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Si las nanopartículas de plata matan las bacterias al penetrar en la membrana celular, ¿por qué no matan también las células humanas al contacto?

Si las nanopartículas de plata matan las bacterias al penetrar en la membrana celular, ¿por qué no matan también las células humanas al contacto?


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Aparentemente, la plata de las nanopartículas puede penetrar la pared celular de las bacterias y matarlas desde el interior. Entonces, ¿por qué no sucede lo mismo con las células humanas, p. Ej. ¿La piel de mi pie cuando uso calcetines antibacterianos recubiertos de nanoplata, o el revestimiento del estómago cuando la gente bebe agua tratada con nanoplata? ¿Es porque la pared celular es diferente en las bacterias que en los organismos multicelulares?


  1. Las nanopartículas de tu calcetín seguramente no llegarán a la celda de tus pies. membrana (Las paredes son para plantas / hongos) debido a la capa gruesa de piel muerta, aceites, que la capa cornificada de aproximadamente 30 células de espesor (estrato córneo) se acumula a partir de células prácticamente muertas (sin núcleos ni orgánulos) pero con mucha queratina filamentosa. Esta es la capa más externa de tu epidermis seguido de capas y capas de otros 4 tipos de tejidos, luego viene la piel "real" dermis y el hipodermis bajo.

  1. Si algunas de las nanopartículas de calcetín de plata realmente lograran atravesar el tejido basal y alcanzar la membrana plasmática de las células, ingresan por endocitosis y comienzan a liberar Ag +, rompen todo tipo de cosas, porque Ag + es citotóxico, induce ROS, daña tú Mitochondira, perturbas algunos caminos… entiendes el punto.

  2. Sin embargo, se demostró que esto sucedía en humanos. in vitro líneas celulares.

unos pocos en vivo Los estudios demostraron que los Ag-NP causan efectos adversos sobre la reproducción, malformaciones y deformidades morfológicas en diferentes modelos animales no mamíferos.

Dice "Revisión: una revisión sistemática sobre la citotoxicidad inducida por nanopartículas de plata: propiedades fisicoquímicas y perspectivas"

https://doi.org/10.1016/j.jare.2017.10.008


Enfoques antibacterianos en la ingeniería de tejidos utilizando iones metálicos y nanopartículas: de los mecanismos a las aplicaciones

Los distintos mecanismos contribuyen de forma concertada al efecto antibacteriano de los iones metálicos y las nanopartículas en la ingeniería de tejidos.

Los mecanismos antibacterianos mediados por metales incluyen la rotura de la membrana, la generación de ROS y el daño de proteínas / ADN.

Como diferentes metales / nanopartículas provocan diferentes mecanismos antibacterianos, los biomateriales pueden beneficiarse del uso combinatorio.

Los biomateriales antibacterianos específicos de la aplicación con tasas de liberación de metal controladas se pueden lograr mediante la combinación de técnicas.


Lucha contra las bacterias dañinas con nanopartículas

Los patógenos multirresistentes son un problema grave y creciente en la medicina actual. Cuando los antibióticos son ineficaces, estas bacterias pueden causar infecciones potencialmente mortales. Los investigadores de Empa y ETH Zurich están desarrollando nanopartículas que pueden usarse para detectar y matar patógenos multirresistentes que se esconden dentro de las células de nuestro cuerpo. El equipo publicó el estudio en la edición actual de la revista Nanoscale.

En la carrera armamentista "la humanidad contra las bacterias", las bacterias están por delante de nosotros. Nuestras antiguas armas milagrosas, los antibióticos, están fallando cada vez con más frecuencia cuando los gérmenes utilizan maniobras complicadas para protegerse de los efectos de estos medicamentos. Algunas especies incluso se retiran al interior de las células humanas, donde permanecen "invisibles" para el sistema inmunológico. Estos patógenos particularmente temidos incluyen estafilococos multirresistentes (MRSA), que pueden causar enfermedades potencialmente mortales como sepsis o neumonía.

Para rastrear los gérmenes en sus escondites y eliminarlos, un equipo de investigadores de Empa y ETH Zurich ahora está desarrollando nanopartículas que usan un modo de acción completamente diferente al de los antibióticos convencionales: mientras que los antibióticos tienen dificultades para penetrar en las células humanas, estas nanopartículas , debido a su pequeño tamaño y estructura, puede penetrar la membrana de las células afectadas. Una vez allí, pueden combatir las bacterias.

Biovidrio y metal

El equipo de Inge Herrmann y Tino Matter ha utilizado óxido de cerio, un material con propiedades antibacterianas y antiinflamatorias en su forma de nanopartículas. Los investigadores combinaron las nanopartículas con un material cerámico bioactivo conocido como biovidrio. El biovidrio es de interés en el campo médico porque tiene propiedades regenerativas versátiles y se utiliza, por ejemplo, para la reconstrucción de huesos y tejidos blandos.

Luego, sintetizaron híbridos de nanopartículas fabricadas con llama, hechas de óxido de cerio y biovidrio. Las partículas ya se han utilizado con éxito como adhesivos para heridas, por lo que se pueden utilizar varias propiedades interesantes simultáneamente: gracias a las nanopartículas, se puede detener el sangrado, se puede amortiguar la inflamación y se puede acelerar la cicatrización de heridas. Además, las nuevas partículas muestran una eficacia significativa contra las bacterias, mientras que el tratamiento es bien tolerado por las células humanas.

Recientemente, la nueva tecnología fue patentada con éxito. El equipo ha publicado sus resultados en la revista científica Nanoscale in the Emerging Investigator Collection 2021. Tino Matter está trabajando actualmente para llevar la nueva tecnología al mercado. Su startup anavo medical ya ha celebrado varios éxitos, entre otros, fue uno de los tres finalistas del Swiss Technology Award.

Gérmenes engañosos

Entre las bacterias, hay algunos patógenos particularmente tortuosos que penetran en las células y, por lo tanto, son invisibles para el sistema inmunológico. Así es como sobreviven momentos en los que la defensa del cuerpo está en alerta. Este fenómeno también es conocido por los estafilococos. Pueden retirarse a las células de la piel, el tejido conectivo, los huesos e incluso el sistema inmunológico. El mecanismo de esta persistencia aún no se comprende completamente.

Los estafilococos son en su mayoría gérmenes inofensivos que se pueden encontrar en la piel y las membranas mucosas. Sin embargo, bajo ciertas condiciones, las bacterias inundan el cuerpo y causan una inflamación severa, o incluso provocan un shock tóxico y sepsis. Esto convierte a los estafilococos en la principal causa de muerte por infecciones con un solo tipo de patógeno.

El creciente número de infecciones estafilocócicas que ya no responden al tratamiento con antibióticos es particularmente precario. Los MRSA, los gérmenes multirresistentes, son particularmente temidos en los hospitales donde, como patógenos nosocomiales, causan infecciones de heridas mal tratables o colonizan catéteres y otros equipos médicos. En total, alrededor de 75.000 infecciones hospitalarias ocurren en Suiza cada año, 12.000 de las cuales son mortales. (Imagen: CDC / NIAID)

Destrucción de gérmenes

Los investigadores pudieron mostrar las interacciones entre las nanopartículas híbridas, las células humanas y los gérmenes utilizando microscopía electrónica, entre otros métodos. Si las células infectadas se trataron con nanopartículas, las bacterias dentro de las células comenzaron a disolverse. Sin embargo, si los investigadores bloquearon específicamente la absorción de las partículas híbridas, el efecto antibacteriano desapareció.

