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Antivirale Aktivität von bioaktiven Polymeren auf Chitosan-Basis gegenüber dem Bakteriophagen Phi6

Die antiviralen Eigenschaften von Chitosanen sind im Gegensatz zu Chitosan Derivaten bisher nur wenig betrachtet wurden. Aus dem Grund wurde in der hier präsentierten Studie die antivirale Aktivität von drei Chitosanen gegen das SARS-CoV-2 Surrogat, den Bakteriophagen phi6, untersucht.

ERSTE EINBLICKE IN DIE ANTIVIRALE AKTIVITÄT VON BIOAKTIVEN POLYMEREN AUF CHITOSAN-BASIS GEGENÜBER DEN BAKTERIOPHAGEN PHI6: PHYSIKALISCH-CHEMISCHE CHARAKTERISIERUNG, INAKTIVIERUNGSPOTENTIAL UND HEMMUNGSMECHANISMEN

Plohl O, Fric K, Filipić A, Kogovšek P, Tušek Žnidarič M, Zemljič LF. First Insights into the Antiviral Activity of Chitosan-Based Bioactive Polymers towards the Bacteriophage Phi6: Physicochemical Characterization, Inactivation Potential, and Inhibitory Mechanisms. Polymers (Basel). 2022 Aug 17;14(16):3357. doi: 10.3390/polym14163357. PMID: 36015613; PMCID: PMC9413598.

Der 2019 ausgebrochene Covid-19 Virus hat mehr als 500 Millionen Menschen bis August 2022 infiziert und wird neben Aerosolen auch teilweise über Oberflächen übertragen. Eine Möglichkeit Ansteckungen von Covid-19 und auch anderen viralen Erkrankungen wie z.B. das Norovirus zu verhindern ist die Verfügbarkeit und Verwendung von antiviralen Materialien zum Personenschutz. Durch antivirale Beschichtungen könnten somit Kontaminationen mit Viren und anderen Mikroorganismen verhindert werden.

Bisher werden dafür z.B. synthetische, anorganische oder photokatalytische Beschichtungen verwendet, die aber eine limitierte Effizienz, einen negativen Umwelteinfluss und eine hohe Toxizität besitzen.

Eine Alternative dazu kann die Entwicklung von antiviralen Beschichtungen basierend auf natürlichen Polymeren wie z.B. Chitosan bieten. Chitosan besitzt ausgezeichnete antibakterielle Eigenschaften. Über die antiviralen Eigenschaften ist allerdings aufgrund der schlechten Löslichkeit von Chitosan bei neutralen pH nur wenig bekannt. Diese sind bisher nur für Chitosan Derivate genauer untersucht worden.

Aus diesem Grund wurden in der vorliegenden Studie die antiviralen Eigenschaften dreier Chitosane betrachtet. Neben einem niedrig und einem hochmolekularen Chitosan (LMW-CS und HMW-CS) wurde ebenfalls quaternisiertes, niedrigmolekulares Chitosan (quart-LMW-CS) untersucht. Aufgrund der ähnlichen Größe wurde die rsRNA Bakteriophage phi6 als Äquivalent zu SARS-CoV-2 verwendet.

ERGEBNISSE

  • Verwendung der Chitosane bei der gleichen Massenkonzentration (1,25 mg/ml) um Einfluss Konzentration auf Virusinaktivierung zu verhindern
  • Hohe Virusinaktivierung gegen phi6 bei niedrigen pH (4,5) für LMW-CS und HMW-CS (100 % und 99,9995 %), deutlich geringer für quart-LMW-CS (78,76 %)
  • Völlig anderes Verhalten bei neutralem pH-Wert von 7,4: keine Virusinaktivierung von LMW-CS und HMW-CS, während quart-LMW-CS eine Inaktivierungsrate von 97.15 % zeigte
  • Verkleinerung des Durchmessers von phi6 von ca. 85 nm auf ca. 63 nm nach Kontakt mit CS
  • Veränderung Morphologie der Virus-Partikel durch Auflösen der Lipidhülle
  • Inkubation von phi6 für 2 h mit LMW-CS: Veränderungen im FTIR weist auf elementare Strukturänderungen hin
  • Vernachlässigbare Veränderungen in den Zeta-Potentialen der Chitosane vor und nach Kontakt mit dem Virus
  • pH 4,5: Erhöhung hydrodynamischer Durchmesser bei Interaktion zwischen phi6 und CS insbesondere bei LMW-CS und HMW-CS → Hinweis auf elektrostatische Interaktion, die wahrscheinlich Virushülle beschädigt
  • bei neutralen pH keine Zunahme hydrodynamischer Durchmesser
  • kein Einfluss Molekulargewicht und Deacetylierungsgrad auf Virusinaktivierung

Schlussfolgerungen: Zusammenfassend lässt sich sagen, dass in der präsentierten Studie das Inaktivierungspotenzial von verschiedenen Chitosane gegen den Bakteriophagen phi6, ein Surrogat für SARS-CoV-2, nachgewiesen wurde. Zudem wurde gezeigt, dass die Inaktivierung pH abhängig ist, allerdings unabhängig vom Molekulargewicht und Deacetylierungsgrad. CS und phi 6 interagierten über elektrostatische Wechselwirkungen miteinander, was wahrscheinlich zur Auflösung der Lipidhülle führte.

Link zum Artikel: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36015613/

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chitosan, antivirale Mittel, SARS-CoV-2

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