (2005). Chloroquine is a potent inhibitor of SARS coronavirus infection and spread. Virol J, 2, 69.
94. Yang Z., Huang Y., Ganesh L., Leung K., Kong W., Schwartz O., Subbarao K., et al. (2004). pH-dependent entry of severe acute respiratory syndrome coronavirus is mediated by the spike glycoprotein and enhanced by dendritic cell transfer through DC-SIGN. J Virol, 78(11), 5642-5550.
95. Yarosh D. (2002). Enhanced DNA repair of cyclobutane pyrimidine dimers changes the biological response to UV-B radiation. Mutat Res, 509(1-2), 221-226.
96. Yilmaz I., Ipekoglu E., Bulbul A., Turay N., Yildirim M., Evcili I., Yilmaz N., et al. (2022). Development and preclinical evaluation of virus-like particle vaccine against COVID-19 infection. Allergy, 77(1), 258-270.
97. Zhao Z., Cui H., Song W., Ru X., Zhou W. and Yu X. (2020), A Simple Magnetic Nanoparticles-Based Viral RNA Extraction Method for Efficient Detection of SARS-CoV-2. bioRxiv, 2020, doi: 10.1101/2020.02.22.961268.

Περίληψη

Ο COVID-19 διαταράσσει την προσφορά και τη ζήτηση τροφίμων με πολύπλοκους τρόπους και συνδέει την κρίση υγείας με μια επισιτιστική κρίση. Ο ιός SARS-CoV-2 αντιπροσωπεύει σταθερό κίνδυνο για την επισιτιστική ασφάλεια. Σε παγκόσμιο επίπεδο, το μεγαλύτερο πρόβλημα για τον τομέα των τροφίμων συνδέεται με τα μέτρα για τον COVID-19 και την αναγκαιότητα διευθετήσεων στον τομέα για την αντιμετώπιση αυτών των μέτρων. Μια άλλη πρόκληση είναι η ανάγκη να βρεθούν εναλλακτικές αγορές για προϊόντα που σχετίζονται με αλλαγές στις καταναλωτικές συνήθειες ως απάντηση στον COVID-19.

Για να σταματήσει ή να ελεγχθεί η εξάπλωση της μόλυνσης από τον κορωνοϊό, έχουν ληφθεί διάφορα μέτρα σε κυβερνητικό επίπεδο. Οι αλλαγές στις απαιτήσεις των καταναλωτών καθώς και οι αλλαγές στις διατροφικές τους συνήθειες οδήγησαν στην απώλεια διαφόρων τομέων επεξεργασίας τροφίμων όπως τα γαλακτοκομικά, η ζάχαρη, το κρέας και τα πουλερικά. Το «Σχέδιο στρατηγικής ετοιμότητας και αντίδρασης» του ΠΟΥ προέβλεψε τα μέτρα υγείας που έπρεπε να συμπεριλάβουν όλες οι χώρες ως απάντηση στην πανδημία του COVID 19. Προς το παρόν, δεν υπάρχει καμία απόδειξη του SARS-CoV-2, ή οποιασδήποτε άλλης λοίμωξης του αναπνευστικού, που να παραδίδεται με τρόφιμα ή συσκευασίες τροφίμων. Ωστόσο, απαιτούνται τυπικές διαδικασίες καθαρισμού και απολύμανσης για τον SARS-CoV-2, σωματική απόσταση, συμμετοχή των υπευθύνων επιχειρήσεων τροφίμων και των εργαζομένων στον τομέα των τροφίμων με γνώμονα τα παγκόσμια πρότυπα ασφάλειας τροφίμων και τη διασφάλιση της συνοχής στην ποιότητα και την ασφάλεια των προϊόντων διατροφής.

Λέξεις κλειδιά: επιχείρηση τροφίμων, υπηρεσία προμήθειας τροφίμων, επεξεργασία τροφίμων, μετά την πανδημία

1. Εισαγωγή

Σε παγκόσμιο επίπεδο, υπάρχει αρκετό φαγητό, αλλά ο COVID-19 διαταράσσει την προσφορά και τη ζήτηση με πολύπλοκους τρόπους και η κρίση υγείας συνδέεται με μια επισιτιστική κρίση. Επιπλέον, ο αγροτικός τομέας της οικονομίας έχει οριστεί από τις περισσότερες χώρες να εξαιρεθεί από τα μέτρα περιορισμού των επιχειρήσεων και περιορισμού. Ο άμεσος αντίκτυπος της πανδημίας COVID-19 στην πρωτογενή γεωργία είναι περιορισμένος για πολλές χώρες, καθώς η ασθένεια δεν επηρεάζει τους φυσικούς πόρους στους οποίους βασίζεται η παραγωγή τροφίμων. Ωστόσο, ο ιός αποτελεί σταθερό κίνδυνο για την επισιτιστική ασφάλεια και τα μέσα διαβίωσης στις χώρες με χαμηλότερο επίπεδο ζωής, όπου τα συστήματα γεωργικής παραγωγής έχουν λιγότερη ικανότητα να αντιμετωπίσουν ένα τόσο ισχυρό μακροοικονομικό σοκ.
Δεδομένου ότι τα τρόφιμα είναι βασική ανάγκη, το επίπεδο της ζήτησης τροφίμων θα πρέπει να επηρεάζεται λιγότερο από την κρίση σε σχέση με τη ζήτηση για άλλα αγαθά και υπηρεσίες. Ωστόσο, εμφανίστηκε μια σημαντική αλλαγή στη δομή της ζήτησης, που συνδέεται με τις έντονες απαιτήσεις από εστιατόρια, ξενοδοχεία και υπηρεσίες εστίασης, το κλείσιμο των ανοιχτών αγορών και την άνοδο της ζήτησης από τα σούπερ μάρκετ. Επί του παρόντος, υπάρχουν ενδείξεις ότι οι επιχειρήσεις κατά μήκος της τροφικής αλυσίδας προσαρμόζονται ήδη στις αλλαγές της ζήτησης, χρησιμοποιώντας διαφορετικές προσεγγίσεις:
– Αλλαγή γραμμών παραγωγής,
– Ενισχύοντας τις δυνατότητές τους να διαχειρίζονται μεγαλύτερους καταλόγους,
– Οργάνωση ηλεκτρονικού εμπορίου μέσω της χρήσης διαδικτυακών πλατφορμών,
– Εκμετάλλευση προγραμμάτων άμεσης παράδοσης,
– Πρόσληψη προσωπικού σε έκτακτες θέσεις.
Σε παγκόσμιο επίπεδο, και ειδικά στις φτωχότερες χώρες, το μεγαλύτερο πρόβλημα για τον τομέα των τροφίμων συνδέεται με τα μέτρα για τον COVID-19 και την αναγκαιότητα διευθετήσεων στον τομέα για την αντιμετώπιση αυτών των μέτρων (που μπορεί να αυξήσουν το κόστος). Μια άλλη πρόκληση είναι η ανάγκη να βρεθούν εναλλακτικές αγορές για προϊόντα που σχετίζονται με αλλαγές στις καταναλωτικές συνήθειες ως απάντηση στον COVID-19. Πώς γίνονται εμφανείς όλες αυτές οι αλλαγές στο πλαίσιο του συστήματος τροφίμων;

2. Επιπτώσεις πανδημίας στον τομέα των τροφίμων

Για να σταματήσει ή να ελεγχθεί η εξάπλωση της μόλυνσης από τον κορωνοϊό, έχουν ληφθεί διάφορα μέτρα σε κυβερνητικό επίπεδο. Οι αλλαγές στις απαιτήσεις των καταναλωτών καθώς και οι αλλαγές στις διατροφικές τους συνήθειες οδήγησαν στην απώλεια διαφόρων τομέων επεξεργασίας τροφίμων όπως τα γαλακτοκομικά, η ζάχαρη, το κρέας και τα πουλερικά [7].
– Κατά την περίοδο εφαρμογής των μέτρων ασφαλείας, διάφορες χώρες στον κόσμο εμπλέκονται σε αυστηρούς κανονισμούς καραντίνας που επηρεάζουν τη βιομηχανία γαλακτοκομικών προϊόντων. Η μείωση της ζήτησης για γαλακτοκομικά προϊόντα προκάλεσε μείωση των τιμών και του επιπέδου εξαγωγών τους. [37]. Αυτό αντανακλά επίσης την κοινωνικοοικονομική κατάσταση των εργαζομένων στο γαλακτοκομείο.
– Περιορίστηκε και η λειτουργία της βιομηχανίας επεξεργασίας ζάχαρης, λόγω της πανδημίας του Covid 19. Οι εισαγωγές και οι εξαγωγές ζάχαρης επηρεάστηκαν έντονα, γεγονός που προκάλεσε σοβαρή μείωση της παραγωγής. Αυτό επηρέασε επίσης την παραγωγή αλκοόλ. Η αρνητική επίδραση στις βιομηχανίες επεξεργασίας ζάχαρης συνδέθηκε με την έλλειψη κατάλληλων υλικών συσκευασίας. Μια τέτοια αρνητική επίδραση παρατηρήθηκε και στη γαλακτοκομική βιομηχανία.
– Εκτός από τις βιομηχανίες γαλακτοκομικών προϊόντων και ζάχαρης, το ίδιο αποτέλεσμα παρατηρείται στη βιομηχανία κρέατος, πουλερικών και θαλασσινών. Οι βιομηχανίες μεταποίησης κρέατος και πουλερικών είναι ιδιαίτερα ευάλωτες λόγω της ζωτικής σημασίας υποδομής τους στον τομέα των τροφίμων. Η αύξηση των θετικών κρουσμάτων (και θανάτων) στον κορωνοϊό στις εγκαταστάσεις παραγωγής της βιομηχανίας κρέατος και πουλερικών είχε ως αποτέλεσμα την πλήρη διακοπή λειτουργίας των εργοστασίων. Σύμφωνα με στοιχεία από τον Μάιο του 2020, έκλεισαν είκοσι βιομηχανικά εργοστάσια στις ΗΠΑ, μεταξύ των οποίων η Tyson foods, η Plant in Waterloo, η Lowa, άλλα φυτά όπως JBS, Sanderson farms, Hormel foods, National beef και Smithfield food μετά τις αναφορές του COVID -19 λοιμώξεις [11]. Αυτά τα ανησυχητικά δεδομένα προκαλούν πανικό σχετικά με την κατανάλωση κρέατος και θαλασσινών κατά τη διάρκεια της πανδημίας. Για το λόγο αυτό, ο ΠΟΥ συνέστησε τη μείωση των επισκέψεων στις ζωντανές αγορές και της κατανάλωσης κρέατος ωμά ή μη μαγειρεμένα ζωικά προϊόντα. Για τη διαχείριση της πανδημίας εφαρμόστηκαν μέτρα υγιεινής για τον εξοπλισμό παραγωγής και επεξεργασίας κρέατος για τους εργαζόμενους. Επιπλέον, προωθείται η εκπαίδευση των κρεοπωλών και η εκπαίδευσή τους σχετικά με τις πρακτικές παραγωγής καθαρού κρέατος, την επεξεργασία, τη συσκευασία και τη διασφάλιση ποιότητας. [43].

2.1. Πανδημικές επιπτώσεις στα τρόφιμα και τη γεωργία

Το «Σχέδιο στρατηγικής ετοιμότητας και αντίδρασης» του ΠΟΥ [44] προέβλεψε τα μέτρα υγείας που έπρεπε να συμπεριλάβουν όλες οι χώρες ως απάντηση στην πανδημία COVID 19. Ο ΠΟΥ έδειξε τη γνώση που υιοθετήθηκε για τον ιό και μετέτρεψε αυτές τις πληροφορίες για να δημιουργήσει ένα στρατηγικό σχέδιο δράσης για να καθοδηγήσει τους εθνικούς και διεθνείς εταίρους να προετοιμάσουν εθνικά και περιφερειακά επιχειρησιακά σχέδια. Αυτά τα σχέδια ορίζουν βήματα προτεραιότητας και δράσεις σε οκτώ κύρια θέματα:

• Συντονισμός, σχεδιασμός και παρακολούθηση σε επίπεδο χώρας.
•  Επικοινωνία κινδύνου και συμμετοχή της κοινότητας.
•  Ομάδες παρατήρησης, γρήγορης απόκρισης και διερεύνηση υποθέσεων.
•  Σημεία εισόδου
•  Εθνικά εργαστήρια.
•  Πρόληψη και έλεγχος μόλυνσης.
•  Διαχείριση καταστάσεων.
•  Λειτουργική υποστήριξη και υλικοτεχνική υποστήριξη.

Η εκπλήρωση αυτών των μέτρων συνδέεται με την περικοπή χώρων εργασίας και εκπαιδευτικών ιδρυμάτων, καθώς και με τον προσωρινό περιορισμό των μετακινήσεων και των κοινωνικών συναντήσεων. Η ευέλικτη εργασία από το σπίτι και οι διαδικτυακές συναντήσεις εμφανίστηκαν ως τυπικές πρακτικές σήμερα. Ωστόσο, οι άνθρωποι που εργάζονται στη βιομηχανία τροφίμων που δεν έχουν καμία ευκαιρία για απόδοση στο γραφείο στο σπίτι πρέπει να τηρούν τις τυπικές ενέργειες [29, 18, 45]. Ως συνέπεια της κρίσης του COVID-19, ετοιμάστηκε μια λύση για τους εργαζόμενους στα τρόφιμα για την παροχή καθοδήγησης για μια διαδοχική λειτουργία στον εξοπλισμό επεξεργασίας τροφίμων και στη διαχείριση του ιού COVID-19 στη βιομηχανία τροφίμων. Το σχέδιο συζητά τις απαιτήσεις ελέγχου για τον καθαρισμό, την υγιεινή, την απολύμανση του εξοπλισμού, τον έλεγχο και την παρακολούθηση των ατόμων που εργάζονται με COVID-19, τη διαχείριση των ασθενών εργαζομένων και τη χρήση εκπαιδευτικών προγραμμάτων για τους επόπτες για να σταματήσει η εξάπλωση του κορωνοϊού [8].