El modo de acción exacto de las partículas aún no se comprende completamente. Se ha demostrado que otros metales también tienen efectos antimicrobianos. Sin embargo, el cerio es menos tóxico para las células humanas que, por ejemplo, la plata. Los científicos asumen actualmente que las nanopartículas afectan la membrana celular de las bacterias, creando especies reactivas de oxígeno que conducen a la destrucción de los gérmenes. Dado que la membrana de las células humanas es estructuralmente diferente, nuestras células no se ven afectadas por este proceso.

Los investigadores creen que es menos probable que se desarrolle resistencia contra un mecanismo de este tipo. "Es más, las partículas de cerio se regeneran con el tiempo, por lo que el efecto oxidativo de las nanopartículas sobre las bacterias puede comenzar de nuevo", dice el investigador de Empa, Tino Matter. De esta forma, las partículas de cerio podrían tener un efecto duradero.

A continuación, los investigadores quieren analizar las interacciones de las partículas en el proceso de infección con más detalle para optimizar aún más la estructura y composición de las nanopartículas. El objetivo es desarrollar un agente antibacteriano simple y robusto que sea eficaz dentro de las células infectadas.

Cerio: el comodín entre los elementos químicos

El elemento químico cerio recibió injustamente el nombre del planeta enano Ceres; el metal plateado está causando un gran revuelo. Como óxido de cerio, se incorpora a los catalizadores de automóviles, y también se utiliza en la fabricación de productos tan diversos como hornos autolimpiantes, parabrisas y diodos emisores de luz (LED). Sus propiedades antimicrobianas y antiinflamatorias también lo hacen interesante para aplicaciones médicas. (Imagen: Institut für Seltene Erden, Mönchengladbach / Alemania)


Las nanopartículas 'señuelo' pueden bloquear el VIH y prevenir la infección

Imagen microscópica de una célula T infectada por el VIH. Crédito: NIAID

Los ingenieros de la Universidad de California en San Diego han desarrollado un nuevo y prometedor método de "nanoesponjas" para prevenir la proliferación del VIH en el cuerpo: recubrir nanopartículas de polímero con las membranas de las células T auxiliares y convertirlas en nanopartículas de polímero. en señuelos para interceptar partículas virales y evitar que se unan e infiltran en las células inmunitarias reales del cuerpo.

Esta técnica, desarrollada en el Laboratorio de Nanomateriales y Nanomedicina dirigido por el profesor de nanoingeniería Liangfang Zhang, podría aplicarse a muchos tipos diferentes de virus, abriendo la puerta a nuevas y prometedoras terapias contra virus difíciles de combatir. Zhang es profesor en el Departamento de Nanoingeniería de la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego.

Este trabajo sobre el VIH apareció por primera vez en la revista Materiales avanzados en noviembre de 2018 en un artículo titulado "Las nanopartículas que imitan las células T pueden neutralizar la infectividad del VIH". El trabajo está en curso.

"La innovación clave aquí es que estamos al otro lado del gran problema del VIH", dijo Weiwei Gao, ingeniero químico y científico asociado del proyecto en el Laboratorio Zhang de la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego. "El enfoque tradicional de desarrollo de fármacos requiere que averigüemos cómo bloquear las proteínas críticas o las vías de señalización en el virus para que no pueda atacar al cuerpo. El problema es que hay tantas vías y tanta redundancia en estos virus, es Es realmente difícil encontrar un camino que sea verdaderamente crítico.

"Nuestro enfoque viene del otro lado: observe el objetivo del virus", continuó. "Las nanopartículas están envueltas con las membranas de las células a las que se dirige el virus. Por lo tanto, pueden actuar como un señuelo de la célula para interceptar el ataque viral".

El virus del VIH generalmente se dirige a células llamadas células T CD4 +, también llamadas células T auxiliares, en el cuerpo sano, estas células ayudan a detectar patógenos extraños y los atacan y eliminan. El virus del VIH encuentra y se une a la superficie de estas células T utilizando el receptor CD4, luego inyecta su material genético en las células T y utiliza la maquinaria de las células T para replicarse. Finalmente, después de que se haya producido suficiente virus VIH nuevo, las partículas virales salen de la célula y buscan otras células T para atacar.

Parte de la razón por la que el VIH es tan devastador es que atacar y matar las células T daña gravemente el sistema inmunológico, lo que dificulta que el cuerpo combata las infecciones secundarias. Y el virus muta rápidamente, cambiando su código genético y dificultando la detección con los métodos tradicionales de descubrimiento de fármacos y antivirales.

En el 2018 Materiales avanzados En el estudio, los investigadores recubrieron nanopartículas con las membranas celulares aisladas de las células T CD4 +. Cuando se agregan a las células T en un plato y se exponen a virus, estas nanopartículas, llamadas TNP, actúan como una especie de esponja, absorbiendo el virus y protegiendo a las células T de la infección. Descubrieron que era tan probable que el virus del VIH se uniera a un TNP como a una célula T, pero como no hay maquinaria celular dentro de estas nanopartículas, el virus no puede inyectarse ni replicarse, y se vuelve inofensivo. .

Al igual que con las células T CD4 +, las nanopartículas se unen al virus del VIH a través de la proteína gp120 en la superficie del virus. Cuando se agregaron TNP a la mezcla de células T a una concentración de 3 mg / ml, el equipo vio una reducción de la infección de más del 80 por ciento, en comparación con las células que no habían sido tratadas con TNP. Toman esto como una prueba prometedora de que estas nanopartículas podrían inyectarse en el torrente sanguíneo de los pacientes para absorber la infección por VIH, reducir sus niveles de infección y, en última instancia, eliminarla del sistema.

"Existe otra aplicación potencial del uso de TNP para tratar el VIH. Las células inmunes en el cuerpo que están infectadas con el VIH pero que no están produciendo activamente nuevos virus se convierten en reservorios virales", dijo Gao. "Encontrar formas de destruir tales reservorios es un gran desafío al que se enfrentan los investigadores del VIH. Pero estas células reservorios también pueden expresar gp120, por lo que los TNP pueden usarse como vehículos para administrar antivirales con precisión a estas células y matarlas".

El trabajo se inspiró en proyectos anteriores en el laboratorio de Zhang centrados en los glóbulos rojos. "Nuestro trabajo se ha centrado en el uso de nanopartículas para la administración de fármacos", dijo Gao, "pero las nanopartículas no circulan por mucho tiempo en el cuerpo. Tuvimos la idea: hacer más difícil para el cuerpo reconocer las nanopartículas como extrañas, lo que si los disfrazamos como glóbulos rojos? Los glóbulos rojos tienen una circulación prolongada de forma natural, por lo que si podemos imitarlos con nanopartículas, deberíamos ver un patrón de circulación similar ". El trabajo del equipo sobre la tecnología de encubrimiento de glóbulos rojos apareció por primera vez en la literatura académica en 2011 en el PNAS artículo "Nanopartículas poliméricas camufladas por membranas de eritrocitos como plataforma de administración biomimética".

