ХІМІЯ, ФІЗИКА ТА ТЕХНОЛОГІЯ ПОВЕРХНІ

ISSN 2518-1238 (Online), ISSN 2079-1704 (Print)

Сьогодні противірусну активність оксидних наноматеріалів можна використовувати в боротьбі з вірусним захворюванням COVID-19. Вважається, що наночастинки Ag можуть зв’язуватися з поверхневим глікопротеїном вірусу та перешкоджати взаємодії вірусу з епітеліальними клітинами, а також пригнічувати репродукцію вірусу шляхом вивільнення іонів срібла в клітині. Показано інгібування вірусів геномами РНК (рибонуклеїнова кислота) і ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота) дією оксидних нанокомпозитів.

 У цьому дослідженні структуру поверхні легованого CeO₂ (La₂O₃) вивчали методом адсорбції-десорбції азоту на основі методу БЕТ. Наявність атомів срібла в CeO₂-Ag⁰ може сприяти транспортуванню більшої кількості дірок на поверхню та посилювати оптичну й антивірусну активність. Первинний розмір частинок чистого діоксиду церію становить 7 нм, для композиту CeO₂-Ag при 2 і 4 мас. % срібла 6.5 і 6.9 нм; для La₂O₃-Ag 27 і 35 нм відповідно.

 Життєздатність клітин оцінювали за допомогою аналізу МТТ (3-(4,5-диметилтіазол-2-іл)-2,5-дифенілтетразолію бромід) після експозиції НЧ (наночастинок), оскільки лише життєздатні клітини мають функціональні ферменти мітохондріальної дегідрогенази, які можуть відновлювати МТТ до формазану. Наночастинки були нетоксичними для клітин BHK-21 (нирка сирійського хом’яка), Hep-2 (карцинома гортані людини) та MDCK (нирка собаки) у концентраціях 10 та 100 мкг/мл, а життєздатність клітин була в межах 76÷100 %. Меншу токсичну дію мають La₂O₃ та CeO₂, які містять 4 мас. % Ag у концентрації 1000 мкг/мл: для клітин BHK-21 68 та 76 % життєздатних клітин відповідно; для Hep-2 - 40 і 36 %, для MDCK - 42 і 48 %; La₂O₃ та CeO₂ з 2 та 5 мас. % Ag у концентрації 1000 мкг/мл були високотоксичними. Рівень життєздатності клітин ВНК-21, Нер-2 та MDCK знаходився в діапазоні від 7 до 37 %.

Встановлено, що оксиди церію та лантану мають виражену віруліцидну дію щодо вірусу простого герпесу та вірусу грипу А шляхом повного пригнічення розвитку його цитопатичної дії. Оксиди лантану та церію з 2 та 5 мас. % срібла пригнічували розвиток CPE (цитопатичний ефект) вірусу більш ніж на 5.0 log₁₀ у порівнянні з контролем вірусу. Результати показують, що оксиди лантану та церію з 2 та 5 мас. % срібла мають високу віруліцидну дію проти вірусу простого герпесу типу 1. Зменшення інфекційного титру вірусу герпесу, синтезованого “de novo” на 1.0÷4.0 log₁₀, відбувається у присутності нанокомпозитів лантану та церію.

Ahmed S.F., Quadeer A.A., McKay M.R. SARS-CoV-2 T Cell Responses Elicited by COVID-19 Vaccines or Infection Are Expected to Remain Robust against Omicron. Viruses. 2022. 14(1): 79. https://doi.org/10.3390/v14010079

Weiss C., Carriere M., Delogu L.G. Toward nanotechnology-enabled approaches against the COVID-19 Pandemic. ACS Nano. 2020. 14(6): 6383. https://doi.org/10.1021/acsnano.0c03697

Lavrynenko O.M, Pavlenko O.Yu., Zahornyi M.N., Korichev S.F. Morphology, phase and chemical composition of the nanostructures formed in the systems containing lanthanum, cerium, and silver. Him. Fiz. Technol. Poverhni. 2021. 12(4): 382. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/hftp12.04.382

Vember V., Lavrynenko O., Zahornyi M., Pavlenko O., Benatov D. Study of biological activity of lanthanum, cerium, and titanium oxide's nanoparticles and their composites modified by silver. Bulletin of National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" Series "Chemical Engineering, Ecology and Resource Saving". 2022. 21(2): 79. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.20535/2617-9741.2.2022.260354