Κάθε χώρα στον κόσμο πρέπει να ανακαλύψει τον τρόπο με τον οποίο η επιδημία του COVID-19 μπορεί να επηρεάσει τη μεταποιητική βιομηχανία, και ιδιαίτερα τη βιομηχανία τροφίμων.

Η βιομηχανία τροφίμων διαφέρει από άλλες επειδή παράγει προϊόντα σημαντικά για την καθημερινή ζωή και εάν οι μεταποιητές και οι διανομείς μολυνθούν, όλοι οι άνθρωποι κινδυνεύουν [41]. Εξάλλου, σε περιόδους πανδημιών, η βιομηχανία τροφίμων είναι ένας πολύ σημαντικός οικονομικός κλάδος, καθώς αντιμετωπίζει διάφορες προκλήσεις σε σύγκριση με άλλους τομείς, που δεν ευθύνονται για την καθημερινή ζωή, όπως ο τουρισμός και η αεροπορία μεταξύ άλλων. Επί του παρόντος, λόγω της επιδημίας του COVID 19, ορισμένες εταιρείες τροφίμων είναι υποχρεωμένες να εργαστούν σκληρότερα για να ανταποκριθούν στις αυξανόμενες απαιτήσεις των λιανοπωλητών, ενώ άλλες αντιμετωπίζουν προκλήσεις λόγω της πτώσης του εισοδήματός τους. Αυτά επιβάλλουν ακόμη και ανάγκες για κλείσιμο (προσωρινά ή οριστικά) επιχειρήσεων. Η τρέχουσα πανδημία έχει δείξει ότι εταιρείες με εύρος δραστηριότητας σε διαφορετικές επιχειρήσεις συνδέονται στενά σε όλο τον κόσμο [11, 37]. Ανεξάρτητα για ποιον υποκατάστημα μιλάμε, βασικό μέλημα των εταιρειών τροφίμων είναι:

• Να διαφυλάξουν την υγεία των εργαζομένων τους
• Να παρέχει επαρκές εργατικό δυναμικό για τη διευκόλυνση των κανονικών κύκλων παραγωγής και την αποφυγή ελλείψεων που οφείλονται σε άρρωστους ή απρόθυμους να εργαστούν λόγω φόβου κορονοϊού.

Αυτό σημαίνει ότι είναι ζωτικής σημασίας η υπεράσπιση και η διατήρηση της υγείας των ανθρώπων που βρίσκονται στην προσφορά τροφίμων κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου κρίσης [18, 44].

Η ενεργή εκμετάλλευση της αλυσίδας διανομής με στρατηγικές διαχείρισης της προσφοράς είναι βολικό για να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις των καταναλωτών [12]. Αυτή η διαδικασία διατηρείται με την ενεργό συμμετοχή και συμβολή όλων των ενδιαφερομένων, παρέχοντας στους καταναλωτές εμπιστοσύνη για την ασφάλεια και την ασφάλεια των τροφίμων [18, 44]. Κατά τη διάρκεια μιας περιόδου κρίσης, η επισιτιστική ασφάλεια συνδέεται με την πρόσβαση των καταναλωτών σε τρόφιμα παρά με τη διαθεσιμότητα τροφίμων [31]. Γενικά, οι καταναλωτές δεν γνωρίζουν πάρα πολύ τον τρόπο παροχής τροφίμων στα τραπέζια τους. Ωστόσο, οι ανησυχίες σχετικά με την ασφάλεια των τροφίμων κατά τη διάρκεια της παγκόσμιας πανδημίας έχουν νόημα για τις τεράστιες υποδομές και το εργατικό δυναμικό που μπορούν να διαμορφώσουν έναν ασφαλή και αξιόπιστο εφοδιασμό τροφίμων στον κόσμο. Όταν ξεκίνησε αυτή η παγκόσμια κρίση, οι ανάγκες των καταναλωτών για τρόφιμα έχουν αυξηθεί και ορισμένα ράφια καταστημάτων έχουν ερημώσει προς το παρόν και έχουν πραγματοποιηθεί υπερβολικές αγορές βασικών προϊόντων.

Ανεξάρτητα από την παγκόσμια κλίμακα της πανδημίας, μέχρι στιγμής ο COVID-9 δεν είχε αναφερθεί ότι διαχέεται μέσω της κατανάλωσης τροφίμων. Ως εκ τούτου, όπως σημειώνεται από την Ευρωπαϊκή Αρχή για την Ασφάλεια των Τροφίμων, δεν υπάρχουν δεδομένα που να υποδεικνύουν κίνδυνο για τη δημόσια υγεία που σχετίζεται με τον COVID-19 [16]. Ωστόσο, για τις μολύνσεις που έχουν παρατηρηθεί στην αγορά Xinfandi στην Κίνα, που προκαλούνται από την επεξεργασία του σολομού, μπορεί να αποφασιστεί ότι ο κίνδυνος μετάδοσης του COVID 19 μέσω των τροφίμων είναι χαμηλότερος από τον αντιληπτό κίνδυνο. Σκεπτόμενος την περίοδο επιβίωσης του SARS-CoV-2 σε διαφορετικά υλικά όπως πλαστικό, χάλυβας ή χαρτόνι, είναι εφικτό οι ζωικοί ιστοί (κρέας, ψάρια ή πουλερικά) να θεωρηθούν σταθερή πηγή μετάδοσης τροφιμογενών ασθενειών. Ο έλεγχος υγιεινής των υπευθύνων επιχειρήσεων τροφίμων έχει σκοπό να σταματήσει τη μόλυνση των τροφίμων από οποιοδήποτε παθογόνο και με αυτόν τον τρόπο – να σταματήσει τη μετάδοση του COVID-19 από τα τρόφιμα για τα οποία είναι υπεύθυνοι [3, 10, 15, 32]. Σημειώνεται σε προηγούμενα κρούσματα ότι τα τρόφιμα δεν αποτελούν πηγή διάχυσης κορωνοϊών όπως το MERS και το SARS-CoV λόγω του όξινου pH του στομάχου (pH < 3,5). Ωστόσο, ορισμένοι τρόποι μαγειρέματος και διατροφής μπορούν να προκαλέσουν τη μετάδοση του κοροναϊού από τα ζώα στον άνθρωπο [33].

Για να συνεχίσουμε, πολλά προβλήματα προσδιορίζονται στη βιομηχανία τροφίμων και στην αλυσίδα εφοδιασμού τροφίμων κατά τη διάρκεια της επιδημίας COVID-19. Η πανδημία και οι πολιτικές αντιδράσεις που υιοθετήθηκαν για την αντιμετώπισή της έχουν επηρεάσει τα συστήματα τροφίμων από παγκόσμιο έως τοπικό επίπεδο. Υπάρχουν πολλές διαφορετικές επιπτώσεις από τις αντιδράσεις της πανδημίας και της πανδημίας στα συστήματα τροφίμων του κόσμου. Μεταξύ των σημαντικότερων, μπορούμε να αναφέρουμε τα ακόλουθα:

• Απώλεια εισοδημάτων: Ο αντίκτυπος της πανδημίας COVID-19 στην επισιτιστική ασφάλεια οφείλεται κυρίως στα χαμένα εισοδήματα. Η Παγκόσμια Τράπεζα ανέφερε ότι η παγκόσμια οικονομία συρρικνώθηκε κατά 5 τοις εκατό το 2020, με το μεγαλύτερο βάρος να επωμίζονται οι φτωχοί άνθρωποι. Για παράδειγμα, οι περιορισμοί στα παγκόσμια ταξίδια και φορτία που τέθηκαν σε εφαρμογή για να σταματήσει η εξάπλωση του ιού αντιπροσώπευαν μεγαλύτερο οικονομικό κόστος για τις φτωχές χώρες από τους δικούς τους περιορισμούς πανδημίας. Ο περιορισμός της διασυνοριακής κινητικότητας των ανθρώπων και τα lockdown είναι ο λόγος για τις ελλείψεις στην αγορά εργασίας για τη γεωργία σε πολλές χώρες, ειδικά σε εκείνες που χρειάζονται αιχμής εποχιακές αξιώσεις εργασίας ή παραγωγή εντάσεως εργασίας. Για παράδειγμα, οι νέες ταξιδιωτικές απαγορεύσεις εντός της Ευρωπαϊκής Ένωσης, καθώς και το κλείσιμο του χώρου Σένγκεν, έχουν μειώσει σημαντικά το διαθέσιμο εργατικό δυναμικό για τον τομέα των οπωροκηπευτικών σε πολλές ευρωπαϊκές χώρες.
• Διακοπή των αλυσίδων εφοδιασμού τροφίμων: οι αλυσίδες εφοδιασμού τροφίμων διαταράχθηκαν από τους περιορισμούς της εργασίας και τη μείωση της ζήτησης. Ωστόσο, οι επιπτώσεις διέφεραν κατά μήκος των αλυσίδων αξίας και μεταξύ χωρών και εμπορευμάτων.
• Επισιτιστική ανασφάλεια και διατροφικές απώλειες: Τα μέτρα για την ασφάλεια των τροφίμων πρέπει να τεθούν στο επίκεντρο για την πρόληψη της μετάδοσης του κορωνοϊού μεταξύ των παραγωγών, των λιανοπωλητών και των καταναλωτών. Οι ανησυχίες για την επισιτιστική ασφάλεια έχουν αυξηθεί, που συνδέονται με τους περιορισμούς του lockdown. Οι επιπτώσεις της αυξανόμενης φτώχειας και των συνοπτικών μέσων διαβίωσης αντανακλώνται στη μείωση της ποιότητας της διατροφής και στην αύξηση των επιπέδων επισιτιστικής ανασφάλειας. Επιπλέον, σε περίοδο πανδημιών, οι άνθρωποι πρέπει να ακολουθούν μια υγιεινή διατροφή για να αυτοπρολαμβάνονται και να ενισχύσουν το ανοσοποιητικό σύστημα. Αυτό σχετίζεται άμεσα με την αύξηση της ανάγκης για λειτουργικά τρόφιμα, που περιέχουν βιοενεργά συστατικά [32].

Αειφορία τροφίμων; μεγέθυνση των ελλείψεων και της διαφοράς: Τα προβλήματα βιωσιμότητας των τροφίμων έχουν εμφανιστεί στην πραγματικότητα της πανδημίας COVID-19 [20]. Η πανδημία απέδειξε για άλλη μια φορά την ευαλωτότητα των φτωχών και άλλων μειονεκτούντων ομάδων ανθρώπων.

2.2. Οδηγίες για την πρόληψη της επιρροής του COVID-19 στις επιχειρήσεις τροφίμων

Οι περισσότεροι από τους γνωστούς οργανισμούς όπως τα Κέντρα Ελέγχου και Πρόληψης Νοσημάτων (CDC), η Ευρωπαϊκή Επιτροπή (EC), ο Οργανισμός Τροφίμων και Γεωργίας (FAO), το Διεθνές Συμβούλιο Πληροφοριών για τα Τρόφιμα (IFIC), το Διεθνές Ινστιτούτο Έρευνας για την Πολιτική Τροφίμων (IFPRI), Ο Διεθνής Οργανισμός Εργασίας (ILO), το Διεθνές Κέντρο Εμπορίου (ITC), ο Οργανισμός Οικονομικής Συνεργασίας και Ανάπτυξης (ΟΟΣΑ) και ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας (ΠΟΥ) ασχολούνται με την παροχή καθοδήγησης για την αντιμετώπιση των πρόσφατων προκλήσεων για τα τρόφιμα εφοδιαστική αλυσίδα που επιβλήθηκε από τον COVID-19.

Η πανδημία COVID-19 που προκαλείται από τον SARS-CoV-2 είναι μια άνευ προηγουμένου απειλή για τον ανθρώπινο πληθυσμό και αντιπροσωπεύει γενικά κίνδυνο για τη δημόσια υγεία. Αντιπροσωπεύει επίσης έναν τέτοιο κίνδυνο για την επαγγελματική ασφάλεια των εργαζομένων σε κάθε τύπο επιχείρησης ή βιομηχανίας όπου τα άτομα εργάζονται σε στενή σχέση. Τα τρέχοντα δεδομένα υποδεικνύουν ότι ο ίδιος ο SARS-CoV-2 δεν είναι αποδεκτός ως άμεσος κίνδυνος για την ασφάλεια των τροφίμων. Πολλές χώρες ακολουθούν τη συμβουλή του ΠΟΥ σχετικά με τη συμμετοχή στα μέτρα φυσικής απόστασης, όπως ένα για τη μείωση της μετάδοσης της νόσου [45]. Αυτή η απαίτηση για φυσική απόσταση είχε ως αποτέλεσμα να σταματήσει η δραστηριότητα πολλών επιχειρήσεων και σχολείων και να θέσει περιορισμούς στα ταξίδια και τις κοινωνικές εκδηλώσεις. Ως αποτέλεσμα, ορισμένοι εργαζόμενοι στο σπίτι, τηλεργασία και τέτοια παροχή διαδικτυακών ή διαδικτυακών συζητήσεων και συναντήσεων γίνονται επί του παρόντος πραγματικότητα σε σύγκριση με αυτήν την πρακτική πριν από την πανδημία. Εν τω μεταξύ, πολλοί υπάλληλοι της βιομηχανίας τροφίμων δεν έχουν την ευκαιρία να εργαστούν στο σπίτι και υπάρχει ανάγκη να συνεχίσουν τη δουλειά τους στους συνηθισμένους χώρους εργασίας τους.