Gao dice que este enfoque probablemente se pueda aplicar a una amplia variedad de patógenos. "A muchas bacterias también les gusta atacar a los glóbulos rojos", dijo. "Entonces, tal vez estas nanopartículas puedan actuar como señuelo para bloquear las toxinas de las bacterias. O podrían actuar como señuelos para reaccionar a otras toxinas, como agentes nerviosos, que se dirigen a los glóbulos rojos".

Todavía hay una serie de obstáculos en su camino antes de que estos TNP se puedan utilizar en pacientes humanos. Por ejemplo, todavía no han podido probar sus TNP en modelos animales vivos.

"Debido a que el VIH es una enfermedad humana, es difícil replicarlo en modelos animales", dijo Gao. "Por lo tanto, estamos trabajando en estrecha colaboración con el Dr. Stephen Spector, jefe de la División de Enfermedades Infecciosas Pediátricas de UC San Diego Health, en ese tema, para descubrir el mejor enfoque para probar esto in vivo.

"Nuestro estudio es realmente una prueba de concepto", continuó Gao. "El desarrollo de la enfermedad cambia en diferentes etapas de la enfermedad, y el virus funciona de manera diferente dentro del cuerpo, con diferentes niveles de infectividad y actividad. Será fundamental trabajar con médicos e investigadores que estén muy familiarizados con la patología del VIH para optimizar el tratamiento". régimen basado en lo que se conoce sobre la enfermedad para asegurarse de que las nanopartículas sean las más efectivas para el tratamiento ".

Aún así, este trabajo representa el primer paso en una nueva y emocionante dirección para el tratamiento del VIH, y Gao considera que el campo está lleno de posibilidades. "Esta tecnología es muy adaptable, tanto para patógenos existentes como para nuevas enfermedades emergentes", dijo. "Esta plataforma puede superar la resistencia a los medicamentos y se puede adaptar fácilmente para usar otras membranas celulares o cargar otros medicamentos o tratamientos en el núcleo de nanopartículas. Es muy modular y no requiere diseños personalizados para cada compuesto, lo que puede ayudar al desarrollo del tratamiento en el futuro."


Nanomateriales contra bacterias

Los nanomateriales tienen al menos una dimensión en el rango de escala nanométrica (1 & # x02013100 nm) que transmiten propiedades físicas y químicas particulares considerablemente diferentes de las de los materiales a granel (Wang et al., 2017a). Entre la amplia gama de nanomateriales, se ha dirigido un interés particular hacia las NP. Los NP tienen una serie de características que los hacen favorables como vectores de fármacos para combatir patógenos causantes de enfermedades. Estos incluyen su mejora de la solubilidad y estabilidad del fármaco (Huh y Kwon, 2011) su facilidad de síntesis (Gholipourmalekabadi et al., 2017) su biocompatibilidad con agentes diana y su liberación modulada, que puede ser controlada por estímulos, como luz, pH y calor (Wang Z. et al., 2017). Su funcionalidad distintiva en la administración de fármacos se logra por su tamaño ultrapequeño y su vasta proporción de superficie a volumen. Esta es una ventaja competitiva clave sobre las terapias convencionales en el tratamiento de infecciones causadas por patógenos intracelulares y cepas MDR. Su funcionalización con diferentes (bio) moléculas es otra característica importante. Estos comprenden NP que contienen Ag, Au, Al, Cu, Ce, Cd, Mg, Ni, Se, Pd, Ti, Zn y Fe súper paramagnético (Hemeg, 2017 Slavin et al., 2017). Los AgNP se consideran el nanomaterial más eficaz contra las bacterias, pero otros NP metálicos, como CuONP, TiONP, AuNP y Fe3O2Los NP también han demostrado efectos bactericidas (Dakal et al., 2016 Hemeg, 2017 Slavin et al., 2017).

Si bien el transporte deficiente de la membrana limita la potencia de muchos antibióticos (Andrade et al., 2013), los vehículos NP cargados con fármaco pueden ingresar a las células huésped vía endocitosis, facilitando su entrada intracelular (Wang Z. et al., 2017). La penetración de la membrana también se puede lograr mediante interacciones con los lípidos de la superficie, por ejemplo, utilizando NP de oro en la coadministración de fármacos a base de proteínas (Huang et al., 2010). El atractivo terapéutico de las NP se ve reforzado por su capacidad para conferir protección física contra los mecanismos de resistencia bacteriana (Huh y Kwon, 2011). Además, la posibilidad de cargar múltiples combinaciones de fármacos en NP presenta un mecanismo de acción antimicrobiano muy complejo, al que es poco probable que las bacterias desarrollen resistencia (Huh y Kwon, 2011). Aunque, por lo general, se cree que este es el caso, hay algunos estudios que informan sobre el desarrollo de resistencia bacteriana contra las NP de plata (Pan & # x000E1 & # x0010Dek et al., 2018). También hay evidencia de que la exposición de bacterias a este tipo de NP puede aumentar su tolerancia a los antibióticos (Kaweeteerawat et al., 2017).

Los NP pueden ejercer su actividad antibacteriana vía una multitud de mecanismos, tales como: (1) interacción directa con la pared celular bacteriana (2) inhibición de la formación de biopelículas (3) activación de respuestas inmunes innatas y adaptativas del huésped (4) generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) y (5) inducción de efectos intracelulares (p.ej., interacciones con ADN y / o proteínas). Debido a que no presentan los mismos mecanismos de acción de los antibióticos estándar (Figura 1), pueden ser de uso extremo contra las bacterias MDR (Singh K. et al., 2014 Aderibigbe, 2017 AlMatar et al., 2017 Hemeg, 2017 Natan y Banin, 2017 Rai et al., 2017 Slavin et al., 2017 Zaidi et al., 2017 Bassegoda et al., 2018 Katva et al., 2018 Siddiqi et al., 2018).

Figura 1. Diferentes mecanismos de acción de las NP en células bacterianas. La combinación en un solo nanomaterial de una multitud de efectos celulares puede tener un impacto tremendo en la lucha contra las bacterias MDR. ADN, ácido desoxirribonucleico ROS, especies reactivas de oxígeno AuNP, NP de oro CuONP, NP de óxido de cobre AgNP, NP de plata Fe3O4NP, NP de óxido de hierro ZnONP, NP de óxido de zinc.