Khan M.M., Ansari S.A., Pradhan D., Han D.H., Lee J., Cho M.H. Defect-induced band gap narrowed CeO2 nanostructures for visible light activities. Ind. Eng. Chem. Res. 2014. 53(23): 15233. https://doi.org/10.1021/ie500986n

Khan M.M., Ansari S.A., Ansari M.O., Min B.K., Han D.H., Lee J., Cho M.H. Biogenic fabrication of Au@CeO2 nanocomposite with enhanced visible light activity. J. Phys. Chem. C. 2014. 118(18): 9477. https://doi.org/10.1021/jp500933t

Mudhafar M., Zainol I., Aiza Jaafar C.N., Alsailawi H.A., Desa Sh. A Review Synthesis Methods of Ag Nanoparticles: Antibacterial and Cytotoxicity. International Journal of Drug Delivery Technology. 2021. 11(2): 635.

Shtepliuk J., Khranovskyy V., Ievtushenko A., Yahimova R. Temperature-dependent photoluminescence of ZnO thin films grown on off-axis SiC substrates by APMOCVD. Materials (MDPI). 2021. 14(4): 1035. https://doi.org/10.3390/ma14041035

Lavrynenko O.M., Pavlenko O.Yu., Shchukin Yu.S., Dudchenko N.O., Brik A.B., Antonenko T.S. Characteristics of Nanocomposites Formed on the Steel Surface Contacting with Precious Metal Solutions. In: Microstructure and Properties of Micro- and Nanoscale Materials, Films, and Coatings. (Springer Proceedings in Physics, Chapter 28, 2020). P. 297. https://doi.org/10.1007/978-981-15-1742-6_28

Nguyen-Tri P., Nguyen V., Nguyen T. Biological Activity and Nanostructuration of Fe3O4-Ag/High Density Polyethylene Nanocomposites. J. Compos. Sci. 2019. 3(2): 34. https://doi.org/10.3390/jcs3020034

Zheng Z., Murakamia N., Liu J., Teng Z., Dr. Zhang Q., Cao Yu, Dr. Cheng H., Dr. Ohno T. Development of Plasmonic Photocatalyst by Site-selective Loading of Bimetallic Nanoparticles of Au and Ag on Titanium(IV) Oxide. Chem. Cat. Chem. 2020. 12(14): 3783. https://doi.org/10.1002/cctc.202000366

Khalyavka T., Bondarenko M., Shcherban N., Petrik I., Melnyk A. Effect of the C and S additives on structural, optical, and photocatalytic properties of TiO2. Appl. Nanosci. 2018. 9: 695. https://doi.org/10.1007/s13204-018-0838-1

Moradi H., Eshaghi A., Hosseini S.R., Ghani K. Fabrication of Fe-doped TiO2 nanoparticles and investigation of photocatalytic decolorization of reactive red 198 under visible light irradiation. Ultrason. Sonochem. 2016. 32: 314. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2016.03.025

Xiong Z., Ma J., Ng W.J., Waite T.D., Zhao X.S. Silver-modified mesoporous TiO2 photocatalyst for water purification. Water Res. 2011. 45(5): 2095. https://doi.org/10.1016/j.watres.2010.12.019

Ma J., Xiong Z., David Waite T., Ng W.J., Zhao X.S. Enhanced inactivation of bacteria with silver-modified mesoporous TiO2under weak ultraviolet irradiation. Microporous Mesoporous Mater. 2011. 144(1-3): 97. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2011.03.040

Karimipour Z., Yengejeh R.J., Haghighatzadeh A., Mohammadi M.K., Rouzbahani M.M. UV-Induced Photodegradation of 2,4,6-Trichlorophenol Using Ag-Fe2O3-CeO2 Photocatalysts. J. Inorg. Organomet. Polym. Mater. 2021. 9(3): 191. https://doi.org/10.1007/s10904-020-01859-1

Zahornyi M.M., Tyschenko N.I., Lobunets T.F., Kolomys O.F., Strelchuk V.V., Naumenko K.S., Biliavska L.O., Zahorodnia S.D., Lavrynenko O.M., Ievtushenko A.I. The Ag Influence on the Surface States of TiO2, Optical Activity and Its Cytotoxicity. Journal of Nano-And Electronic Physics. 2021. 13(6): 06009. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.21272/jnep.13(6).06009

Filho S.A, dos Santos O.A.L, dos Santos M.S., Backx B.P. Exploiting Nanotechnology to Target Viruses. J. Nanotechnol. Nanomaterials. 2020. 1(1): 11.

