Email this article 
Protective role of silver nanoparticles in influenza infection
- Authors: Al Farroukh M.1,2, Skomorokhova E.A.1, Magazenkova D.N.3, Kiseleva I.V.1,2
-
Affiliations:
- Institute of Experimental Medicine
- Saint Petersburg State University
- ITMO University
- Issue: Vol 21, No 3 (2021)
- Pages: 81-84
- Section: Conference proceedings
- URL: https://journals.eco-vector.com/MAJ/article/view/76290
- DOI: https://doi.org/10.17816/MAJ76290
- ID: 76290
Cite item
Open Access
Access granted
Subscription or Fee Access
Abstract
BACKGROUND: The present study assesses copper metabolism of the host organism as a target of antiviral strategy, basing on the “virocell” concept. This concept suggests that the targets for suppressing viral reproduction can be found in the host’s metabolism.
AIM: Evaluation of the effect of copper status indicators on influenza infection in mice.
MATERIALS AND METHODS: Silver nanoparticles (AgNPs) were used as a specific active agent because they reduce the level of holo-ceruloplasmin, the main extracellular cuproenzyme. The mouse model of influenza virus A infection was used with two doses: 1 LD50 and 10 LD50. The following treatment regimens were used: mice were pretreated four days before infection and then every day during infection development until the end of the experiment (day 14).
RESULTS: The mice treated with AgNPs demonstrated significantly lower mortality, the protection index reached 60–70% at the end of the experiment, and mean lifespan was prolonged. In addition, the treatment of the animals with AgNPs resulted in normalization of the weight dynamics. Despite the amelioration of the infection, AgNPs treatment did not influence influenza virus replication.
CONCLUSIONS: This study provides support for the view that silver nanoparticles could be used as protection against influenza.
Full Text
Обоснование
Грипп — это социально значимая инфекция, от которой ежегодно в мире умирают до 650 тыс. человек [1]. Наиболее эффективными способами борьбы с гриппом остаются вакцино- и химиопрофилактика. Общими ограничениями обоих подходов служат высокая изменчивость генома вируса гриппа, а также его распространенная резистентность к специфическим химиопрепаратам. В последнее десятилетие в рамках концепции «вироклетка» разрабатывается новый подход к преодолению вирусных инфекций [2]. Он состоит в поиске звеньев в вирусспецифическом перепрограммировании, воздействие на которые избирательно подавляет репродукцию вируса, но не влияет на клетку-хозяина. Известно, что для завершения формирования вируса гриппа А необходимо присутствие ионов меди. В нашем исследовании в системе in vivo изучено влияние дефицита меди в холоцерулоплазмине (основном внеклеточном купроэнзиме), вызванного введением AgNPs, на репродукцию вируса гриппа H1N1pdm09 и гибель мышей.
Материалы и методы
AgNPs были произведены методом химического восстановления Ag(I) из AgNO3 до Ag(0). Эпидемический вирус гриппа A/Южная Африка/3626/2013 (H1N1)pdm09 был получен из The Francis Crick Institute (Лондон, Великобритания). Активность оксидазы в крови мышей экспериментально снижали путем ежедневного внутрибрюшинного введения самкам мышей линии CBA весом 16–20 г наночастиц серебра (0,2 мг/кг), начиная за четыре дня до заражения и до 14-го (последнего) дня эксперимента. На 5-й день от начала эксперимента мышей заражали интраназально под легким эфирным наркозом 1 ЛД50 и 10 ЛД50 вируса. Эффективность препарата оценивали на модели летальной гриппозной пневмонии, развивающейся у мышей на 7–10-е сутки после введения вируса. Результаты учитывали по титру вируса в легких мышей, изменению веса тела, средней продолжительности жизни животных и летальности. Статистическая обработка данных была выполнена с использованием GraphPad Prism 7. Для сравнения данных применяли t-test. Значение p < 0,05 считали статистически значимым.
Результаты и обсуждение
Препарат AgNPs снижал летальность от пневмоний по сравнению с контрольной группой. Средняя продолжительность жизни животных в группах, получавших AgNPs, достоверно увеличивалась. Максимальное значение индекса защиты AgNPs в отношении вируса гриппа к концу эксперимента составляло 60–75 % (см. рисунок, а), что сопоставимо с показателями разрешенного для профилактики гриппа препарата осельтамивир и позволяет говорить о высокой активности AgNPs. Несмотря на общее выраженное ослабление инфекции, лечение препаратом AgNPs не влияло на репликацию вируса гриппа в легких мышей (см. рисунок, b).