Además de las propiedades antibacterianas de amplio espectro que tienen las NP contra bacterias Gram positivas y negativas, las NP se han utilizado como vectores para la liberación de restos antimicrobianos que mejoran en gran medida sus propiedades biocidas (Beyth et al., 2015 Rai A. et al. , 2016 Singh J. et al., 2016 Esmaeillou et al., 2017 Wang et al., 2017a Zaidi et al., 2017 Hadiya et al., 2018). Algunas de las ventajas de usar NP como vectores se deben a su tamaño pequeño y controlable, su acción protectora contra enzimas que de otro modo destruirían compuestos antimicrobianos, su capacidad para administrar antibióticos de forma activa y su capacidad para combinar varias modalidades terapéuticas en un solo nanomaterial (p.ej., varios antibióticos / compuestos en las mismas NP para una acción combinada que combina agentes silenciadores y fármacos, etc.) (Turos et al., 2007 Huh y Kwon, 2011 Mohammed Fayaz et al., 2011 Liu et al., 2013 Qi et al. ., 2013 Li et al., 2014 Ranghar et al., 2014 Thomas et al., 2014 Wang et al., 2014 Payne et al., 2016 Rai A. et al., 2016 Singh J. et al., 2016 Yeom et al., 2016 Esmaeillou et al., 2017 Zaidi et al., 2017 Zong et al., 2017 Hadiya et al., 2018).

Los portadores de NP pueden hacer frente a las amenazas bacterianas & # x0201C pasivamente, & # x0201D a través de la retención prolongada del fármaco en el sitio de infección específico, o & # x0201Cactively, & # x0201D a través de la conjugación de superficie con moléculas activas que se unen a un determinado objetivo (Wang Z. et al., 2017). El equilibrio entre la fuerza de interacción de la modificación de la superficie, la tasa de liberación del compuesto y la estabilidad del conjugado debe considerarse cuidadosamente para el diseño de una estrategia de administración de & # x0201Cactive & # x0201D eficaz (Burygin et al., 2009 Pissuwan et al., 2011) . En un intento por superar sus limitaciones terapéuticas, varios grupos de investigación han investigado la conjugación de antibióticos con NP (Tiwari et al., 2011). Por ejemplo, Saha et al. describen la conjugación directa de ampicilina, estreptomicina y kanamicina a NP de oro (Saha et al., 2007). Se demostró que los complejos resultantes tenían una concentración inhibidora mínima (CIM) más baja que los fármacos equivalentes libres frente a bacterias Gram negativas y positivas. Si bien los autores no explican el mecanismo detallado de estos efectos en el caso anterior, Fayaz et al. ha intentado descubrir cómo sus NP de oro funcionalizadas con vancomicina demostraron actividad contra cepas que generalmente son resistentes a la vancomicina basadas en mutaciones (resistentes a la vancomicina Staphylococcus aureus), o estructura de membrana (Escherichia coli) (Mohammed Fayaz et al., 2011). Proponen que solo cuando el antibiótico se complementó con las NP podría resultar en interacciones no específicas, multivalentes y anclaje del portador a las proteínas de síntesis de la pared celular. Sobre la base de la presencia de hoyos en las células, que se observó mediante microscopía electrónica de transmisión, los autores concluyeron que la consecuencia de la unión no específica fue comprometida la integridad de la membrana y la posterior muerte celular (Mohammed Fayaz et al., 2011 Gao et al. ., 2018).


4. Educación del paciente

La propagación de bacterias patógenas resistentes, como las gramnegativas, representa una amenaza enorme y emergente para la salud pública, y esta amenaza aumenta cada día. La principal razón de la baja respuesta o las dificultades en el tratamiento de bacterias Gram-negativas multirresistentes es el uso excesivo y excesivo de antibióticos en la comunidad y en los hospitales. Por tanto, se deben planificar y aplicar estrategias para disminuir el uso y prescripción innecesaria de antibióticos. Esto se puede lograr mediante: (1) conferencias educativas, campañas o folletos de información al paciente que expliquen el uso indebido de antibióticos y los efectos adversos, y (2) la prevención de la automedicación mediante el control y registro del consumo de antibióticos en las farmacias. Esta y otras estrategias pueden aumentar el conocimiento del paciente y disminuir el uso y prescripción indebidos de antibióticos [8,119,120].


Se ha demostrado que el zinc es eficaz contra el resfriado común y como tratamiento tópico para las llagas del herpes. Se cree que es eficaz porque previene la replicación del virus. El sistema inmunológico necesita selenio para funcionar correctamente y aumentar el recuento de glóbulos blancos.

La berberina es un compuesto alcaloide que se encuentra en varias plantas diferentes, incluido el agracejo europeo, el sello de oro, el hilo de oro, la uva de Oregón, Phellodendron y Coptis chinensis. Tiene propiedades antibacterianas, antiinflamatorias, antivirales, antiparasitarias y potenciadoras del sistema inmunológico. Se ha demostrado su eficacia contra una amplia gama de bacterias, protozoos y hongos. Se puede usar por vía tópica en cortes y otras heridas, y es quizás el más utilizado para tratar problemas gastrointestinales.


Materiales y métodos

Producción de nanopartículas

La producción de nanopartículas por ablación con láser pulsado se describió en nuestra publicación anterior [28]. Brevemente, se esterilizó una placa de Ag (dimensiones de 25 mm x 25 mm x 2 mm, pureza del 99,99%) sumergiéndola en etanol y luego en agua desionizada esterilizada en autoclave (dH2O). Luego, la placa de Ag se sumergió en 20 ml de dH2O en un recipiente de vidrio. Se utilizó un láser Nd: YVO4 pulsado de picosegundos con una longitud de onda de 1064 nm para realizar la ablación de la placa de Ag a una velocidad de barrido alta a una tasa de repetición de pulso de 200 kHz, un tamaño de punto de haz de 125 μm y una potencia media de 9,12 W. la placa de plata se midió utilizando una balanza analítica antes y después de la ablación con láser. La concentración de las NP de Ag generadas se calculó tomando la diferencia de las dos medidas de peso y dividida por el volumen de dH2O en el que se llevó a cabo la ablación con láser, y se presentó como μg / ml.

Cultivo de bacterias y determinación de actividades antibacterianas de NP

Cepas bacterianas PAG. aeruginosa (ATCC, 9027) [29] y resistente a la meticilina S. aureus (ATCC, 43300) [30] utilizados en este estudio fueron amablemente proporcionados por los Servicios de Biología del Grupo Médico de la Facultad de Ciencias de la Vida de la Universidad de Manchester. mi.coli (JM 109) [28] se compró a Promega y se utilizó en nuestro estudio anterior. Se inoculó una sola colonia de cada tipo de bacteria en 10 ml de medio de caldo Muller-Hinton esterilizado en autoclave (Sigma), respectivamente, y se incubó a 37ºC durante la noche con agitación a 225 rpm. El cultivo de la suspensión de bacterias se diluyó para dar 104 ufc / ml listo para usarse en los experimentos antibacterianos descritos a continuación. La actividad antibacteriana de las NP se determinó siguiendo la técnica estándar de difusión de pozos de agar de Nathan (NAWD). Brevemente, un césped de cada cultivo bacteriano preparado anteriormente se extendió uniformemente en las placas de agar Muller-Hinton usando hisopos de algodón estériles y se dejó durante 10 minutos para la absorción del cultivo, y luego se hicieron múltiples pocillos de 6 mm perforando las placas de agar Muller-Hinton usando un tubo de vidrio cilíndrico. Se añadieron 50 µl de muestra de NP a cada pocillo y se incubó a 37 ° C durante 18 horas. A continuación, se midieron las zonas de inhibición (ZOI), que refleja la susceptibilidad de los microbios a las NP [31].