Μεγάλα κρούσματα COVID-19 έχουν σημειωθεί μεταξύ των αγροτών και σε εργοστάσια επεξεργασίας τροφίμων. Αυτό πιθανώς συνδέεται με τα περιβάλλοντα εργασίας τους που έχουν ανεπαρκή φυσικό χώρο για την εξασφάλιση της προσωπικής ασφάλειας. Υπό το φως αυτής της καθοδήγησης, οι εργαζόμενοι στη βιομηχανία τροφίμων περιλαμβάνουν όλα τα άτομα που εργάζονται στην επιχείρηση τροφίμων που έχουν επαφή με τρόφιμα ή επιφάνειες τροφίμων. Αυτό περιλαμβάνει όλους τους ανθρώπους που λαμβάνουν χώρα σωματικά στον χώρο επεξεργασίας, συσκευασίας ή χειρισμού τροφίμων. Αυτό το προσωπικό περιλαμβάνει διευθυντές, καθαριστές, εργολάβους συντήρησης, εργάτες διανομής, επιθεωρητές τροφίμων και άλλους. Έτσι, ένα υγιές και επαρκές εργατικό δυναμικό έχει ιδιαίτερη σημασία για τη διατήρηση αποτελεσματικών αλυσίδων εφοδιασμού.

Είναι επίσης σημαντικό οι επιχειρήσεις τροφίμων να υποχρεούνται να λαμβάνουν υπόψη τους ισχύοντες κανονισμούς για τα τρόφιμα καθώς και τυχόν πρόσθετες συμβουλές από τις αρμόδιες αρχές και μέτρα που πρέπει να εφαρμοστούν σε σχέση με την πανδημία. Όλες αυτές οι προσπάθειες είναι βασικές για τη διατήρηση της εμπιστοσύνης και της εμπιστοσύνης των καταναλωτών στην ασφάλεια και τη διαθεσιμότητα των τροφίμων.

2.3. Εξ αποστάσεως διάχυση του COVID-19 μέσω των τροφίμων

Παραδόξως, οι άνθρωποι μπορούν να μολυνθούν με COVID-19 από τρόφιμα ή συσκευασίες τροφίμων [23, 30]. Τα μέχρι σήμερα ευρήματα δεν αναφέρουν ότι η συσκευασία τροφίμων ή τροφίμων είναι σημαντικός τρόπος για τη διάχυση ανθρώπινων αναπνευστικών ασθενειών, συμπεριλαμβανομένου του SARS-CoV-2.

Κατά κύριο λόγο η διάχυση του COVID-19 σχετίζεται με τη στενή επαφή μεταξύ των ανθρώπων μέσω της αναπνευστικής οδού. Απελευθερώνεται μέσω σταγονιδίων και αερολυμάτων που παράγονται από ενέργειες όπως ο βήχας, το φτέρνισμα, οι φωνές, το τραγούδι και η ομιλία [43]. Τα αναπνευστικά σταγονίδια που παράγονται από ένα μολυσμένο άτομο μπορούν να προσγειωθούν σε διαφορετικές επιφάνειες. Οι κοροναϊοί δεν μπορούν να διαδοθούν σε τρόφιμα ή σε άψυχες επιφάνειες. μπορούν να πολλαπλασιαστούν μόνο σε ανθρώπους και ορισμένα ζώα. Κατά τη διάρκεια παρατεταμένης παραμονής στο περιβάλλον, οι ιοί μπορούν να υποβαθμιστούν και να μειώσουν τη λοιμογόνο δράση τους. Ωστόσο, διαφορετικές ερευνητικές εκθέσεις έχουν απεικονίσει τη σταθερότητα του SARS-CoV-2 που διατηρείται σε διαφορετικές επιφάνειες. Συνάγεται το συμπέρασμα ότι ο ιός μπορεί να παραμείνει βιώσιμος για έως και 72 ώρες σε πλαστική και ανοξείδωτη επιφάνεια, έως 4 ώρες σε χαλκό και έως 24 ώρες σε χαρτόνι [42]. Άλλες έρευνες αξιολόγησαν τη σταθερότητα του ιού σε διαφορετικές επιφάνειες σε διαφορετικές θερμοκρασίες ή μέσω αλλαγής άλλων σημαντικών παραμέτρων [13]. Όλα αυτά τα ευρήματα εμπλούτισαν την αντίληψή μας για την επιμονή και την επιβίωση του ιού, τα οποία έχουν μελετηθεί σε εργαστηριακές συνθήκες. Αυτές οι έρευνες έχουν πραγματοποιηθεί σε διατηρούμενη υγρασία, θερμοκρασία και άλλους παράγοντες. Επομένως, τα δεδομένα που λαμβάνονται πρέπει να γίνονται αποδεκτά με προφύλαξη κατά την αξιολόγηση της σταθερότητας του ιού υπό δεδομένες συνθήκες (ψύξη ή κατάψυξη), υψηλή υγρασία κατά την επεξεργασία των τροφίμων, καθώς και συμπεριφορά στο περιβάλλον μεταφοράς.

Έτσι, παρόλα αυτά, η ανίχνευση του ιού ή του ιικού ριβονουκλεϊκού οξέος (RNA) σε τρόφιμα και συσκευασίες τροφίμων, που δίνει ένδειξη για προηγούμενη μόλυνση, δεν υπάρχει απόδειξη του SARS-CoV-2 ή οποιασδήποτε άλλης λοίμωξης του αναπνευστικού συσκευασία τροφίμων ή τροφίμων. Έτσι, τα μολυσμένα με ιούς προϊόντα ή συσκευασίες τροφίμων δεν θεωρούνται πραγματικό πρόβλημα για την ανθρώπινη υγεία. Ο ιός SARS-CoV-2 είναι ευαίσθητος στα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα απολυμαντικά και απολυμαντικά μέσα που χρησιμοποιούνται στο περιβάλλον επεξεργασίας τροφίμων.

2.4. Τυπικές διαδικασίες καθαρισμού και απολύμανσης για τον ιό SARS-CoV-2

Υπό το πρίσμα των προαναφερθέντων, οι διαδικασίες καθαρισμού και απολύμανσης για τον ιό SARS-CoV-2 υπόκεινται σε αυτές που βασίζονται σε απολυμαντικά/απολυμαντικά επιφανειών, οι οποίες περιγράφονται στις οδηγίες των κατασκευαστών για σκοπούς καθαρισμού.

Συνήθως, τα απολυμαντικά με βάση το οινόπνευμα (αιθανόλη, προπαν-2-όλη, προπαν-1-όλη) παρουσιάζουν σημαντική μείωση της λοιμογόνου δράσης των ιών με περίβλημα όπως ο SARS-CoV-2. Επομένως, θα πρέπει να είναι αποτελεσματικά στην απολύμανση του περιβάλλοντος επεξεργασίας τροφίμων.

Ο ΠΟΥ υποστηρίζει την εφαρμογή απολυμαντικών με περισσότερο από 70 τοις εκατό αλκοόλ για επαρκή χρόνο επαφής για απολύμανση [44].

Τα κανονικά απολυμαντικά που περιέχουν δραστικές ενώσεις, με βάση τα άλατα τεταρτοταγούς αμμωνίου και το χλώριο, παρουσιάζουν επίσης ιογενείς ιδιότητες και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για σκοπούς απολύμανσης.

Ο έλεγχος για τον SARS-CoV-2 σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας τροφίμων ή σε συσκευασίες τροφίμων είναι μια δαπανηρή διαδικασία και σε σύγκριση με τη μικροβιολογική δειγματοληψία, η οποία επαληθεύει τα πρωτόκολλα υγιεινής, δεν είναι πρωταρχικής σημασίας. Επιπλέον, είναι χρονοβόρα και δεν βοηθά σε διαδικασίες λήψης αποφάσεων βάσει κινδύνου για την προστασία των καταναλωτών. Αυτός είναι ο λόγος που δεν συνιστάται.

Τα μέτρα απολύμανσης/απολύμανσης θα πρέπει να βασίζονται στον κίνδυνο και να σχετίζονται με το επίπεδο της αναμενόμενης έκθεσης των εργαζομένων στον SARS-CoV-2. Σε αυτό το πλαίσιο, στα μέρη όπου ο SARS-CoV-2 δεν κυκλοφορεί ενεργά, αρκεί να εξασκηθούν οι διαδικασίες των συστημάτων διαχείρισης ασφάλειας τροφίμων που συνάδουν με την κατάσταση. Σε περίπτωση αύξησης της απειλής μόλυνσης από τον COVID-19 στην κοινότητα, τα αποδεκτά μέτρα πρόληψης πρέπει να επεκταθούν. Στην τελευταία αυτή περίπτωση, υπάρχει ανάγκη να επισημανθούν τα απαραίτητα μέτρα για τον έλεγχο του COVID-19 στις επιχειρήσεις τροφίμων, για τη διασφάλιση της ασφάλειας των εργαζομένων και της ασφάλειας του εφοδιασμού τροφίμων. Αυτά τα μέτρα δεν θα πρέπει να θέτουν σε κίνδυνο τους τυπικούς ελέγχους για την ασφάλεια των τροφίμων και τη διαχείριση της ασφάλειας των τροφίμων. μάλλον θα πρέπει να συμπληρώνουν τα ισχύοντα μέτρα για την ασφάλεια των τροφίμων. Καθώς το COVID-19 είναι μια παγκόσμια πανδημία, η εμφάνιση του ιού μπορεί να διαφέρει σοβαρά εντός και μεταξύ των χωρών, και τα μέτρα που λαμβάνονται από τις εθνικές και τοπικές αρχές δημόσιας υγείας πρέπει να είναι σχετικά με αυτές τις τοπικές ή εθνικές ιδιαιτερότητες και, κατά συνέπεια, καλά συντονισμένα.

Οι ακόλουθες βασικές εκτιμήσεις στο υλικό καθοδήγησης του FAO/WHO πρέπει να ληφθούν υπόψη [18, 43]:

• Το COVID-19 δεν είναι τροφιμογενής ασθένεια. Βλέπε τη γνώμη της Διεθνούς Επιτροπής για τις Μικροβιολογικές Προδιαγραφές για τα Τρόφιμα για τον SARS-CoV-2 και τη σχέση του με την ασφάλεια των τροφίμων [23].
• Οι επιχειρήσεις πρέπει να λάβουν βασικά μέτρα που συνιστώνται για τον COVID-19 και να ολοκληρώσουν ένα Σχέδιο Ασφάλειας για τον COVID-19 και να εγγραφούν ως επιχείρηση Ασφαλής για τον COVID-19.
• Οι επιχειρήσεις πρέπει να επανεξετάσουν τις δραστηριότητές τους και να λάβουν υπόψη ορισμένα πρόσθετα μέτρα που πρέπει να εφαρμοστούν για τη μείωση του αντίκτυπου του COVID-19.
• Οι επιχειρήσεις με καλές προετοιμασίες και διαδικασίες μπορούν να ελαχιστοποιήσουν τον αντίκτυπο ενός υπαλλήλου που έχει διαγνωστεί με COVID-19.

Businesses with good preparations and procedures in place can minimize the impact of an employee diagnosed with COVID-19.

2.5. Φυσική αποστασιοποίηση

Η φυσική απόσταση είναι πολύ σημαντική για την υποστήριξη του περιορισμού της διανομής του COVID-19. Η πιθανότητα μετάδοσης του COVID-19 μειώνεται όσο αυξάνεται η απόσταση μεταξύ των ατόμων. Όταν καταγράφεται ενδοκοινοτική εξάπλωση, όλες οι επιχειρήσεις τροφίμων θα πρέπει να τηρούν τη φυσική απόσταση και να ακολουθούν τις οδηγίες των περιορισμών σωματικής επαφής, όσο αυτό είναι δυνατό στην πράξη. Ο ΠΟΥ διατηρεί την απόσταση μεταξύ των εργαζομένων πρέπει να είναι τουλάχιστον ένα μέτρο (περίπου τρία πόδια). Οι απαιτήσεις απόστασης ενδέχεται να διαφέρουν ανάλογα με τις χώρες και τις περιοχές. Όπου οι διαδικασίες παρασκευής τροφίμων δεν επιτρέπουν την εύκολη επίβλεψη των απαιτήσεων απόστασης, οι εργοδότες πρέπει να εξετάσουν ορισμένα πρόσθετα μέτρα που πρέπει να ληφθούν για την προστασία των εργαζομένων. Από την άποψη αυτή, ο έλεγχος σε λειτουργικό και δομικό επίπεδο που εκτελείται για τη μείωση της μετάδοσης του ιού περιλαμβάνει:

• Διατήρηση φυσικής απόστασης τουλάχιστον ενός μέτρου (τρία πόδια), ή όπως ορίζεται διαφορετικά από τις αρχές, μεταξύ ατόμων·
• Οργανώστε τους χώρους εργασίας κατά μήκος της γραμμής επεξεργασίας με τρόπο ώστε οι εργαζόμενοι στα τρόφιμα να μην βρίσκονται ο ένας απέναντι στον άλλο.
• Εξασφαλίστε επαρκή θέση μεταξύ των χώρων εργασίας. Αυτό μπορεί να επηρεάσει αρνητικά την ταχύτητα των γραμμών παραγωγής
• Δημιουργία φυσικών φραγμών μεταξύ μεμονωμένων χώρων εργασίας.
• Εξασφαλίστε καλύτερη ανταλλαγή αέρα.
• Αναδιατάξτε τους χρόνους διαλείμματος, όπου είναι δυνατόν, για να διευκολύνετε τη χρονική απόσταση.
• Οργανώστε το προσωπικό σε ομάδες εργασίας ή ομάδες για να διευκολύνετε τη μείωση των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των ομάδων.
• Καθιέρωση διαφόρων βάρδιων για τη μείωση της παρουσίας μεγάλου αριθμού εργαζομένων σε χώρους επιχειρήσεων τροφίμων.
• Υπόκειται σε καθαρισμό και απολύμανση όλων των επιφανειών επαφής γενικού χαρακτήρα και εξειδικευμένων συσκευών.
• Διανείμετε γραπτές ειδοποιήσεις και παρέχετε εξηγήσεις και εκπαίδευση στο προσωπικό για την προώθηση της καλής υγιεινής των χεριών, τη χρήση μάσκας και τη σωματική απόσταση.
• Ενθαρρύνετε τον εμβολιασμό. Τα εμβόλια έχουν αποδειχθεί αποτελεσματικά για τη μείωση της σοβαρότητας του COVID-19 και τη μείωση του κινδύνου μετάδοσης της νόσου. Δώστε τη δυνατότητα σε όλους τους εργαζόμενους στα τρόφιμα να εμβολιαστούν, εάν το επιθυμείτε, παρέχοντας την απαραίτητη ευελιξία στο πρόγραμμα βάρδιων.

