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Desinfecção UV222 de SARS

May 16, 2023May 16, 2023

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 14545 (2022) Citar este artigo

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Há uma necessidade urgente de controles de engenharia baseados em evidências para reduzir a transmissão do SARS-CoV-2, que causa o COVID-19. Embora a luz ultravioleta (UV) seja conhecida por inativar os coronavírus, as lâmpadas UV convencionais contêm mercúrio tóxico e emitem comprimentos de onda (254 nm) que são mais perigosos para os seres humanos do que as lâmpadas excimer de cloro de criptônio que emitem 222 nm (UV222). Aqui usamos cultura e ensaios moleculares para fornecer a primeira resposta à dose para a solução SARS-CoV-2 exposta ao UV222. Os ensaios de cultura (infecciosidade da placa para o hospedeiro Vero) demonstraram mais de 99,99% de desinfecção do SARS-CoV-2 após uma dose de UV222 de 8 mJ/cm2 (constante de taxa de pseudo-primeira ordem = 0,64 cm2/mJ). Imediatamente após o tratamento com UV222, os ensaios de RT-qPCR direcionados ao gene do nucleocapsídeo (N) demonstraram ~ 10% de contribuição do dano do gene N à cinética de desinfecção, e um ensaio ELISA direcionado à proteína N demonstrou nenhuma contribuição do dano da proteína N à cinética de desinfecção. Resultados moleculares sugerem que outros danos a genes e proteínas contribuíram mais para a desinfecção. Após 3 dias de incubação com células hospedeiras, a cinética de RT-qPCR e ELISA de SARS-CoV-2 tratado com UV222 foi semelhante à cinética da cultura, sugerindo a validade do uso de ensaios moleculares para medir a desinfecção por UV sem cultura. Esses dados fornecem cinética quantitativa de desinfecção que pode informar a implementação do UV222 para prevenir a transmissão do COVID-19.

O coronavírus da síndrome respiratória aguda grave 2 (SARS-CoV-2) é o agente etiológico da Doença de Coronavírus 2019 (COVID-19), uma doença infecciosa de surgimento recente e sem cura. O SARS-CoV-2 se espalha principalmente de pessoa para pessoa quando as membranas mucosas (por exemplo, pulmões, olhos) são expostas a vírus transmitidos pelo ar que foram emitidos por indivíduos infectados em partículas de vários tamanhos1, 2. A infecção leva a um curso variável da doença que afeta vários sistemas de órgãos (respiratório, cardíaco, neurológico e gastrointestinal); por esta razão, os sintomas da COVID-19 são variáveis ​​e incluem infecção assintomática, febre, tosse, dispneia, mal-estar, náuseas, ageusia/anosmia, delirium e morte. Várias terapias antivirais e direcionadas ao hospedeiro foram ou estão sendo exploradas como tratamentos para COVID-193–15. Esses tratamentos e vacinas são motivos de otimismo durante a atual pandemia de COVID-19, que até o momento já matou quase 2 milhões de pessoas; no entanto, mesmo depois que as vacinas se tornarem amplamente disponíveis, o distanciamento social, equipamentos de proteção individual (EPI), incluindo máscaras faciais e outras soluções de engenharia que limitam a transmissão continuarão a ser necessários no futuro próximo para esta e outras doenças infecciosas emergentes3. A química de superfície projetada do EPI contra a proteína SARS-CoV-2 Spike foi explorada recentemente4.

A irradiação ultravioleta (UV) é um meio eficaz de inativar vários vírus respiratórios, incluindo o coronavírus humano OC43 (HCoV-OC43, uma causa do resfriado comum5) e SARS-CoV (agente etiológico da epidemia de SARS de 20026–8). A radiação ultravioleta é comumente aplicada para a desinfecção do ar em ambientes superiores, em sistemas HVAC e em purificadores de superfície e de ar autônomos. A viabilidade de usar UV em um nível generalizado e baseado em evidências para minimizar a transmissão de SARS-CoV-2, no entanto, é atualmente limitada por dois motivos: (1) lâmpadas UV convencionais de baixa pressão baseadas em mercúrio são impraticáveis ​​em muitos ambientes, pois são perigosos para a saúde humana (a emissão de comprimento de onda de 254 nm causa câncer de pele9 e catarata10) e para o meio ambiente (o mercúrio da quebra de lâmpadas de quartzo frágeis é tóxico11), (2) a cinética de resposta à dose de UV necessária para inativar o SARS-CoV-2 é desconhecida . Caso esses dois desafios sejam superados, o uso de UV para inativar o SARS-CoV-2 em ambientes com alto potencial de transmissão (por exemplo, instalações de atendimento congregacional, lares de pacientes convalescentes, salas de espera de hospitais, cabines de avião) seria uma engenharia prática e prontamente implantada solução para aumentar as medidas profiláticas atuais (distanciamento social, máscaras faciais, vacinas). Devido a um aumento no interesse e aplicação de UV em vários ambientes públicos, há uma necessidade urgente de entender a cinética de resposta à dose de SARS-CoV-2 à radiação UV para informar as decisões de projeto de engenharia que equilibram o risco de UV para os olhos e a pele. exposição com o risco de infecção por transmissão de vírus.