Detección de generación de ROS

En el estudio se utilizaron dos tipos de reactivos de detección de ROS, diacetato de 2,7-diclorofluoresceína (DCFH-DA, Sigma-Aldrich) e hidroxifenil fluoresceína (HPF, Life Technologies). En primer lugar, se incubaron 100 μl de NP de Ag generadas con láser a diferentes concentraciones (10, 25 y 50 μg / ml) con 0,9 ml de suspensión de cultivo bacteriano (104 ufc / ml) como se mencionó anteriormente durante 5 horas a 37 ° C. por triplicado con agitación a 225 rpm. A continuación, las células bacterianas se sedimentaron mediante centrifugación a 1000 rpm durante 5-10 min. Para el uso del reactivo HPF, el sedimento de células bacterianas se suspendió en 1 ml de caldo LB y se mezcló con 10 µl de HPF para dar una concentración final de HPF de 50 µM. Después de incubar a 37 ° C durante 1 hora en la oscuridad, se transfirieron 200 μl de suspensión celular a un pocillo de una placa de 96 pocillos por triplicado. La formación de ROS se midió mediante espectrofotómetro de fluorescencia con un ajuste de longitud de onda de excitación de 530 nm y longitud de onda de emisión de 515 nm. La intensidad de la fluorescencia se correlaciona con la formación de ROS [32]. Para el uso del kit DCFH-DA, el sedimento de células bacterianas se suspendió en un caldo LB. Se añadió reactivo DCFH-DA a la suspensión celular para dar una concentración final de 100 µM seguido de incubación a 37 ° C durante 30 minutos en la oscuridad. La fluorescencia se midió como anteriormente a una longitud de onda de excitación de 485 nm y una longitud de onda de emisión de 528 nm [33].

Ensayo de liberación de lactato deshidrogenasa (LDH)

La LDH cataliza la conversión de lactato en piruvato mediante la reducción de NADP a NADPH, que se asocia con la formación de tetrazolio que le da el color rojo. La liberación de LDH se determinó utilizando el kit de ensayo de LDH (Fisher Scientific / Cat No. 88954). Brevemente, se cultivaron células bacterianas en placas de 96 pocillos (104 ufc / ml) en el medio Muller-Hinton por triplicado a 37ºC durante la noche. A continuación, las células se trataron con 10 μl de NP de Ag láser o 10 μl de dH2O como control en concentraciones finales de NP de 2 a 10 μg / ml y luego se incuban a 37 ° C durante la noche. Luego se agregaron diez µl de tampón de lisis y se mezclaron golpeando suavemente y se incubaron a 37 ° C durante 45 minutos. A continuación, se transfirieron cincuenta µl de lisado celular de cada muestra a una nueva placa de 96 pocillos y se añadieron 50 µl de tampón de reacción a cada pocillo y se mezclaron suavemente. A continuación, la placa se dejó a temperatura ambiente durante 30 minutos en la oscuridad antes de que se añadieran 50 µl de solución de parada a cada pocillo y se mezclaran golpeando suavemente. Finalmente, se midió la densidad óptica (DO, absorbancia) a 490 nm utilizando un espectrofotómetro (Omega).

Determinación de fugas de proteínas

El ensayo de Bradford se ha utilizado para detectar fugas de proteínas mediante el kit proporcionado por el fabricante (Thermo Scientific / Cat No. 23200). Un ml de mi. coli (104 ufc / ml) se mezcló con 100 µl de NP de Ag generadas con láser para obtener concentraciones finales que oscilaban entre 5 y 20 µg / ml y se incubó durante la noche. Se centrifugó un ml de la mezcla bacteria-Ag NP a 12.000 rpm durante 10 minutos. A continuación, se transfirieron 10 µl de sobrenadante de cada muestra a placas de 96 pocillos y se añadieron 250 µl de reactivo Coomassi Blue. Después de mezclar la placa en un agitador de placas durante 30 minutos y de una incubación adicional a temperatura ambiente durante 10 minutos, se midió la absorbancia a 595 nm usando un espectrofotómetro (Omega). Se usó BSA como estándar para el cual se trazó una curva estándar en cada experimento para determinar la concentración de proteína para cada muestra.

Ensayo de glutatión reductasa

El agotamiento del nivel de glutatión se midió utilizando el kit de glutatión reductasa (GRSA, de Sigma). Los principios del ensayo incluyen la reducción del glutatión oxidado por la enzima glutatión reductasa. A su vez, el NADPH se reduce a NADP provocando una disminución de la absorbancia a 412 nm seguida de la aparición de un subproducto amarillo que se mide por densidad óptica, que es proporcional a la actividad de la glutatión reductasa en la muestra. El cultivo bacteriano (104 ufc / ml) se trató con NP de Ag generadas con láser de 15 μg / ml incubando en el agitador durante 3-5 horas. H2O2 (4 ug / ml) se utilizó como control positivo, y el mismo volumen de dH2Se utilizó O como control negativo (libre de NP). Siguiendo el tratamiento de mi. coli por Ag NPs, el nivel de glutatión reductasa se midió de acuerdo con las instrucciones del fabricante del kit.

Efecto de la peroxidación lipídica (LPO)

El malondialdehído (MDA) es un subproducto de la peroxidación lipídica de la membrana celular bacteriana, como marcador de la peroxidación lipídica. MDA, reacciona con el complejo tiobarbitúrico (TBA) en forma de MDA-TBA (color rosa) que puede ser detectado por el kit de ensayo de peroxidación lipídica MDA (Cat. No. MAK085, Sigma-Aldrich). El cultivo bacteriano (104 ufc / ml) se trató con diferentes concentraciones de NP de Ag generadas con láser (5, 10, 15 y 20 µg / ml) incubando en el agitador durante 3 horas. Se homogeneizó un ml de suspensión bacteriana en hielo con 300 μl de tampón de lisis MDA y se utilizaron 3 μl de hidroxitolueno butilado BHT para distinguir entre la formación de pigmentos debido a la degradación de peróxidos lipofílicos y los recién formados durante el estrés oxidativo, luego se mezclaron y centrifugaron a 13.000 g durante 10 minutos para eliminar materiales insolubles. Then 200 μl of the supernatant from each homogenized sample were placed into a microcentrifuge tube and 600 μl of the TBA solution were added into each tube. The reaction was incubated at 95°C for 60 minutes in order for the formation of MDA-TBA, and then cooled down by placing into ice bath for 10 minutes. Finally, 200 μl reaction mix from each tube were transferred into a well of 96-well plates for absorbance measurement at a wavelength of 532 nm.

DNA fragmentation

Five ml of mi. coli culture at density of 10 4 cfu/ml were mixed with 1 ml of either laser Ag NPs 50 μg/ml or the commercial Ag NPs 20 μg/ml (Sigma) to give a final concentration to be 10 and 4 ug/ml respectively. The Ag NP-loaded bacterial culture was incubated at 37 C° with constant shacking at 225 rpm for 3 hours. The bacterial cells were then pelleted by centrifugation at 8, 000 ×g for 5 minutes, and the bacterial DNA was extracted using the Genomic DNA kit (Cat No. BioLine) according to instructions by the manufacture. 200 ng of DNA were loaded onto 1% agarose gel in TAE buffer, and electrophoresis was carried out at constant Voltage at 100V for 1.5 hrs.