Υποστήριξη και προσοχή στην καλή προσωπική υγιεινή. Παρέχετε επαρκείς εγκαταστάσεις υγιεινής (σαπούνι και ζεστό τρεχούμενο νερό) για να διασφαλίζετε ότι οι εργαζόμενοι στα τρόφιμα πλένουν σχολαστικά και συχνά τα χέρια τους. Χρησιμοποιήστε απολυμαντικά χεριών ως πρόσθετο μέτρο, που δεν αντικαθιστά το πλύσιμο των χεριών.

2.6. Συμμετοχή υπευθύνων επιχειρήσεων τροφίμων και εργαζομένων στον τομέα των τροφίμων

Οι Υπεύθυνοι Επιχειρήσεων Τροφίμων (FBO) πρέπει να εκτελούν τα απαραίτητα εταιρικά μέτρα που προβλέπονται για τη διατήρηση της ασφάλειας των προϊόντων τους και την προστασία των εργαζομένων τους. Για το λόγο αυτό, οι FBO πρέπει να αναπτύξουν αντίστοιχα Συστήματα Διαχείρισης Ασφάλειας Τροφίμων (FSMS) που συνδέονται με τις αρχές της Ανάλυσης Κινδύνων και των Κρίσιμων Σημείων Ελέγχου (HACCP) για τη διαχείριση των κινδύνων για την ασφάλεια των τροφίμων και την προστασία της μόλυνσης των τροφίμων. Εάν δεν προβλεφθούν ιδιαίτερα για προστασία από τη μετάδοση του COVID-19, τα FSMS που αναλαμβάνονται είναι αυτά από προαπαιτούμενα προγράμματα, συμπεριλαμβανομένων των καλών πρακτικών υγιεινής. Τέτοια προγράμματα περιλαμβάνουν:

• Καθαρισμός και αποχέτευση.
• Ζώνη περιοχών επεξεργασίας
• Έλεγχος προμηθευτή.
• Αποθήκευση, διανομή και μεταφορά.
• Προσωπική υγιεινή
• Κατάλληλο για αξιολογήσεις εργασίας.

Όλες αυτές οι θεμελιώδεις προϋποθέσεις και δραστηριότητες είναι υποχρεωτικές για τη διατήρηση ενός υγιεινού περιβάλλοντος επεξεργασίας τροφίμων. Σε περίπτωση που μια επιχείρηση τροφίμων διαθέτει FSMS ή/και οργανωμένο φορέα HACCP, το προσωπικό της πρέπει να συμμετέχει σε κατάλληλες συζητήσεις και εκπαίδευση για να εγγυηθεί την ελαχιστοποίηση οποιασδήποτε μετάδοσης του COVID-19 από άτομο σε άτομο. Στόχος είναι να διατηρηθεί η ακεραιότητα του FSMS και η αποτελεσματικότητα των μέτρων HACCP. Τα τμήματα της επιχείρησης τροφίμων που είναι υπεύθυνα για την επιλογή και την εφαρμογή των κατάλληλων μέτρων και τη διαβούλευση με τις αρχές δημόσιας υγείας, εάν χρειάζεται, είναι τα «Εργασιακή Υγεία» και «Ανθρώπινο Δυναμικό». Επιπλέον, το Codex General Principles of Food Hygiene σκιαγραφεί μια θεμελιώδη βάση για την εκτέλεση βασικών ελέγχων υγιεινής σε κάθε στάδιο του δικτύου επεξεργασίας, παραγωγής και εμπορίας τροφίμων για προστασία από τη μόλυνση των τροφίμων [43]. Κάθε FBO πρέπει να διαθέτει κατάλληλα σχέδια για να σταματήσει τη μετάδοση της νόσου μαζί με τις επεμβάσεις και να εξασφαλίσει τη συναίνεση με αυτά τα μέτρα για την πρόληψη των εργαζομένων από τον COVID-19 και την προστασία της έκθεσης ή της μετάδοσης του ιού.

Τα σχέδια για την πρόληψη της μετάδοσης ασθενειών θα περιλαμβάνουν τα ακόλουθα μέτρα [25, 42]:

• Να ενθαρρύνει τους εργαζόμενους να μείνουν σπίτι σε περίπτωση που είναι άρρωστοι.
• Εισαγωγή λειτουργικών και δομικών ελέγχων για τη διεύρυνση της φυσικής απόστασης μεταξύ των εργαζομένων.
• Για την παροχή διαχωρισμού ή φραγμών μεταξύ των σταθμών εργασίας.
• Αποδοχή ισχυρών μέτρων υγιεινής και υγιεινής για την άμεση αποτελεσματική πλύση των χεριών.
• Να τονώσει τη χρήση μάσκας και την υγιεινή σε κάθε στάδιο παραγωγής, επεξεργασίας και εμπορίας τροφίμων.

Αυτά τα μέτρα είναι σημαντικά για τις επιχειρήσεις τροφίμων όπου το περιβάλλον λειτουργίας συνδέεται με τη μετάδοση του ιού μεταξύ των εργαζομένων, ειδικά μεταξύ εκείνων των ατόμων που εκτίθενται σε περιορισμένο αερισμό. Η εφαρμογή αυτών των μέτρων θα πρέπει να παρέχεται μέσω ολόκληρης της αλυσίδας παραγωγής τροφίμων, συμπεριλαμβανομένων χώρων εκτός από τις γραμμές επεξεργασίας καθώς και άλλων χώρων επικοινωνίας των εργαζομένων (αίθουσες συνεδριάσεων, αποδυτήρια ή διαλείμματα, χώροι εστίασης κ.λπ.). Τα μέτρα αφορούν επίσης τη στέγαση των εργαζομένων και τις ομαδικές μεταφορές που παρέχονται από το FBO.

Η παροχή των μέτρων θα πρέπει να βασίζεται στον κίνδυνο και να αντιστοιχεί στο επίπεδο της αναμενόμενης έκθεσης των εργαζομένων σε επιχειρήσεις τροφίμων: η πρακτική ασφάλειας τροφίμων σε ένα αποτελεσματικό FSMS μπορεί να είναι αξιόπιστη για την προστασία των εργαζομένων σε επιχειρήσεις τροφίμων σε περίπτωση που δεν υπάρχουν κοινοτικά κρούσματα COVID-19. Ωστόσο, όταν σημειώνεται αυξανόμενος επιπολασμός κρουσμάτων COVID-19 στην τοπική κοινωνία, τότε διαμορφώνεται αυξημένη ανάγκη για πρόσθετα μέτρα πρόληψης στην τοπική κοινωνία.

3. Μέτρα ασφαλείας στον κλάδο των τροφίμων

Μετά την καταιγιστική άνοδο των μολύνσεων από τον COVID 19 μεταξύ του επιχειρησιακού προσωπικού στον τομέα των τροφίμων, προέκυψε η ανάγκη για επείγουσα διασφάλιση της ασφάλειας των ανθρώπων που χειρίζονται και παραδίδουν τα τρόφιμα. Αυτό επέβαλε την αναγκαιότητα μεταξύ των χειριστών τροφίμων και των εργαζομένων να τηρούν καλές πρακτικές παραγωγής (GMP) και καλές πρακτικές υγιεινής (GHP).

Η παραγωγή τροφίμων απαιτεί μόνιμα πρακτικές παραγωγής τροφίμων (FMP) με γνώμονα τα παγκόσμια πρότυπα ασφάλειας τροφίμων.

Για να εξασφαλιστεί η συνοχή στην ποιότητα και την ασφάλεια των προϊόντων διατροφής, η προσοχή εστιάζεται σε πέντε βασικά στοιχεία: άτομα, εγκαταστάσεις, διαδικασίες, προϊόντα και διαδικασίες. Το τελευταίο αφορά τους βασικούς κανόνες προσωπικής υγιεινής, π.χ. πλύσιμο χεριών. χρήση απολυμαντικών? τήρηση των οδηγιών κοινωνικής απόστασης [19]. Το σχήμα 1 δείχνει τους πέντε βασικούς κανόνες προσωπικής υγιεινής.

Φιγούρα 1. Πέντε κανόνες προσωπικής υγιεινής.

3.1. Μετρήσεις που πραγματοποιούνται από επιχειρησιακούς φορείς

• Κοινωνική απόσταση: Η πρόβλεψη κοινωνικής απόστασης επιτυγχάνεται με κατάλληλη σήμανση για τους εργαζόμενους. Τα συστήματα βάρδιων έχουν εφαρμοστεί όπου τους επιτρέπεται να εργάζονται σε βάρδιες για να μειώσουν τις πιθανότητες μαζικών συναντήσεων.
• Υγειονομική επίβλεψη Τα πρώιμα συμπτώματα του COVID-19 είναι πυρετός, βήχας, πονοκέφαλος και δύσπνοια. Συνιστάται να γίνεται σωστός θερμικός έλεγχος όλων των ατόμων που εισέρχονται στον χώρο εργασίας. Οι χώροι εργασίας επιτρέπονται για εργαζόμενους με καλή κατάσταση υγείας που τηρούνται στο αρχείο. Με αυτόν τον τρόπο, τα άτομα με σοβαρές περιπτώσεις ασθενειών όπως το άσθμα, ο διαβήτης ή οι καρδιακές παθήσεις είναι ασφαλείς και όσοι αισθάνονται αδιαθεσία αποκλείονται από τη διαδικασία εργασίας. Με αυτόν τον τρόπο διασφαλίζεται η μείωση της έκθεσης των εργαζομένων στον τομέα της υγείας και εντοπίζεται ο κίνδυνος για άλλα άτομα που έχουν μόλυνση από τον COVID 19.
• Εξοπλισμός ασφαλείας: Ακολουθώντας τις επίσημες οδηγίες, οι εργαζόμενοι στη βιομηχανία τροφίμων εφοδιάζονται με κιτ ασφαλείας που περιλαμβάνουν μάσκες προσώπου, γάντια χεριών και απολυμαντικά. Υπάρχουν επίσης συστάσεις για τους χειριστές τροφίμων να διατηρήσουν ενισχυτικά ανοσίας και να απαγορεύσουν τη χρήση αλκοόλ, καπνού και άλλων πραγμάτων που μπορούν να θέσουν σε κίνδυνο την υγεία του προσωπικού.
• Απολύμανση χώρων εργασίας: Η βιομηχανία τροφίμων εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη διαδικασία απολύμανσης και τον σωστό καθαρισμό. Ολόκληροι οι τομείς: εργασία: παραγωγή; συσκευασία? τα καταστήματα και οι τουαλέτες πρέπει να απολυμαίνονται και να καθαρίζονται με σαπούνι, νερό και απολυμαντικά (διάλυμα υποχλωριώδους 1% έως 2%).

Επικοινωνιακές εκδηλώσεις: πρέπει να παρέχονται εκστρατείες ενημέρωσης και ευαισθητοποίησης για την εμφάνιση συμπτωμάτων COVID-19, ενέργειες σε περίπτωση μόλυνσης και βασικούς κανόνες προσωπικής υγιεινής που χρησιμοποιούνται ως κανόνας διαφορετικών προτύπων ασφάλειας τροφίμων..

3.2. Υποχρεώσεις για τους χειριστές τροφίμων στις βιομηχανίες επεξεργασίας και συσκευασίας τροφίμων

• Για να αποφύγετε την επαφή των θυρών των ανελκυστήρων και τη χρήση βιομετρικών στοιχείων.
• Να φοράτε τον τρόπο διατήρησης μιας κοινωνικής απόστασης (τουλάχιστον ένα κενό 2 μέτρων) και τη σωστή διαθεσιμότητα και χρήση εξοπλισμού ασφαλείας όπως μάσκες, γάντια χεριών και κιτ ΜΑΠ.
• Να εξασφαλίσει τις λεπτομέρειες της κατάστασης της υγείας του/της για την αρχή και να τηρήσει τους κατάλληλους κανόνες απομόνωσης και καραντίνας σε περίπτωση συμπτωμάτων που μοιάζουν με γρίπη.
• Για τη διατήρηση της καλής πρακτικής στη συσκευασία των τροφίμων, το σωστό πλύσιμο όλου του υλικού συσκευασίας πρέπει να γίνεται με σαπούνι και νερό.
• Για να πετάξετε τη συσκευασία μετά την αφαίρεση των συσκευασμένων προϊόντων για αποθήκευση σε καθαρά δοχεία.
• Για να διατηρήσετε τρεις ημέρες τροφίμων πριν τα αγγίξετε.
• Να ακολουθούν τα πρότυπα του ΠΟΥ για σωστή απολύμανση.