 240 nm. The lower wavelength emission (222 nm) is neither carcinogenic in human skin models or rodents12, nor causes acute corneal damage in rodents13. Additionally, the 222 nm wavelength emitted by KrCl excilamps is inherently more effective at disinfection14, nucleic acid damage15, and protein damage16, 17 than 254 nm emitted by low pressure mercury lamps due to greater absorbance of target biomolecules at lower wavelengths. Krypton and chlorine in KrCl excilamps are much less toxic than mercury, and KrCl excilamps have already been shown to be competitive in terms of electrical efficiency with mercury lamps that have many more years of product development and optimization18. To provide a safer quantification of dose responses without requiring viral proliferation that is required in standard culture-based assays, damage to the nucleocapsid protein and N gene were measured after UV222 treatment using commercial assays. Our results demonstrate that when an aqueous solution of pathogenic SARS-CoV-2 is exposed to UV222 light emitted by a Kr-Cl excilamp, its infectivity and integrity is attenuated in a UV dose-dependent manner, as measured by culture and molecular assays. These first UV222 disinfection dose responses demonstrate the feasibility of UV as an approach to inactivate SARS-CoV-2./p> 240 nm. The UV source was turned on to warm up for 15 min before any irradiance or spectral measurements or irradiations. Standardized procedures were followed for carrying out quasi-collimated beam disinfection studies20 and calculating polychromatic UV doses21. The emission spectrum of the UV222 source was measured using a NIST-traceable calibrated Ocean Optics HDX UV–Vis spectroradiometer with an extreme solarization resistant 455 µ fiber and Spectralon diffusing cosine corrector detector. Raw spectral data from the OceanView software was interpolated to integer wavelengths using the FORECAST function in Microsoft Excel and relativized to peak emission at 222 nm for use in dose calculations (Fig. 1 and Supplementary Fig. S1). Total incident UV-C irradiance was measured using an International Light Technologies (ILT) 2400 radiometer with a SED 220/U solar blind detector, W Quartz wide eye diffuser for cosine correction, and peak irradiance response NIST-traceable calibration. For irradiance measurement, the peak wavelength calibration value was input manually as the radiometer factor. The incident irradiance was measured with the detection plane of the radiometer centered at the height and location of the sample surface during UV exposures, and corrected for several factors to determine the average irradiance through the sample depth. Spatial nonuniformity of emission was accounted for each test by measuring irradiance at 0.5 cm increments from the center to the edge of the petri dish and relativized to determine a petri factor, which was always > 0.9. The typical detector spectral response was obtained from ILT and used to calculate the radiometer factor integrated over the lamp emission, which was 0.9971. As previously22, the reflection factor for water at the 222 nm peak wavelength was assumed to be 0.9726. The divergence factor was determined each experiment day by accounting for the distance between the lamp and the sample surface, and the sample depth and was always > 0.9. The water factor was determined each sample day by the ratio between the incident irradiance and the average irradiance integrated through the sample depth after wavelength-specific absorption. The UV–vis absorbance of virus working stocks (prepared fresh for each test) was measured in the biosafety cabinet using a Nanodrop™ OneC spectrophotometer via the microvolume pedestal for wavelengths 200–295 nm and the 1 cm quartz cuvette for wavelengths above 195 nm. Working stock absorbance spectra for each test are shown in Figs. 1 and S1. After these adjustments to incident irradiance in the center of the sample, the average irradiance was used to calculate exposure times (max: 15 min; min: 15 s) for pre-determined UV doses (0–40 mJ/cm2). Three disinfection tests were performed with exposure times up to 115 s for UV doses up to 2.7 mJ/cm2, up to 856 s for UV doses up to 40 mJ/cm2, and up to 1260 s for UV doses up to 30 mJ/cm2, respectively. (Summarized in Supplementary Table S1)./p>

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