UV-Visible absorbent spectrum measurement

The absorbent spectrum of different concentrations of laser generated Ag NPs was measured by Synergy HTX Multi-Mode Reader (BioTek). Triplicate samples were measured at each Ag NP concentration.

Zeta potential measurement

Zeta potential of the colloidal Ag NPs in water was measured with a ZetasizerNano ZEN3600 (Malvern Instruments) according to manufacturer’s instruction. Three readings were automatically taken by the instrument and standard deviation (St Dev) was calculated by the building-in software.

Silver ion measurement

The silver ion Ag+ released from the Ag NPs was measured by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer (ICP-MS, Agilent 7500cx). Samples of Ag NPs were dilute in 2% HNO3. The instrument was first calibrated and ran a blank containing 2% HNO3 and then standards ranging from 1, 2, 5, 10 and 50 ppb Ag measuring the 107 Ag isotope. The instrument then read back the concentration it had determined to verify the calibration. A wash by 2% HNO3 was carried out to wash out any Ag left in the instrument from the 50ppb standard and then ran a different Ag containing standard to ensure the measurement on the calibration standards are accurate. The 10ppb standard came back as 9.8ppb. Finally the diluted Ag NP samples were determined followed by repeating the calibration standards at the end to make sure the instrument reading kept accurate.

Cell culture and cytotoxicity assay

Human lung adenocarcinoma cell line (A549) [34], human embryonic kidney cell line (HEK293) [35] and human Liver cell line (HepG2) [36] were obtained from American Type Culture Collection (ATCC-LGC, UK) and cultured in Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) that were supplemented with 10% FBS and 100 U/ml of penicillin/streptomycin. Primary human dermal fibroblast cells (HDFc, C0135C) were purchased from Invitrogen [37] and cultured in DMEM/F12 media. Primary human coronary artery endothelial cells (hCAECs) [38] were purchased from PromoCell (Germany) and cultured in Endothelial growth media with supplements (PromoCell) in 75 cm² flasks in 5% CO2 incubator at 37°C.

MTT (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide) assay was used to determine the toxicity of the laser generated Ag NPs to the five types human cells above. This assay is a colorimetric analysis which is based on the cleavage of tetrazolium salt by mitochondrial dehydrogenases that exist in the living cells to formazan with a purple colour. The amount of formazan product is proportional to the number of living cells in the culture and has invert correlation to the cell death. To determine the toxicity of the Ag NPs to the human cells, the cells were dissociation from the 75 cm² flasks using TrypL E (Sigma) and then seeded in 96 well-plates in a density of 50 cells / well for HEK293, A549 and HDF cells, and 100 cell / well for the HEMC-1 and HepG2 cells. Twelve hours after cell seeding, the culture media was replaced by 100 μl fresh media containing either 2.5 μg/ml or 25 μg/ml laser generated Ag NPs and incubated at 37°C in the 5% CO2 incubator for 24, 48 and 72 hours, respectively. Ten μl of MTT solution (5 mg/ml MTT in RPMI-1640) was added to each well and then 90 μl of culture medium were added to the same well to give a final MTT concentration of 10% (v/v). After 4 hours further culture at 37°C in the 5% CO2 incubator, 100 μl DMSO equivalent to the original culture volume) was added, and the plate was incubated for 30 minutes at room temperature with shaking for colour development. Finally the absorbance of the samples was read using a plate reader at a wavelength of 600 nm. The background absorbance was measured at wavelength 690 nm.

Transmission Electron Microscopy

For the imaging of the A549 human lung cells, the cells were first seeded in a 10 cm Petri dish and incubated for overnight. Then the laser generated Ag NPs were added to the culture to give a final concentration 20 μg/ml and incubated at 37C° overnight. The cells were fixed with 4% formaldehyde containing 2.5% glutaraldehyde in 0.1M Hepes buffer (pH 7.2) for 1 hour. Then the cells were treated with 1% osmium tetroxide and 1.5% potassium ferrocynaide in 0.1M cacodylatebuffer (ph7.2) for 1 hour, followed by 1% tannic acid in 0.1M cacodylate buffer (pH 7.2) for 1 hour and finally in 1% uranyl acetate for 1 hour. The samples were dehydrated in ethanol series infiltrated with TAAB 812 resin and polymerized for 24h at 60°C. Sections were prepared with Reichert Ultracutultramicrotome and observed with FEI Tecnai 12 Biotwin microscope at 100kV accelerating voltage. The samples then analysed using the Bio Twin TEM (Hitachi H-7500, Germany).

For the imaging of mi. coli, 1 ml of bacterial suspension (10 4 cfu/ml) after overnight incubation were mixed with 500 μl fixative and left at room temperature for 1 hour. The cells were washed with cold PBS three times and fixed in 2.5% gulutaraldehyde for 12 hours and washed with PBS again three times and post-fixed in 1% osmium tetroxide for 4 hours. The samples then washed with PBS and dehydrated in series of acetone (50, 70 and 80%) and in 90% twice for duration of 10 minutes and each samples also washed in 100% acetone for 15 minutes twice. Finally, ultra thin sections were prepared for TEM images collected on copper grid and contrasted with uranyl acetate and lead strate. The samples then analysed using the Bio Twin TEM (Hitachi H-7500, Germany).

Análisis estadístico

Data in this study was presented as mean ± SE. A two-tailed Student’s t-test was conducted for all the data to evaluate the differences between samples. p ≤ 0.05 was considered as statistically significant.


4. Protection by ventilation

The current awareness of new emerging diseases serves to emphasise the need to design indoor conditions that prevent cross-infection. A simple way to limit the spread of pathogens is by supplying clean outdoor air, reducing the harmful concentrations indoors. The review article of Li etਊl. [68] shows strong evidences demonstrating the association between ventilation and the control of airflow directions in buildings and the transmission and spread of infectious diseases. The authors conclude that there is insufficient data on the minimum ventilation requirement for ventilating public premises such as hospital infectious wards, schools, offices, etc. to minimize the spread of airborne infections.

Airflow patterns are of great importance indoors, because they determine the path of the droplet distribution generated from the occupants' respiratory activities. Depending on the airflow pattern, the ventilation process of supplying fresh air indoors may decrease the risk of airborne cross-infection, or it may increase the spread of diseases in occupied volumes. The following discussion, on the importance of airflow distribution in rooms for the airborne transmission of diseases, is limited to mechanically ventilated rooms.

4.1. Total volume air distribution

Two main principles of room air distribution are commonly used in practice: mixing and displacement ventilation. Mixing ventilation aims to create a homogeneous environment in the occupied zone. The clean air is supplied at high velocity to promote mixing with the room air and thus with the pathogens generated by a sick occupant. In rooms with mixing air distribution the level of exposure to infected air exhaled from another person is independent of the location of the person [69] .