Αν και δεν υπάρχουν μέχρι σήμερα στοιχεία μόλυνσης από τον ιό μετά την επαφή με δοχεία τροφίμων και συσκευασμένων τροφίμων, πρέπει να ληφθούν μέτρα ασφαλείας για το χειρισμό συσκευασμένων τροφίμων, φρέσκων τροφίμων, τροφίμων παντοπωλείων και δοχείων τροφίμων (βλ. Εικ. 2).

Σχήμα 2. Μέτρα ασφαλείας για το χειρισμό τροφίμων

Σε περίπτωση διαρροής του υλικού συσκευασίας, τα προϊόντα πρέπει να μεταφερθούν σε δευτερεύον δοχείο που απολυμαίνεται και τοποθετείται κοντά στο όχημα μεταφοράς. Εάν εμφανιστούν διαρροές, η επιφάνεια πρέπει να πλυθεί καλά με ζεστό, σαπουνόνερο ή διάλυμα χλωρίνης σε περίπτωση που έρθει σε επαφή με ωμό κρέας, πουλερικά ή θαλασσινά ή με τους χυμούς του.

3.3. Υπηρεσίες προμήθειας τροφίμων και τροφοδοσίας

Υπάρχουν εγκεκριμένες οδηγίες για τους εργαζόμενους που διαχειρίζονται την παραλαβή και την παράδοση τροφίμων καθώς ο χειρισμός και η παράδοση ειδών διατροφής βρέθηκε ότι είναι μία από τις βασικές αιτίες εξάπλωσης της μόλυνσης [18]. Τα βασικά μέτρα για σωστό καθαρισμό, απολύμανση, διατήρηση ειδών διατροφής και τήρηση κοινωνικών αποστάσεων παρατίθενται στο Σχ. 3, παρακάτω.

Εικόνα 3. Μέτρα ασφαλείας για βοηθητικές δραστηριότητες παραγωγής τροφίμων.

 

4. Επίδραση του COVID 19 στον τομέα της επεξεργασίας τροφίμων

Παράλληλα με την εξάπλωση της μόλυνσης από τον κορωνοϊό, οι κυβερνήσεις έχουν εφαρμόσει διαφορετικές προσεγγίσεις και διαδικασίες για να χειριστούν ή να σταματήσουν την πανδημία. Ακολούθησαν αλλαγές στις απαιτήσεις των καταναλωτών καθώς και στα διατροφικά τους πρότυπα. Τέλος, όλα αυτά οδήγησαν σε μεγάλες απώλειες για τους περισσότερους κλάδους επεξεργασίας τροφίμων όπως τα γαλακτοκομικά, η ζάχαρη, το κρέας και τα πουλερικά [7].

Βιομηχανίες γαλακτοκομικών προϊόντων και επεξεργασίας ζάχαρης

Στη διαδικασία λήψης μέτρων ασφαλείας, διάφορες χώρες σε όλο τον κόσμο εφάρμοσαν αυστηρούς κανονισμούς καραντίνας που έπληξαν σοβαρά τη γαλακτοβιομηχανία και ως εκ τούτου την κοινωνικοοικονομική κατάσταση των εργαζομένων σε γαλακτοκομικά προϊόντα. Το επίπεδο τιμών των γαλακτοκομικών προϊόντων μειώθηκε λόγω της μείωσης της ζήτησης για γαλακτοκομικά προϊόντα και λόγω της μείωσης των εξαγωγών γαλακτοκομικών προϊόντων [39]. Περιορισμοί και μέτρα πανδημίας, επέβαλαν δυσκολίες στην ομαλή λειτουργία των βιομηχανιών επεξεργασίας ζάχαρης. Για παράδειγμα, στην Ινδία, οι εισαγωγές και οι εξαγωγές ζάχαρης έχουν επηρεαστεί σοβαρά και καθώς η ζήτηση μειώθηκε στο 50%, σημειώθηκε απότομη μείωση της παραγωγής. Η παραγωγή οινοπνευματωδών ποτών και τζάγκερ επηρεάστηκε αρνητικά λόγω της πτώσης στον τομέα της επεξεργασίας ζάχαρης. Οι βιομηχανίες επεξεργασίας ζάχαρης επλήγησαν επίσης λόγω έλλειψης αναλώσιμων υλικών όπως υλικά συσκευασίας [40].

Βιομηχανίες κρέατος και θαλασσινών

Εκτός από τις βιομηχανίες γαλακτοκομικών προϊόντων και ζάχαρης, η βιομηχανία κρέατος και θαλασσινών είναι οι άλλες που επλήγησαν σε μεγάλο βαθμό λόγω της πανδημίας του κορωνοϊού. Τα αυξανόμενα θετικά κρούσματα και οι θάνατοι λόγω του κορωνοϊού στις βιομηχανίες κρέατος και πουλερικών είχαν ως αποτέλεσμα τη διακοπή λειτουργίας των εργοστασίων. Σύμφωνα με το άρθρο στο Food Processing, 13 Μαΐου 2020, περίπου 20 βιομηχανικές μονάδες έχουν κλείσει στις ΗΠΑ, συμπεριλαμβανομένων των τροφίμων Tyson, ενός εργοστασίου στο Waterloo της Αϊόβα, άλλων φυτών όπως JBS, φάρμες Sanderson, τροφές Hormel, National beef και Smithfield. τρόφιμα μετά από αναφορές λοιμώξεων από COVID-19 [11].

Τα παραπάνω γεγονότα δημιούργησαν πανικό και φήμες γύρω από την κατανάλωση κρέατος και θαλασσινών κατά τη διάρκεια της πανδημίας. Ο ΠΟΥ συνέστησε να μειωθούν οι επισκέψεις στις ζωντανές αγορές και η κατανάλωση κρέατος και ζήτησε προσοχή κατά την κατανάλωση ωμά ή μη μαγειρεμένα ζωικά προϊόντα. Για την αντιμετώπιση της κρίσης κατά τη διάρκεια της πανδημίας, οι οργανωμένοι λιανοπωλητές επένδυσαν πολλά σε διαδικασίες back-end, οι οποίες περιελάμβαναν την εισαγωγή τεχνικών υγιεινής παραγωγής και επεξεργασίας κρέατος για τους εργαζόμενους στη βιομηχανία κρέατος, την εκπαίδευση και εκπαίδευση τους σχετικά με πρακτικές παραγωγής καθαρού κρέατος, επεξεργασία, συσκευασία και διασφάλιση ποιότητας [44].

5. Αλλαγές στην κατανάλωση τροφίμων κατά τη διάρκεια της πανδημίας COVID-19

Η παραγωγή και η κατανάλωση τροφίμων έχει καθηλωτικό περιβαλλοντικό αντίκτυπο, κλειδί για την προσωπική υγεία καθώς και για την υγεία του κόσμου. Από την άλλη πλευρά, παθήσεις όπως η πανδημία COVID-19 μπορούν να καταστρέψουν το σύστημα τροφίμων [20] και να αλλάξουν τη σχέση με το φαγητό. Για παράδειγμα, οι αρχές εφαρμόζουν υλικοτεχνικούς περιορισμούς που περιορίζουν τη ροή αγαθών και ανθρώπων για να περιορίσουν την εξάπλωση της μόλυνσης. Αυτά τα μέτρα αυξάνουν τον κίνδυνο έλλειψης τροφίμων λόγω κατεστραμμένων αλυσίδων εφοδιασμού, που αφορούν εκείνες που σχετίζονται με το έλλειμμα εργασίας [όπως φαίνεται στις ΗΠΑ και την Ευρώπη, [22, 28]. Όταν εφαρμόζονται μέτρα μερικού ή πλήρους αποκλεισμού σε περιφερειακό και εθνικό επίπεδο, τα εκπαιδευτικά ιδρύματα και οι χώροι εργασίας είναι κλειστά, ορισμένα καταστήματα και εστιατόρια επίσης, οι εκδηλώσεις απαγορεύονται και τα ταξίδια περιορίζονται. Τα μέτρα καραντίνας άλλαξαν καθώς και ο τρόπος με τον οποίο οι άνθρωποι έλαβαν το φαγητό τους, τον τόπο που το κατανάλωναν και τον τρόπο παρασκευής του φαγητού. Τα προαναφερθέντα μέτρα λειτουργούν ως περαιτέρω εμπόδιο στον εφοδιασμό ευάλωτων πληθυσμών με τρόφιμα. Για παράδειγμα, ορισμένα προγράμματα διατροφής που παρείχαν κύρια γεύματα για παιδιά σχολικής ηλικίας δεν λειτουργούσαν κατά τη διάρκεια των περιορισμών. Επιπλέον, η καραντίνα λόγω ασθένειας ή επαφής με μολυσμένα άτομα περιόρισε περαιτέρω την πρόσβαση των ανθρώπων σε τρόφιμα. Επίσης, μια ποικιλία ψυχολογικών αλλαγών που συνδέονται με τον COVID-19 μπορεί να επηρεάσουν συμπεριφορές που σχετίζονται με τα τρόφιμα. Πράγματι, ακόμη και σε περίπτωση σχετικά χαμηλών κινδύνων ασθένειας, οι άνθρωποι διέτρεχαν σοβαρό κίνδυνο σχετικά με τις απειλητικές διαστάσεις της μόλυνσης από τον COVID-19, γεγονός που τους προκαλούσε άγχος. Αυτό το άγχος αντιμετωπίζεται με τη λεγόμενη «τρόφιμο που σχετίζεται με το στρες», μια κατάσταση κατά την οποία οι άνθρωποι προσπαθούν να κάνουν τον εαυτό τους να αισθάνεται καλύτερα τρώγοντας ή πίνοντας όταν βρίσκονται σε στρες [9, 24]. Έτσι, κατά τη διάρκεια του lockdown στην Ιταλία, οι άνθρωποι διεύρυναν τη χρήση επεξεργασμένων «φαγητών άνεσης», όπως η σοκολάτα, τα πατατάκια και τα σνακ [5, 36]. Αυτό το γεγονός συνδέθηκε με την κατάθλιψη που προκαλείται από τον COVID-19 και την αλλαγή των διατροφικών τους συνηθειών [14]. Μια έρευνα που έγινε στη Δανία έδειξε επίσης αυξημένο επίπεδο συναισθηματικής κατανάλωσης φαγητού κατά τη διάρκεια του lockdown, π.χ. υψηλότερη κατανάλωση αρτοσκευασμάτων και αλκοόλ [21]. Η ίδια τάση παρατηρήθηκε στη Νορβηγία, όπου τα άτομα με αυξημένη κατάθλιψη COVID-19 και γενική ψυχολογική δυσφορία, υψηλότερα από τον συνολικό πληθυσμό, κατανάλωναν περισσότερα τρόφιμα και ποτά με υψηλή περιεκτικότητα σε ζάχαρη [4].

Η αντίληψη κινδύνου που συνδέεται με τον COVID-19 επηρέασε τις συμπεριφορές αγοράς και κατανάλωσης τροφίμων των ανθρώπων. Έτσι, οι άνθρωποι προσπάθησαν να μειώσουν τον κίνδυνο μόλυνσης χρησιμοποιώντας κυρίως βολικές υπηρεσίες παράδοσης και αγοράζοντας κατά προτίμηση συσκευασμένα τρόφιμα. Αυτή η συμπεριφορά είναι ορθολογική, καθώς επιτυγχάνει καλύτερο αντίκτυπο στην υγιεινή μέσω της αγοράς τροφίμων με μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, περιορίζοντας τα ταξίδια για ψώνια, καθώς και ενισχύοντας το ανοσοποιητικό σύστημα [34]. Η κατάσταση της πανδημίας αύξησε την ανησυχία των ανθρώπων για τις αναμενόμενες ελλείψεις τροφίμων και επηρέασε την αγοραστική συμπεριφορά, κάνοντάς τους να προμηθεύονται ορισμένα τρόφιμα [5]. Εν τω μεταξύ, αποδείχθηκε ότι ο COVID-19 μπορεί να παρουσιάζει πρόσθετους κινδύνους για την υγεία που συνδέονται με τον μεταβολικό αντίκτυπο της υπερκατανάλωσης τροφής υπό συνθήκες κατ’ οίκον περιορισμού [26].

Οι Ammar et al. [2] ανέφερε μια εξέλιξη επιβλαβών για την υγεία διατροφικών προτύπων, που βρέθηκε μέσω μιας διεθνούς έρευνας για τη σωματική δραστηριότητα και τη διατροφική συμπεριφορά που πραγματοποιήθηκε με περισσότερους από 1000 συμμετέχοντες τον Απρίλιο του 2020. Παρόμοια αποτελέσματα βρέθηκαν επίσης σε μια πολωνική εθνική συγχρονική μελέτη (N = 1.097) από τους Sidor και Rzymski [38]. Σχεδόν τα μισά από τα άτομα που συμμετείχαν (κυρίως υπέρβαρα άτομα) δήλωσαν ότι τρώνε περισσότερο και τρώνε σνακ [38]. Στην Ιταλία, που επλήγη από τον COVID-19 νωρίτερα και πιο σοβαρά από άλλες ευρωπαϊκές χώρες, μετά το lockdown τον Μάρτιο του 2020 περίπου το 20% των ασθενών που πέρασαν από τη νόσο του κορωνοϊού κέρδισαν βάρος. Αυτές οι παρατηρήσεις επιβεβαιώθηκαν εν μέρει από μια μελέτη κατανάλωσης τροφίμων που διερεύνησε αλλαγές στην πώληση τροφίμων σε περισσότερα από 10.000 ιταλικά καταστήματα [5]. Τα ευρήματα αυτής της έρευνας έδειξαν επέκταση στη χρήση ζυμαρικών, αλευριού, αυγών, γάλακτος μακράς διαρκείας και κατεψυγμένων τροφίμων, μαζί με μείωση της αγοράς φρέσκων τροφίμων. Οι προαναφερθείσες έρευνες επικεντρώθηκαν στο γενικό πληθυσμό. Όσον αφορά τα ειδικά στοχευμένα νεότερα άτομα, μια μελέτη 820 εφήβων (10-19 ετών) από την Ευρώπη και τη Νότια Αμερική έδειξε ότι ο περιορισμός του COVID-19 έχει επιβάλει αλλαγές στις διατροφικές συνήθειες και την κατανάλωση τόσο επεξεργασμένων τροφίμων όσο και φρούτων και λαχανικών [35].