Рисунок. Защита мышей от летальной вирусной пневмонии с помощью наночастиц серебра (AgNPs). Мышам интраназально вводили 1 ЛД50 и 10 ЛД50 вируса гриппа H1N1pdm09 и наблюдали ежедневно в течение 14 дней: а — индекс защиты (соотношение смертности в контрольной группе к смертности в опытной группе); b — репликация вируса гриппа в легких мышей на 3-й день после инфицирования. ЭИД50 — средняя эмбриональная инфекционная доза
Figure. Protection of the mice from lethal viral pneumonia using silver nanoparticles (AgNPs). Mice were intranasally injected with 1 LD50 and 10 LD50 of the H1N1pdm09 influenza virus and observed daily for 14 days: а — protection index (the ratio of mortality in the control group to mortality in the experimental group); b — replication of the influenza virus in the mice lungs on the 3rd day after infection. EID50 — average embryonic infectious dose
В ограниченном количестве исследований in vitro и in vivo было показано ингибирующее действие наносеребра на вирус гриппа [3–5]. Разрабатываемый подход обеспечит защиту организма от гриппозной инфекции вне зависимости от таких важных свойств вируса гриппа, влияющих на эффективность противогриппозных мер, как антигенная новизна и устойчивость к широко применяемым химиопрепаратам.
Выводы
Снижение статуса меди, индуцированное внутрибрюшинным введением AgNPs, увеличивало выживаемость мышей, зараженных летальными дозами вируса гриппа H1N1pdm09, и среднюю продолжительность их жизни. Результаты свидетельствуют, что экспериментальное ограничение доступности меди можно рассматривать как подход, обладающий противогриппозным потенциалом.
Дополнительная информация
Источник финансирования. Исследование выполнено в рамках государственного задания.
Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
Этическая экспертиза. Протокол исследования одобрен локальным этическим комитетом ФГБНУ «ИЭМ» (№ 1/20 от 27.02.2020).
Вклад авторов. М. Аль Фаррух, Е.А. Скоморохова, Д.Н. Магазенкова — проведение экспериментальных исследований, обработка результатов, анализ результатов. И.В. Киселева — анализ результатов, общее руководство.
About the authors
Mohammad Al Farroukh
Institute of Experimental Medicine; Saint Petersburg State University
Author for correspondence.
Email: mouhammad1farroukh@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0017-4126
SPIN-code: 5075-2110
Postgraduate student
Russian Federation, Saint PetersburgEkaterina A. Skomorokhova
Institute of Experimental Medicine
Email: katjaskom@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6018-2190
SPIN-code: 1544-0664
PhD (Biol.), Researcher
Russian Federation, Saint PetersburgDaria N. Magazenkova
ITMO University
Email: magdash@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1959-7110
SPIN-code: 4882-6260
engineer
Russian Federation, Saint PetersburgIrina V. Kiseleva
Institute of Experimental Medicine; Saint Petersburg State University
Email: irina.v.kiseleva@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3892-9873
SPIN-code: 7857-7306
Dr. Sci. (Biol.), Professor, Laboratory Head
Russian Federation, Saint PetersburgReferences
- Up to 650 000 people die of respiratory diseases linked to seasonal flu each year [Internet]. WHO. 2017. Available from: http://www.who.int/mediacentre/news/releases/2017/seasonal-flu/en/. Accessed: June 2, 2021.
- Forterre P. The virocell concept and environmental microbiology. ISME J. 2013;7(2):233–236. doi: 10.1038/ismej.2012.110
- Xiang D, Duan W, Shigdar S, et al. Inhibition of A/Human/Hubei/3/2005 (H3N2) influenza virus infection by silver nanoparticles in vitro and in vivo. International Journal of Nanomedicine. 2013;8:4103–4113. doi: 10.2147/ijn.S53622
- Xiang DX, Chen Q, Pang, L, Zheng, CL. Inhibitory effects of silver nanoparticles on H1N1 influenza A virus in vitro. J Virol Methods. 2011;178(1–2):137–142. doi: 10.1016/j.jviromet.2011.09.003
- Mehrbod P, Motamed N, Tabatabaian M, et al. In vitro antiviral effect of “nanosilver” on influenza virus. DARU Journal of Pharmaceutical Sciences. 2009;17(2):88–93.
Supplementary files
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).