Displacement ventilation introduces the clean air at a slightly lower temperature (3𠄶 ଌ lower than room temperature), through floor or wall mounted diffusers. The cold air, supplied at relatively low velocity, spreads over the floor and moves upwards, entrained by flows generated from heat sources (people, equipment etc.), and then it is exhausted close to the ceiling from the better-mixed upper region of the ventilated space. Under these conditions airborne cross-infection between occupants (who are not too close to each other) will be low since the warm exhaled air which may carry viruses will rise upward to the ceiling. The problem arises in a dynamic environment, i.e. when people move and cough and the boundary layer around their bodies is disturbed. The airflow pattern is much dependent on local disturbances because air velocity is quite low (except near the floor and in thermal plumes generated by people, office equipment etc.). For example, in a room with a standard height of 2.6 m and an air change rate of unity approximate calculation gives an average upward velocity of 0.7 ×ꀐ𠄳 m/s, i.e. the height of the room per hour. A walking person (with speed of 1 m/s) in room with displacement ventilation may cause air mixing close to that of mixing ventilation [70] . Mundt [71] studied particle resuspension at 2 and 4 air changes per hour (ACH) in a room with displacement ventilation. She used talcum powder as a �rpet” in front of the air supply, on which a person walked either normally or vigorously. Data for only three particle size ranges (greater than 0.5 μm, 5 μm and 10 μm) were presented although the particle counter used had four ranges, recording also particles greater than 0.25 μm (one reason might have been that the number of particles smaller than 0.5 μm was low). The size distribution of the talcum powder particles used was not specified. The results in all cases indicated elevated levels of particles in the room and within the convection flow of the heated cylinders used to simulate occupants. It may be concluded that when a person walks in a room with displacement ventilation the dispersion of resuspended particles (with diameter from 0.5 μm to 25 μm) resembles that of mixing ventilation. Settled particles on the floor are resuspended in air and brought by the convection flow into the breathing zone of the occupants. This is valid for those particles for which the settling velocity is smaller than the velocity of the free convection flow. The settling velocities (Stoke's Law) reported by Mundt [71] for talcum powder particles with a density of 2700 kg/m 3 and diameter 0.5 μm, 5 μm and 10 μm was respectively 2 ×ꀐ 𢄥  m/s, 2 ×ꀐ 𢄣  m/s and 8 ×ꀐ 𢄣  m/s. With the density of 1746 kg/m 3 for talcum broken, these velocities will be respectively 1.3 ×ꀐ 𢄥  m/s, 1.3 ×ꀐ 𢄣  m/s and 5.1 ×ꀐ 𢄣  m/s. The diameters of resuspended particles of respiratory origin calculated for these settling velocities and the dry density of nonvolatile species in saliva (Na + , K + , Cl − , lactate and glycoprotein) of 88 kg/m 3 (suggested by Nicas etਊl. [9] ) corresponds respectively to 2.2 μm, 22 μm and 45 μm. The latter two diameters are outside the penetration range for the human lungs (only particles with a diameter less than 10 μm can penetrate the lungs) and are easily resuspended by human activities indoors. Therefore particles of respiratory origin, resuspended from the floor, could increase the risk of infection if they carry viable pathogens.

Denés etਊl. [72] showed that with mixing ventilation the inlet and outlet positions influence particle deposition, and have an accumulative effect with that of increased airflow velocity. Wan and Chao [73] compared four different types of supply-exhaust positions in regard to dispersion of droplet aerosols indoors: ceiling (supply and exhaust located in the ceiling), floor-return (both supply and exhaust placed in the floor), upward (supply in floor, exhaust in ceiling) and downward (supply in ceiling, exhaust in floor). It was found that the downward system performed best in controlling the transmission of infection by exhaled droplets by achieving the best dilution and reducing lateral dispersion indoors. However, no heat sources were present in the room. The convection flow above heat sources would definitely influence the airflow interaction in the room and the dispersal of droplets indoors.

A comparison of the performance of three ventilation supply systems (mixing, displacement and downward air distribution) was carried out in a hospital environment, to determine which was most capable of protecting patients and health care workers from cross-infection due to the inhalation of droplet nuclei [8] . The downward ventilation performed like the mixing ventilation, due to the counter flow from the free convection around the human body. So although it is recommended for clean rooms, infectious wards and operating theaters, downward air distribution may not always protect people from cross-infection. Displacement ventilation performed worse when patient was lieing face sideways, because the exhalation jet persisted over a very long distance, assisted by the thermal stratification.

Underfloor ventilation has been shown to provide air quality similar to that achieved by displacement ventilation when supplied air was discharged vertically upwards and not horizontally [74] . The inhaled air quality was found to deteriorate when increasing the throw of the supply jet from the floor diffuser. The supply jet promotes mixing close to the floor, which can promote resuspension of particles (including particles carrying pathogens of respiratory origin) from the floor into the air and up into the breathing zone.

Dilution could solve to some extend the problem of controlling the level of pathogens in rooms with total volume ventilation but the limiting factor here would be local thermal discomfort: both mixing and displacement ventilation can cause draught problems. Another issue could be the low cost effectiveness of this approach, due to increased energy use and increased initial costs (bigger ducts, more powerful fans, over-sizing of the HVAC unit etc.). In densely occupied spaces, like theaters, aircraft or vehicle cabins, etc., dilution does help but the risk of transmission of diseases by contact and by droplet transmission, remains high due to proximity of people.

To avoid some of the associated problems of increased dilution, UVGI technology could be used instead. Mounted at the ceiling level, a UVGI unit with louvers would work quite well with mixing ventilation. The enhanced air mixing would transport any pathogens more rapidly to the upper part of the room, where they would be inactivated, but this approach would clearly be less effective when applied to displacement ventilation. Once they had been transported by the warm convection flow around humans, the pathogens would be exhausted close to the ceiling. This would be the case when the gravity forces acting on the droplets are small compared to the velocity of the free convection flow, or they would leave the jet and be deposited in the room. The appropriate UVGI technology here is in-duct installation, provided recirculation is available. This approach is therefore useful for large halls with displacement ventilation, where people spent most of the time seated: theaters, concert halls, offices, etc. [75] , [76] . Filtration could also be used to control the pathogen levels in such buildings. However filters are not efficient in protecting occupants if pathogens are generated inside the occupied space. In duct installation they are effective at removing the microorganisms or toxins present in the outside air. Sometimes filters themselves can become a source of bacterial growth and thus contribute to high pathogen levels in the respirable range: less than 1.1 μm, especially at elevated humidity, higher than 80% RH [77] . As mentioned above, PCO may generate by-products which can reduce perceived indoor air quality or in themselves are hazardous. Economy is another important point for consideration: filters need to be regularly changed, as does the catalytic coating of the PCO unit and both types of unit add additional flow resistance to the HVAC system, resulting in a requirement for more powerful fans. In rooms with mixing ventilation an alternative solution can be the usage of chilled-beams or convectors, recirculating part of the room air through a heat exchanger and a local HEPA filter or a UVGI unit.