Tang Z., Zhang Y., Xu Y. A facile and high yield approach to synthesize one-dimensional CeO2 nanotubes with well shaped hollow interior as a photocatalyst for degradation of toxic pollutants. RSC Adv. 2011. 1(9): 1772. https://doi.org/10.1039/c1ra00518a

Zholobak N.M., Mironenko A.P., Shecherbakov A.B., Shydlovska O.A., Spivak M.Ya., Radchenko L.V., Marinin A.I., Ivanova O.S., Baranchikov A.E., Ivanov V.K. Cerium dioxide nanoparticles increase immunogenicity of the influenza vaccine. Antiviral Res. 2016. 127: 1. https://doi.org/10.1016/j.antiviral.2015.12.013

Ismail R.A., Abid S.A., Taba A.A. Preparation and characterization of CeO2@Ag core/shell nanoparticles by pulsed laser ablation in water. Lasers Manuf. Mater. Process. 2019. 6: 126. https://doi.org/10.1007/s40516-019-00086-y

Li H., Xia P., Pan S., Qi Z., Fu C., Yu Z., Kong W., Chang Y., Wang K., Wu D., Yang X. The Advances of Ceria Nanoparticles for Biomedical Applications in Orthopaedics. Int. J. Nanomed. 2020. 2020: 7199. https://doi.org/10.2147/IJN.S270229

Khan S., Ansari A.A., Rolfo C., Coelho A., Abdulla M., Al-Khayal K., Ahmad R. Evaluation of in vitro cytotoxicity, biocompatibility, and changes in the expression of apoptosis regulatory proteins induced by cerium oxide nanocrystals. Sci. Technol. Adv. Mater. 2017. 18(1): 364. https://doi.org/10.1080/14686996.2017.1319731

Gaiser B.K., Fernandes T.F., Jepson M.A., Lead J.R., Tyler C.R., Baalousha M., Biswas A., Britton G.J., Cole P.A., Johnston B.D., Ju-Nam Y., Rosenkranz P., Scown T.M., Ston V. Interspecies comparison on the uptake and toxicity of silver and cerium dioxide nanoparticles. Environ. Toxicol. Chem. 2012. 31(1): 144. https://doi.org/10.1002/etc.703

Lavrynenko O.M., Zahornyi M.M., Vember V.V., Pavlenko O.Yu., Lobunets T.F., Kolomys O.F., Povnitsa O.Yu., Artiukh L.O., Naumenko K.S., Zahorodnia S.D., Garmasheva I.L. Nanocomposites based on cerium, lanthanum, and titanium oxides doped with silver for biomedical application. Condens. Matter. 2022. 7(3): 45. https://doi.org/10.3390/condmat7030045

European Collection of Animal Cell Cultures Catalog. Porton Down: Salisbury. (UK, PHLS Centre of Applied Microbiology and Research, 1990).

Hu R.L., Li S.R., Kong F.J., Hou R.J., Guan X.L, Guo F. Inhibition effect of silver nanoparticles on herpes simplex virus 2. Genetics and Molecular Research. 2014. 13(3): 7022. https://doi.org/10.4238/2014.March.19.2

Kusmierek E. A CeO2 Semiconductor as a Photocatalytic and Photoelectrocatalytic Material for the Remediation of Pollutants in Industrial Wastewater: A Review. Catalysts. 2020. 10(12): 1435. https://doi.org/10.3390/catal10121435

Xue Z., Shen Y., Li. P., Pan Y., Li J., Feng Z., Zhang Y., Zeng Y., Liu Y., Zhu S. Promoting effects of lanthanum oxide on the NiO/CeO2 catalyst for hydrogen production by auto thermal reforming of ethanol. Catal. Commun. 2018. 108: 12. https://doi.org/10.1016/j.catcom.2018.01.024

Heming J.D., Conway J.F., Homa F.L. Herpes virus capsid assembly and DNA packaging. Adv. Anat. Embryol. Cell. Biol. 2017. 223: 119. https://doi.org/10.1007/978-3-319-53168-7_6

Rivas H., Schmaling S., Gaglia M. Shutoff of Host Gene Expression in Influenza A Virus and Herpesviruses: Similar Mechanisms and Common Themes. Viruses. 2016. 8(4): 102. https://doi.org/10.3390/v8040102

Gallardo J., Pérez-Illana M., Martín-González N., San Martín C. Adenovirus Structure: What Is New? Int. J. Mol. Sci. 2021. 22(10): 5240. https://doi.org/10.3390/ijms22105240