Έρευνες που πραγματοποιήθηκαν από εταιρείες συμβούλων με στόχο τη μελέτη της αλλαγής της αγοραστικής συμπεριφοράς κατά τη διάρκεια του COVID-19 σε σχέση με την ποικιλία των κατηγοριών προϊόντων (τρόφιμα και άλλες) έδειξαν σημαντική διακύμανση σε όλες τις κατηγορίες που μελετήθηκαν. Παρατηρήθηκε μια καθορισμένη τάση για αλλαγή στις «συνείδητες» αγορές, «συναλλαγή» σε λιγότερο ακριβά είδη [27], με έντονη εστίαση στα «ουσιώδη» [27, 1, 17]. Τα είδη παντοπωλείου ήταν η κατηγορία προϊόντων στην οποία οι αγορές σε όλες τις χώρες ανέμεναν σταθερά περισσότερες δαπάνες [27, 36].

Τα προαναφερθέντα δεδομένα σχετικά με τη μετατόπιση των τάσεων αγοράς/κατανάλωσης τροφίμων κατά τη διάρκεια του COVID-19 απεικονίζουν γενικές συνθήκες, αλλά δεν απεικονίζουν τις συγκεκριμένες αλλαγές στην κατάσταση των ανθρώπων που προκαλούνται από την πανδημία και οδηγούν σε lockdown. Τα δεδομένα είναι σημαντικά για τον εντοπισμό των μηχανισμών που υποστηρίζουν τις παραπάνω αλλαγές και για την ακριβή πρόβλεψη των επιπτώσεων του COVID-19. Αυτά μπορούν να καθορίσουν τα μέτρα σχετικά με την ελαχιστοποίηση των δυσμενών επιπτώσεων στην κατανάλωση τροφίμων.

6. Πέρα από την πανδημία: μετασχηματισμός των συστημάτων τροφίμων μετά τον COVID-19

Η πανδημία του κορωνοϊού και οι σχετικές πολιτικές συζητήσεις και αντιδράσεις οδήγησαν σε πρωτοφανή καταστροφή για την υγεία, οικονομική φτώχεια, διαταραχές στις υπηρεσίες, απίστευτους περιορισμούς στις μετακινήσεις. Ωστόσο, αυτή η εξαιρετική κατάσταση προσφέρει ευκαιρίες για το παγκόσμιο σύστημα τροφίμων να μετατραπεί σε πιο ανθεκτικό, χωρίς αποκλεισμούς, αποτελεσματικό, βιώσιμο και υγιές. Με την πρόοδο της πανδημίας COVID-19 και τα παράλληλα περιοριστικά οικονομικά και κοινωνικά μέτρα, πολλές χώρες εισήγαγαν μέτρα που προβλέπονταν για τη διασφάλιση της ροής των προϊόντων διατροφής και εισήγαγαν προγράμματα που αναπτύχθηκαν για τη διασφάλιση της επισιτιστικής ασφάλειας με νέους τρόπους. Έχουν εισαχθεί καινοτομίες κατά μήκος της αλυσίδας εφοδιασμού τροφίμων, που αναπτύχθηκαν κυρίως από μεγάλες εταιρείες και ΜΜΕ του ιδιωτικού τομέα, για να βοηθήσουν στην υπέρβαση των περιορισμών που επιβάλλονται από τα επαναλαμβανόμενα lockdown. Επιπλέον, ενθάρρυναν τις επενδύσεις σε τεχνολογίες και συνεργασίες για την υποστήριξη βιώσιμων αλυσίδων εφοδιασμού τροφίμων.

Ενόψει της πανδημίας του COVID-19, τα συστήματα τροφίμων ανταποκρίθηκαν τόσο με γρήγορο ρυθμό όσο και με ευελιξία. Η πραγματικότητα μετά την πανδημία πρόσφερε μοναδική επιλογή τα συστήματα τροφίμων να μετασχηματιστούν ριζικά προκειμένου να προστατευθεί η μοίρα δισεκατομμυρίων ανθρώπων που εκτίθενται στη φτώχεια, την επισιτιστική ανασφάλεια και τον υποσιτισμό. Από αυτή την άποψη, έχουν αναφερθεί πέντε κύρια χαρακτηριστικά του συστήματος τροφίμων.

• Η αποτελεσματικότητα του συστήματος τροφίμων: παροχή επάρκειας σε όλη την αλυσίδα εφοδιασμού τροφίμων, συμπεριλαμβανομένης της παραγωγής φυτών, των υποδομών, της αποθήκευσης και μεταφοράς τροφίμων και της κατανάλωσης τροφίμων.
• Η συμβολή του συστήματος τροφίμων στην παγκόσμια υγεία: παραγωγή προσιτών σε όλα τα τρόφιμα καλής θρεπτικής ποιότητας και διατήρηση της ασφάλειας των τροφίμων.
• Το σύστημα τροφίμων πρέπει να περιλαμβάνει όλους: συμβάλλει στην οικοδόμηση των μέσων διαβίωσης και επιτρέπει σε όλους να επωφεληθούν – τόσο ως συμμετέχοντες όσο και ως καταναλωτές στη λήψη αποφάσεων.
• Η περιβαλλοντική βιωσιμότητα του συστήματος τροφίμων: εκμεταλλεύεται τεχνολογικές καινοτομίες, τοπικούς και παγκόσμιους κανονισμούς και προσεγγίσεις διακυβέρνησης για τη διατήρηση και προστασία των φυσικών οικοτόπων, των πόρων και της βιοποικιλότητας.
• Το σύστημα τροφίμων πρέπει να είναι ανθεκτικό: πρέπει να μπορεί να ξεπερνά τους οικονομικούς, υγειονομικούς και κλιματικούς κραδασμούς και να παρέχει στους ανθρώπους σταθερό μέσο διαβίωσης και προστασία από τέτοιους κραδασμούς. Με την τάση οι φυσικές καταστροφές (συμπεριλαμβανομένων των πανδημιών) να γίνονται πιο συχνές, το επίκεντρο των συστημάτων τροφίμων πρέπει να είναι η ανθεκτικότητά τους από το αγρόκτημα στο παγκόσμιο επίπεδο.

Η ενοποίηση αυτών των πέντε χαρακτηριστικών του συστήματος τροφίμων απαιτεί συντονισμένες προσπάθειες σε επίπεδο πολιτικών, διακυβέρνησης και λογοδοσίας του συστήματος τροφίμων.