4.2. Advanced air distribution methods

There is a need for new air distribution systems that reduce to a minimum the airborne route of pathogens in occupied volumes and protect occupants from cross-infection to be developed. One possible solution is personalized ventilation (PV) that provides clean air to the breathing zone of each occupant, and thus improves perceived air quality. Improved thermal comfort, by providing individual control of velocity, temperature and direction of the personalized flow to each occupant, is another benefit of PV. PV may thus increase occupants' satisfaction, decrease SBS symptoms, and increase work performance [78] . When properly applied, PV has greater potential than total volume air distribution to protect occupants from airborne pathogens. Research in this area started only recently but there is already evidence that PV in conjunction with mixing ventilation can protect occupants from airborne pathogens and is superior to mixing air distribution alone [79] . Cermak and Melikov [79] applied the model for prediction of the risk of airborne transmission of diseases suggested by Rudnick and Milton [80] to compare the performance of mixing ventilation, underfloor ventilation and personalized ventilation in conjunction with background mixing ventilation. An air terminal device installed on a movable arm and supplying clean air to the face from in front was used. The comparison was based on the reproductive number calculated for influenza in case of a quantum generation rate of 100 quanta per hour. The reproductive number represents the number of secondary infections that arise when a single infectious case is introduced into a population where everyone is susceptible. The calculation was made when one of 30 persons occupying the same room for eight hours was infected. The results are shown in Fig.ਁ and indicate that in the case of mixing ventilation and a supply rate of 10 l/s per person, it is likely that 7 out of 30 occupants will contract influenza in the course of one working day. The number of possibly infected persons decreases to just two (one already infected and one secondarily infected) if either the ventilation rate is increased to 40 l/s per person or an underfloor system (UFAD) with a short throw is employed. The use of PV is shown to reduce the risk of any cross-infection to a very low level.

Reproductive number for influenza, for different ventilation systems and outdoor air supply rates. The normalized concentration was 1, 0.2, and 0.05 in the cases shown from left to right [77] .

Apart from protecting occupants, PV may also facilitate the transport of exhaled pathogens, in the case where the host individual uses PV while the other occupants do not use any PV for protection. In rooms with displacement ventilation, PV promotes mixing of the exhaled air with room air [81] , [84] . This is also true for rooms with underfloor ventilation [79] , [82] , [83] , [84] . There is therefore a risk of transmission of airborne infections to occupants who are not protected by high efficiency PV, e.g. occupants who are not at their work places. PV has been reported to improve the perceived air quality as well as to protect the user from cross-infection when applied with downward ventilation in rooms with textile air terminals [85] .

Most existing PV designs are for desk mounted air supply devices. Bolashikov etਊl. [86] reported on an air terminal device (named Round Movable Arm, RMP) for installation on a desk, providing nearly 100% clean air for inhalation. A solution that incorporates the PV air supply diffusers into the headrest of the user's chair has recently been proposed [87] . In this case, over 90% of the inhaled air was clean air at PV flow rates above 8 l/s per person. The performance of this system was found to be dependent on the position of the head relative to the diffusers, the angle of the diffusers themselves, the clothing insulation of the occupant, the thermal insulation of the seat and the ambient air temperature. Niu etਊl. [88] studied a ventilated seat with an adjustable personalized air supply nozzle. Eight different nozzles were studied in terms of their effectiveness in reducing exposure to pollutants and personalized air utilization efficiency (the proportion of actual personalized air in inhaled air to the total supplied personalized air). The best nozzle managed to achieve 80% of clean PV air in the air inhaled. Human subject tests were also performed. People found the air quality better, but at high flow rates (1.6 l/s) they felt draught. Nielsen etਊl. [89] proposed a low velocity personalized ventilation system (LVPV) discharging supply air at very low velocities (laminar flow) and relying on the entrainment of this clean PV air from the natural convection flow around the human body. Their designs were for a person seated in a chair and included a neck support pillow and a complete seat cover (placed on the seat and backrest of the chair, with the whole surface being the air outlet) and a seat cover which was partially open in areas along the two sides of the seat. The effectiveness of the pillow reached 94% of clean air in the air inhaled and 80% for the seat cover, in both cases for flow rates above 14 l/s.

Among other factors, the performance PV systems installed in desks and chairs depends on their users' activity, body posture and movement. Such designs protect occupants from airborne transmission of infectious agents only when the user is seated at the desk. This narrows their usefulness. Bolashikov etਊl. [86] used a headset to supply clean air just in front of the mouth and the nose, in order to overcome the disadvantages described above. They achieved up to 80% clean air in inhalation. The close proximity of the Headset supply orifice to the breathing zone makes it applicable in places where there is high occupation density and hence an elevated risk of airborne infection (theaters, cinemas, airplanes etc.).

Low velocity personalized ventilation, based on a ventilated pillow and a ventilated blanket for application in the hospital environment as a way of limiting cross-infection, was studied and reported by Nielsen etਊl. [90] . The performance of these devices was studied in regard to the patient and not the health care workers or visitors. The efficiency of both devices was found to be dependent on the position of the patient: lying on one side or on the back. The highest efficiency was achieved for a patient lying on his side: almost 95% of the inhaled air was clean PV air. When lying on the back less clean air was able to reach the breathing zone of the patient. This was due to the low supply velocities: the entrainment rate of the clean PV air by the natural convection flow was low and it was pushed aside before reaching the nose/mouth.

The positive feature of the advanced air distribution methods discussed above is their feasibility and the relatively small flow rates used, as well as their close proximity to the occupant. A HEPA filter or UVGI unit can be included in PV systems that use room air to ensure that each occupant receives air that is clean and free from pathogens. This would further improve the efficiency of the PV system. However field studies are required to evaluate the magnitude of this improvement.


Microbiology - Lecture 03 - Sterilization and Disinfection

This is the same work as antiseptic. Used on lining humans or animals to prevent infection by inhibiting growth of microorganisms.

Spores of B. subtilis are like spores of other bacteria, including pathogens such as:
-Clostridia (botulinum, tetani)
-Bacillus anthracis

This is due to the presence of "dipicolinic acid."

Which form produces the toxin?

The vegetative forms produce toxin!

Nosocomial (hospital-acquired) infections transmitted by health care personnel.

Survive on a dry surface for several months.

There is no absolute time when 0 micro-organisms remain. = TQ

Only the probability that a sample will have 0 micro-organisms can be stated. So it is dangerous to extrapolate. Quotation of odds is the best that can be done.

During the killing treatment, aggregation of particles resulted in decreased killing of the virus.

Cationic agents, such as Zephiran
Anionic agents, such as SDS
Nonionic agents, such as Tween 80

Alkyl and chloro phenols
-Lysol (brand name disinfectant)
-Triclosan (antibacterial soaps, deodorants, toothpaste, consumer products)

Isopropanol
-More effective than ethanol, but more toxic if ingested.

Witch hazel
-Alcoholic solution of an extract from the leaves and bark of the "witch hazel" tree.

These are preservative in food and pharmaceuticals.

-Effective at very low concentrations.

-Reversed by sulfhydryl compounds in the event of heavy metal poisoning.

-Silver compounds
Silver nitrate is used in the eyes of newborns to prevent Gonococcal infection

Silver sulfadiazine is used to prevent infection of the skin in burn patients


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Comentarios:

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