---

Τεστ LO 5.1

---

βιβλιογραφικές αναφορές

1. Accenture. Ο COVID-19 θα αλλάξει μόνιμα τη συμπεριφορά των καταναλωτών. (2020). Διαθέσιμο στο διαδίκτυο στη διεύθυνση: https://www.accenture.com/us-en/insights/consumer-goods-services/coronavirus-consumer-behavior-research
2. Ammar A, Brach M, Trabelsi K, Chtourou H, Boukhris O, Masmoudi L, et al. (2020). Επιδράσεις του κατ’ οίκον περιορισμού COVID-19 στη διατροφική συμπεριφορά και τη σωματική δραστηριότητα: αποτελέσματα της διεθνούς διαδικτυακής έρευνας ECLB-COVID19. ΘΡΕΠΤΙΚΕΣ ουσιες. 12:1583. doi: 10.3390/nu12061583
3. Arellano, N. (2020). Η Νορβηγία αρνείται ότι τα θαλασσινά συνδέονται με νέες μολύνσεις COVID-19 στην Κίνα. Περιοδικό Rastech [Διαδικτυακό]. https://www.rastechmagazine.com/norway-denies-seafood-link-to-new-covid-19-infections-in-china/. 3.Πρόσβαση στις 6 Ιουλίου 2020.
4. Bemanian M, Mæland S, Blomhoff R, Rabben ÅK, Arnesen EK, Skogen JC, et al. (2021). Συναισθηματική διατροφή σε σχέση με ανησυχίες και ψυχολογική δυσφορία εν μέσω της πανδημίας COVID-19: μια έρευνα με βάση τον πληθυσμό σε ενήλικες στη Νορβηγία. Int J Environ Res Public Health. 18:130. doi: 10.3390/ijerph18010130
5. Bracale R, Vaccaro CM. (2020). Changes in food choice following restrictive measures due to COVID-19. Nutr Metab Cardiovasc Dis. 30:1423–6. doi: 10.1016/j.numecd.2020.05.027
6. Byrd K., Her ES, Fan A. and Almanz B. (2021). Εστιατόρια και COVID-19: Ποιες είναι οι αντιλήψεις των καταναλωτών σχετικά με τον κίνδυνο σχετικά με τα τρόφιμα εστιατορίων και τις συσκευασίες τους κατά τη διάρκεια της πανδημίας; Απρίλιος 2021 International Journal of Hospitality Management 94(1):102821 DOI:10.1016/j.ijhm.2020.102821
7. Ceballos, F., Kannan, S., and Kramer, B. (2020). Επιπτώσεις ενός εθνικού lockdown στο εισόδημα των μικροκαλλιεργητών και την επισιτιστική ασφάλεια: Εμπειρικά στοιχεία από δύο πολιτείες στην Ινδία. Παγκόσμια Ανάπτυξη, 135(11)
8. Κέντρα Ελέγχου και Πρόληψης Νοσημάτων (CDC). ( 2020 ) . Ενδιάμεση καθοδήγηση για επιχειρήσεις και εργοδότες που ανταποκρίνονται στη νόσο του κορωνοϊού. Διαθέσιμο στο: https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/community/guidance-business-response.html
9. Conway TL, Vickers RR Jr, Ward HW, Rahe RH. (1981). Επαγγελματικό άγχος και διακύμανση στην κατανάλωση τσιγάρου, καφέ και αλκοόλ. J Health Soc Behav. 22:155–65. doi: 10.2307/2136291
10. Dalton, J. (2020). Κορωνοϊός: Φόβοι για δεύτερο κύμα στην Κίνα καθώς δεκάδες είναι θετικοί σε ξέσπασμα στην αγορά τροφίμων του Πεκίνου. Independent [Διαδικτυακός]. https:// independent.co.uk/news/world/asia/coronavirus-beijing-chinaoutbreak-xinfandi-food-meat-market-a9564816.html. Accessed on Jul. 5, 2020.
11. Δημητρακάκης Π, Ανώτερος Επιμελητής. (2020). Πώς και γιατί ο κορωνοϊός χτύπησε το κρέας και τα πουλερικά. Επεξεργασία τροφίμων, Μάιος.
12. De Sousa Jabbour, ABL, Jabbour, CJC, Hingley, Μ., et al. (2020). Βιωσιμότητα των αλυσίδων εφοδιασμού στον απόηχο της πανδημίας του κοροναϊού (COVID-19/SARS-CoV-2): μαθήματα και τάσεις. Έρευνα και Εφαρμογές Σύγχρονης Εφοδιαστικής Αλυσίδας.
13. Dev Kumar G., Mishra A., Dunn L., Townsend A., Oguadinma IC, Bright KR, Gerba CP (2020). Βιοκτόνα και νέους αντιμικροβιακούς παράγοντες για τον μετριασμό των κοροναϊών. Εμπρός. Microbiol., 11:1351. doi: 10.3389/fmicb.2020.01351.
14. Di Renzo L, Gualtieri P, Cinelli G, Bigioni G, Soldati L, Attinà A, et al. (2020). Ψυχολογικές πτυχές και διατροφικές συνήθειες κατά τη διάρκεια του περιορισμού στο σπίτι COVID-19: αποτελέσματα της ιταλικής διαδικτυακής έρευνας EHLC-COVID-19. ΘΡΕΠΤΙΚΕΣ ουσιες. 12:2152. doi: 10.3390/nu12072152
15. ΕΚ (Ευρωπαϊκή Επιτροπή). (2020). COVID-19 και ασφάλεια τροφίμων-ερωτήσεις και απαντήσεις, Ευρωπαϊκή Επιτροπή [Διαδικτυακός].  https://ec.europa.eu/food/sites/food/files/safety/docs/biosafety_crisis_covid19_qandas_en.pdf. Accessed on Apr. 10, 2020.
16. Newsroom της EFSA Coronavirus: δεν υπάρχουν στοιχεία ότι τα τρόφιμα είναι πηγή ή οδός μετάδοσης. Δημοσιεύθηκε: 9 Μαρτίου 2020
17. Ερνστ και Γιανγκ. Μελλοντικός δείκτης καταναλωτών: Πώς ο COVID-19 αλλάζει τις συμπεριφορές των καταναλωτών. (2020). Διαθέσιμο στο διαδίκτυο στη διεύθυνση: https://www.ey.com/en_ gl/consumer-products-retail/how-COVID-19-could-change-consumer-behavior
18. FAO (Οργανισμός Τροφίμων και Γεωργίας). (2020). Q&A: Πανδημία COVID-19 – αντίκτυπος στα τρόφιμα και τη γεωργία. Διαθέσιμο στο: http://www.fao.org/2019-ncov/q-and-a/en/
19. FDA (Η Υπηρεσία Τροφίμων και Φαρμάκων των ΗΠΑ). (2020). Η FDA παρέχει προσωρινή ευελιξία σχετικά με τη συσκευασία και την επισήμανση των αυγών με κέλυφος που πωλούνται σε καταναλωτές από καταστήματα λιανικής τροφίμων κατά τη διάρκεια της πανδημίας COVID-19 [Διαδικτυακός].  https://www.fda.gov/food/cfsan-constituent-updates/fdaprovides-temporary-flexibility-regarding-packaging-and-labeling-shelleggs-sold-consumers-retail. Πρόσβαση στις 22 Ιουλίου 2020
20. Γαλανάκης, CM, (2020). Τα συστήματα τροφίμων στην εποχή της πανδημικής κρίσης του κορωνοϊού (COVID-19). Φαγητό, 9: 523.
21. Giacalone D, Frøst MB, Rodríguez-Pérez C. Αναφέρθηκαν αλλαγές στις διατροφικές συνήθειες κατά τη διάρκεια του lockdown Covid-19 στον πληθυσμό της Δανίας: η μελέτη COVIDiet της Δανίας. Εμπρός Nutr. (2020). 7:592112. doi: 10.3389/fnut.2020.592112
22. Guarascio F. Οι περιορισμοί των συνόρων για τον κορωνοϊό διαταράσσουν τον εφοδιασμό τροφίμων της ΕΕ: Βιομηχανία. (2020). Διαθέσιμο στο διαδίκτυο στη διεύθυνση: https://www.reuters.com/article/us-health-coronavirus-eu-food/coronavirus-border-curbs-disrupt-eu-food-supplies-industry-idUKKBN2161OQ (πρόσβαση στις 21 Ιανουαρίου 2021)
23. ICMS (2020) https://www.foodauthority.nsw.gov.au/sites/default/files/2020-09/ICMSF%202020-COVID-19-final%20opinion.pdf
24. Laitinen J, Ek E, Sovio U. Συμπεριφορά φαγητού και ποτού που σχετίζεται με το άγχος και δείκτης μάζας σώματος και προγνωστικοί παράγοντες αυτής της συμπεριφοράς. Prev Med. (2002). 34:29–39. doi: 10.1006/pmed.2001.0948
25. LeJeune JT και Vaughn Grooters S. (2021). Έλεγχος Μετάδοσης Ιού σε Εγκαταστάσεις Επεξεργασίας Τροφίμων. Food Protection Trends, 41, 1, 163-171.
26. Martinez-Ferran M, De La Guía-Galipienso F, Sanchis-Gomar F, Pareja-Galeano H. Μεταβολικές επιπτώσεις του εγκλεισμού κατά τη διάρκεια της πανδημίας COVID-19 λόγω της τροποποιημένης διατροφής και των συνηθειών σωματικής δραστηριότητας. ΘΡΕΠΤΙΚΕΣ ουσιες. (2020). 12:1549. doi: 10.3390/nu12061549
27. McKinsey. Το καταναλωτικό συναίσθημα και η συμπεριφορά συνεχίζουν να αντανακλούν την αβεβαιότητα της κρίσης COVID-19. (2020). Διαθέσιμο στο διαδίκτυο στη διεύθυνση: https://www.mckinsey.com/business-functions/marketing-and-sales/our-insights/a-global-view-of-how-consumer-behavior-is-changing-amid-COVID-19
28. Φύση Φυτά. Το φαγητό σε μια εποχή COVID-19. Φυτά Nat. (2020). 6:429. doi: 10.1038/s41477-020-0682-7
29. Nicola M., Alsafi Z., Sohrabi C., Kerwan A., Al-Jabir A., Iosifidis Ch., Agha M., and Aghaf R. (2020). Οι κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις της πανδημίας του κορωνοϊού (COVID-19): Μια ανασκόπηση. Int J Surg., 78: 185–193. doi: 10.1016/j.ijsu.2020.04.018
30. NZFSSRC (2020). Δυνατότητα μετάδοσης του Covid-19 μέσω των τροφίμων: ενημέρωση ανασκόπησης βιβλιογραφίας.
31. ΟΟΣΑ (Ο Οργανισμός Οικονομικής Συνεργασίας και Ανάπτυξης). (2020). Αλυσίδες εφοδιασμού τροφίμων και COVID-19: Επιπτώσεις και μαθήματα πολιτικής [Διαδικτυακός]. http://www.oecd.org/coronavirus/policy-responses/food-supplychains-and-covid-19-impacts-and-policy-lessons-71b57aea/. Accessed on May. 2, 2022
32. Pressman, P., Naidu, AS, Clemens, R. (2020). COVID-19 και ασφάλεια τροφίμων: διαχείριση κινδύνου και μελλοντικοί προβληματισμοί. Nutrition Today, 55: 125–128.
33. Rizou, M., Galanakis, IM, Aldawoud, TMS, et al. (2020). Ασφάλεια τροφίμων, αλυσίδα εφοδιασμού τροφίμων και περιβάλλον εντός της πανδημίας COVID-19. Trends in Food Science & Technology, 102: 293–299.
34. Rodríguez-Pérez, C., Molina-Montes, E., Verardo, V., et al. (2020). Αλλαγές στις διατροφικές συμπεριφορές κατά τη διάρκεια του περιορισμού της επιδημίας COVID-19 στην ισπανική μελέτη για τον COVID-19. Nutrients, 12: 1730.
35. Ruiz-Roso MB, De Carvalho Padilha P, Mantilla-Escalante DC, Ulloa N, Brun P, Acevedo-Correa D, et al. (2020). Περιορισμός COVID-19 και αλλαγές στις διατροφικές τάσεις των εφήβων στην Ιταλία, την Ισπανία, τη Χιλή, την Κολομβία και τη Βραζιλία. ΘΡΕΠΤΙΚΕΣ ουσιες. 12:1807. doi: 10.3390/nu12061807
36. Scarmozzino F, Visioli F. (2021). Ο COVID-19 και το επακόλουθο lockdown τροποποίησαν τις διατροφικές συνήθειες σχεδόν του μισού πληθυσμού σε ένα ιταλικό δείγμα. Τρόφιμα. (2020) 9:675. doi: 10.3390/foods9050675
37. Shahidi, F. (2020). Επηρεάζει ο COVID-19 την ασφάλεια και την ασφάλεια των τροφίμων; Μια Συνοπτική Έκθεση σχετικά με την Έκτακτη Επιστημονική Στρογγυλή Τράπεζα του IUFoST-CIFST στις 21 Μαρτίου 2020 Journal of Food Bioactives, 9: 1–3.
38. Sidor A, Rzymski P. Διατροφικές επιλογές και συνήθειες κατά τη διάρκεια του lockdown COVID-19: εμπειρία από την Πολωνία. ΘΡΕΠΤΙΚΕΣ ουσιες. (2020). 12:1657. doi: 10.3390/nu12061657
39. Sohrabi, AlsafiZ., O’Neill N., Khan M., Kerwan M., Al-Jabir A., Iosifidis Ch., and Agha R. (2020). Ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας κηρύσσει παγκόσμια έκτακτη ανάγκη: Ανασκόπηση του νέου κοροναϊού του 2019 (COVID-19). Int J Surg., 76:71-76. doi: 10.1016/j.ijsu.2020.02.034.
40. Solomon, S., Rao, GP and Swapna, M. (2020). Ο αντίκτυπος του COVID-19 στην ινδική βιομηχανία ζάχαρης. Sugar Tech, 22, 547-551.
41. Staniforth, J. (2020). Ενημέρωση για τον COVID-19: Η υγεία των εργαζομένων, η απουσία από την εργασία αποτελούν τους μεγαλύτερους κινδύνους για την αλυσίδα εφοδιασμού τροφίμων στις ΗΠΑ [Διαδικτυακός]. https://www.foodqualityandsafety.com/article/covid-19-update-worker-health-andabsenteeism-present-largest-risk-to-u-s-food-supply-chain. Πρόσβαση στις 20 Μαρτίου 2020
42. Van Doremalen N., Bushmaker T., Morris DH, Holbrook MG, Gamble A., Williamson BN, Tamin A., Harcourt JL, Thornburg NJ, Gerber SI, Lloyd-Smith JO, de Wit E., Munster VJ (2020) . Σταθερότητα αερολύματος και επιφάνειας του HCoV-19 (SARS-CoV-2) σε σύγκριση με τον SARS-CoV-1. medRxiv. doi: 10.1101/2020.03.09.20033217.
43. ΠΟΥ (Παγκόσμια Οργάνωση Υγείας). Nutrition and Food Safety (NFS) και COVID-19 https://www.who.int/teams/nutrition-and-food-safety/covid-19 Πρόσβαση τον Μάιο. 2, 2022
44. ΠΟΥ (Παγκόσμια Οργάνωση Υγείας). (2019). Νέος Coronavirus (2019-nCoV): Στρατηγικό σχέδιο ετοιμότητας και αντίδρασης [Διαδικτυακό]. https://www.who.int/docs/default-source/coronaviruse/srp-04022020.pdf?sfvrsn=7ff55ec0_4&download=true. Πρόσβαση στις 13 Μαρτίου 2020.
45. ΠΟΥ (Παγκόσμια Οργάνωση Υγείας). (2020). Νέος Κορωνοϊός (2019-nCoV). Έκθεση κατάστασης – 1. 21 Ιανουαρίου 2020. 5 σελ. Διαθέσιμο στο: https://www.who.int/emergencies/diseases/novel-coronavirus-2019/situation-reports/

Περίληψη

Η πανδημία του κορωνοϊού, μαζί με την ανθρώπινη υγεία και τον πλούτο, επηρεάζει και τον τομέα των τροφίμων. Υπάρχει μια συνεχής και τεράστια αύξηση των μολύνσεων από τον COVID-19 σε παγκόσμια κλίμακα που αφορά τους εργαζόμενους στον τομέα των τροφίμων. Παρόλο που δεν υπάρχει καμία αναφορά για την εξάπλωση του ιού μέσω της κατανάλωσης τροφίμων, έχουν αναφερθεί διαφορετικά γαστρεντερικά συμπτώματα, επομένως η εύρεση του SARS-CoV-2 σε τρόφιμα ή συσκευασίες τροφίμων μπορεί να εγείρει ανησυχίες για την ασφάλεια των τροφίμων. Υπάρχει μια ποικιλία φυσικών παραγόντων και αντιιικών συστατικών τροφίμων που επηρεάζουν τη μετάδοση του SARS-CoV-2. Η μετάδοση του COVID-19 επηρεάζεται επίσης από τη συσκευασία των τροφίμων. Επί του παρόντος, έχει διεξαχθεί σημαντική έρευνα σχετικά με τη συσκευασία αντιμικροβιακών τροφίμων, αλλά εξακολουθεί να υπάρχει έλλειψη στην ανάπτυξη συσκευασιών τροφίμων κατά των ιών. Υπό αυτή την έννοια, η συμβολή των νανοτεχνολογιών και των νανοϋλικών (νανοσωματίδια και νανοσύνθετα) στην εξερεύνηση των συσκευασιών τροφίμων κατά των ιών είναι αναμφισβήτητη και πολλά υποσχόμενη, καθώς συμβάλλει στη βελτίωση της ποιότητας, της ασφάλειας και της βιωσιμότητας των τροφίμων.

Λέξεις-κλειδιά/φράσεις: μετάδοση του κορωνοϊού με τη μεσολάβηση τροφίμων, νανοσυσκευασία τροφίμων, αντιική δράση των νανοσωματιδίων

1. Εισαγωγή

Η πανδημία του κορωνοϊού, μαζί με την ανθρώπινη υγεία και τον πλούτο, επηρεάζει επίσης τον τομέα των τροφίμων [11]. Υπάρχει μια συνεχής και τεράστια αύξηση των μολύνσεων από τον COVID-19 σε παγκόσμια κλίμακα που αφορά τους εργαζόμενους στον τομέα των τροφίμων. Λόγω της ταχείας εξάπλωσης της μόλυνσης, έχουν διαδοθεί διάφοροι μύθοι για τη μετάδοση του ιού κατά την κατανάλωση κρέατος και προϊόντων πουλερικών. Όπως έδειξε μια έρευνα που πραγματοποιήθηκε σε αραβικές χώρες, η πλειοψηφία των ανθρώπων δεν γνωρίζει τον SARS-CoV-2. Δεν ανησυχούν ούτε για τη μετάδοση που σχετίζεται με τα τρόφιμα. Αυτό έδειξε ότι οι τοπικές αρχές και οι κυβερνητικοί φορείς πρέπει να ελέγχουν τις ψευδείς φήμες σχετικά με τα τρόφιμα και την ασφάλειά τους [28].

Ως εκ τούτου, μέχρι στιγμής, δεν υπάρχει καμία αναφορά για εξάπλωση του ιού μέσω της κατανάλωσης τροφίμων. Ωστόσο, έχουν αναφερθεί διαφορετικά γαστρεντερικά συμπτώματα όπως ναυτία, έμετος και διάρροια [75]. Έτσι, η εύρεση του SARS-CoV-2 σε συσκευασίες τροφίμων ή τροφίμων μπορεί να εγείρει ανησυχίες για την ασφάλεια των τροφίμων, αλλά δεν υποδηλώνει κίνδυνο για τη δημόσια υγεία. Δεν αποτελεί λόγο για τον περιορισμό του εμπορίου τροφίμων ή την έναρξη ανάκλησης τροφίμων, αλλά η ενσωμάτωση της επισιτιστικής ασφάλειας και βιωσιμότητας σε μια τροφική αλυσίδα πρέπει να θεωρείται σημαντικό μέρος των προσεγγίσεων για τον έλεγχο πιθανών μελλοντικών πανδημιών.

2. Προβλεπόμενοι τρόποι μετάδοσης του κορωνοϊού με τη μεσολάβηση τροφίμων

Οι ιοί είναι μεσοκυτταρικό παράσιτο που χρειάζεται ένα ζωντανό κύτταρο ξενιστή για να διασφαλίσει την αντιγραφή του γονιδιώματός του μέσω ενός κυττάρου ξενιστή. Αυτό το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό των ιών δεν επιτρέπει την καλλιέργειά τους σε περιβάλλον χωρίς ζωντανό κύτταρο.

Γενικά, η ιική διάγνωση είναι δύσκολη λόγω της διαθεσιμότητας περιορισμένων διαγνωστικών και αναλυτικών εργαλείων για την ανίχνευση ιών [74]. Είναι γνωστό ότι ο νοροϊός (γαστρεντερίτιδα), ο ηπατοϊός Α (ηπατίτιδα Α) και ο ορθορεοϊός Α (ηπατίτιδα Ε) είναι οι τυπικοί ιοί που μεταδίδονται με τρόφιμα που μπορούν να μεταδοθούν στα τρόφιμα μέσω διαφορετικών οδών όπως μολυσμένο νερό, στοματική-κοπράνων, μολυσμένοι χειριστές τροφίμων (Εικ. 1).

Φιγούρα 1. Οι τυπικοί ιοί που μεταδίδονται μέσω της τροφικής αλυσίδας

Προηγούμενα κρούσματα όπως το SARS και το MERS δεν είχαν διαπιστωθεί ότι μεταδίδονται με τρόφιμα. Από αυτή την άποψη, δεν υπάρχουν σαφή ευρήματα για τη μετάδοση του SARS-CoV-2 και μέσω ενός τέτοιου μηχανισμού. Ενώ η μετάδοση του SARS-CoV-2 μέσω των τροφίμων δεν είναι επιστημονικά αποδεδειγμένη, αυτή η ευκαιρία δεν πρέπει να αποκλειστεί καθώς ο SARS-CoV-2 συνδέεται με το εμπόριο και την κατανάλωση ζώων [11]. Μετά από αυτό, τα κατεψυγμένα φρέσκα τρόφιμα ως πηγή του SARS-CoV-2, κατ’ αναλογία του MERS και του SARS COV-1, μπορούν επίσης να αποτελέσουν μέσο μετάδοσης του ιού καθώς διαπιστώθηκε ότι παραμένει μολυσματικό σε παγωμένη κατάσταση για έως 2 έτη [33].

Η οδός μετάδοσης των ιών μέσω των τροφίμων μπορεί να πραγματοποιηθεί κατά τον χειρισμό στην παραγωγή, την επεξεργασία, τη συσκευασία και τη μεταφορά. Επίσης, η διασταυρούμενη μόλυνση από ήδη μολυσμένους χειριστές τροφίμων είναι μία από τις κύριες οδούς μετάδοσης [72]. Υπάρχει επίσης κίνδυνος εξάπλωσης της λοίμωξης COVID-19 μέσω συσκευασιών τροφίμων μέσω μολυσμένου επιχειρησιακού προσωπικού, για τις οποίες περιπτώσεις οι καταναλωτές επισημάνθηκαν από την Επιτροπή της ΕΕ [25]. Το Σχ. 2 περιγράφει τις διάφορες πιθανές οδούς μετάδοσης του COVID-19 μέσω τροφής.

Σχήμα 2. Πιθανοί τρόποι μετάδοσης του SARS COV-2 στην αλυσίδα παραγωγής τροφίμων.

2.1. Επίδραση της θερμοκρασίας, της πίεσης, της υγρασίας και της οξύτητας στη μετάδοση του SARS-CoV-2

Οι τροφιμογενείς ιοί μπορούν να απενεργοποιηθούν χρησιμοποιώντας εξωγενείς και εγγενείς παράγοντες του τροφίμου και διαφορετικές χημικές προσεγγίσεις καθώς και κατά τη διάρκεια τεχνολογιών για την επεξεργασία τροφίμων. Οι παράγοντες που επηρεάζουν τον ιό SARS-CoV-2 είναι πολυεπιστημονικοί. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη οι διάφορες περιβαλλοντικές καταστάσεις, που περιλαμβάνουν τη θερμοκρασία, την πίεση, την υγρασία και την οξύτητα, που προβλέπουν τη ζωτικότητα, την επιβίωση και το ποσοστό μόλυνσης του ιού.
Τα σημαντικά εξωτερικά χαρακτηριστικά των τροφίμων, όπως η δραστηριότητα του νερού, το rN και οι θερμοκρασίες αποθήκευσης σε frapped και κατεψυγμένα, θεωρείται ότι ελέγχουν και διατηρούν τα τρόφιμα μικροβιολογικά ασφαλή. Η επίδραση αυτών των παραγόντων σχετίζεται με την ικανότητά τους να αναστέλλουν τη μικροβιακή μόλυνση των τροφίμων. Όταν οι ιοί είναι οι μολυσματικοί παράγοντες, ορισμένες από αυτές τις πρακτικές ελέγχου μπορούν να παραλειφθούν, καθώς η μολυσματικότητα του ιού διαφέρει σημαντικά σε σύγκριση με εκείνη των αλλοιώσεων των τροφίμων ή των παθογόνων βακτηρίων. Οι ιοί, όπως και διάφορα βακτηριακά παθογόνα, είναι συγκριτικά σταθεροί σε συνθήκες ψύξης και κατάψυξης. Υπάρχουν δεδομένα στη βιβλιογραφία για την επιμονή διαφόρων ιών σε διαφορετικά προϊόντα διατροφής μετά από διαφορετικά σχήματα αποθήκευσης. Για παράδειγμα, δεν καταγράφηκε μείωση του Norovirus (MNV) ποντικού στο σπανάκι και τα φρέσκα κρεμμυδάκια μετά από 6 μήνες αποθήκευσης σε κατεψυγμένο. Μετά από 28 ημέρες αποθήκευσης, μετρήθηκε μείωση <1,2 log 10 N για τις φράουλες. Ο SARS-CoV-2 βρέθηκε να είναι σταθερός έως και 72 ώρες κατά την ψύξη (4 o C) και 2 χρόνια σε βαθιά κατάψυξη (-20 o C). Ο SARS-CoV απενεργοποιείται για 15 λεπτά σε θερμοκρασία 75 o C ενώ το MERS μπορεί να απενεργοποιηθεί στους 65 o C για 1 λεπτό. Μια δοκιμασία θερμοσταθερότητας που πραγματοποιήθηκε για τον SARS-CoV-2 έδειξε ότι αδρανοποιείται σε ελάχιστη θερμοκρασία 70 o C για τουλάχιστον 5 λεπτά. Αυτά τα δεδομένα έδειξαν ότι οι τυπικές θερμοκρασίες για το μαγείρεμα είναι επαρκείς για την απενεργοποίηση του ιού. Ωστόσο, τα φρέσκα και κατεψυγμένα τρόφιμα μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως οχήματα για τη μετάδοση του ιού. Για αυτούς, η αυστηρή τήρηση των πρωτοκόλλων ασφαλείας και το δυνατό πλύσιμο των χεριών μετά το χειρισμό είναι πολύ σημαντικό. Υπάρχει μικρότερη πιθανότητα μετάδοσης του ιού με τρόφιμα όταν η αποστολή του γίνεται σε διάστημα δύο ημερών. Όπως τα τρόφιμα, το πόσιμο νερό δεν αντιμετωπίζεται ως τρόπος μετάδοσης του SARS-CoV-2 σύμφωνα με τις εκθέσεις της Υπηρεσίας Προστασίας του Περιβάλλοντος (ЕРА) και του Κέντρου Ελέγχου Νοσημάτων (CDC). Αυτό συμβαίνει επειδή οι κοινές διαδικασίες επεξεργασίας νερού είναι επαρκείς για την απενεργοποίηση των ιών. Έτσι, η θερμική επεξεργασία των τροφίμων θεωρείται μια από τις καλύτερες χρήσιμες τεχνικές για την απενεργοποίηση των τροφιμογενών ιών. Οι ιοί HAV, ηπατίτιδας Ε (HEV) και NoV είναι τόσο ευάλωτοι σε αυτή τη θεραπεία όσο και τα παθογόνα βακτήρια. Κατά τη διάρκεια των θερμοκρασιών παστερίωσης, τα MNV και HAV αποδείχθηκε ότι καταγράφουν περισσότερα από 3,5 log 10 N στους 72 o C μετά από 1 λεπτό στο νερό. Επίσης, τα MNV και TuV απενεργοποιήθηκαν μετά από θέρμανση στους 70°C για 2 λεπτά. Η λεύκανση με ατμό προϊόντων όπως το σπανάκι για 1 λεπτό στους 80oC μείωσε τη μολυσματικότητα του MNV κατά τουλάχιστον 2,4 log 10 N. Ομοίως, οι FCV και HAV απενεργοποιήθηκαν επίσης πάρα πολύ μετά από λεύκανση στους 95 o C για 2,5 λεπτά. Ο στρατηγικός συνδυασμός οξίνισης (μείωση ρΝ) των τροφίμων εκτός από τη θερμική επεξεργασία αναφέρθηκε επίσης ότι είναι πολύ αποτελεσματικός κατά της αδρανοποίησης του HAV. Ανεξάρτητα από τις ελάχιστες απαιτήσεις θερμοκρασίας και χρόνου για την αδρανοποίηση διαφορετικών ιών, στις περισσότερες περιπτώσεις, τουλάχιστον 90 δευτερόλεπτα θερμικής επεξεργασίας σε ελάχιστη θερμοκρασία 90 o C είναι γενικά επαρκής για την απενεργοποίηση των εντερικών ιών ανεξάρτητα από την πολυπλοκότητα της μήτρας τροφής. Πιστεύεται γενικά ότι ένα βραστό υγρό μέσο όπως το νερό είναι ικανό να αδρανοποιεί αποτελεσματικά τον ιό μετά από περίπου 1 λεπτό για περισσότερα από 4 log 10 N για τους περισσότερους εντεροϊούς, συμπεριλαμβανομένων του ανθρώπινου NoV, του ανθρώπινου ρινοϊού (HRV), του HEV και του HAV. Ο αποξηραμένος ιός αναφέρθηκε ότι διατήρησε τη μολυσματικότητά του στους 22-25 o C και σχετική υγρασία 40-50 % για 5 ημέρες. Σε υψηλότερες θερμοκρασίες (38 o C) και σχετική υγρασία (> 95 %), χάνουν γρήγορα τη βιωσιμότητά τους (> 3 log 10 N).
Εξωτερικές αλλαγές στα επίπεδα ρΝ που συμβαίνουν κατά τη ζύμωση ή την οξίνιση των υποστρωμάτων υδατανθράκων και των επιπέδων της υδάτινης δραστηριότητας των τροφίμων, για παράδειγμα μέσω προσθήκης διαλυμένων ουσιών όπως ζάχαρη ή αλάτι ή συνδυασμών τους, ή ακόμη και σύζευξη αυτών των επεξεργασιών με τη δυναμική των συνθηκών αποθήκευσης , έχουν διαφορετικές επιπτώσεις στη μολυσματικότητα των ιών. Τα MNV και TuV για παράδειγμα βρέθηκαν να ανέχονται χαμηλά επίπεδα ρΝ (ρΝ 2) λόγω ζύμωσης γαλακτικού οξέος. Παρόλο που η ζύμωση αναφέρθηκε ότι είναι ικανή να παράγει ενώσεις με πιθανή χρήση ως πρόσθετα τροφίμων, διεγείροντας έτσι τις αντιικές ιδιότητες, οι υποκείμενοι αντιιικοί μηχανισμοί δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητοί.

2.2. Επίδραση της ακτινοβολίας στη μετάδοση του SARS-CoV-2

Η υπεριώδης ακτινοβολία (UV) έχει αναφερθεί ότι είναι αποτελεσματική στην ενεργοποίηση ορισμένων ιών. Η αποτελεσματικότητά του έναντι του SARS-CoV-2 δεν έχει ακόμη δοκιμαστεί. Ο κορωνοϊός SARS ήταν εξαιρετικά ευαίσθητος στην υπεριώδη ακτινοβολία. Έχει προταθεί ως πρόσθετο επίπεδο ασφάλειας κατά τη φυσική διαδικασία απολύμανσης. Συγκρίνοντας την αποτελεσματικότητα της απολύμανσης: οι χειροκίνητες χημικές μέθοδοι μείωσαν τη μόλυνση κατά 36% και επιτεύχθηκε μείωση 96 έως 99,99% από την υπεριώδη ακτινοβολία από το σύστημα UV του συστήματος PurpleSun® ЕЗОО. Σε χαμηλότερες συγκεντρώσεις ιού, χαμηλές δόσεις ακτινοβολίας UVC (200 – 280 nm) αδρανοποίησαν πλήρως τον SARS-CoV-2 και υψηλότερες δόσεις απενεργοποίησαν συνολικά υψηλότερες συγκεντρώσεις του ιού.
Η ακτινοβολία γάμμα μεταξύ 3 000 και 15 000 rad δεν επηρέασε την αδρανοποίηση του SARS-CoV, υποδεικνύοντας ότι το εύρος της δόσης ακτινοβολίας ήταν πολύ χαμηλό για να επηρεάσει τον ιό. Ενώ ο ιός αδρανοποιήθηκε με UVC (σε αντίθεση με την UVA D, 320 – 400 nm) μετά από περίπου 6 λεπτά έκθεσης. Αυτό σημαίνει ότι η ακτινοβολία UVC χαμηλού μήκους κύματος θα μπορούσε να είναι αποτελεσματική στην απενεργοποίηση του ιού από ύποπτα προϊόντα διατροφής.

2.3. Αντιιικά συστατικά τροφίμων και συσκευασίες τροφίμων

Οι τροφιμογενείς ιοί έχει αποδειχθεί ότι προκαλούν την πλειονότητα των τροφιμογενών επιδημιών. Το 2010, το 15% των