Ultraschnelle Inaktivierung von SARS

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 12648 (2023) Diesen Artikel zitieren

78 Zugriffe

1 Altmetrisch

Details zu den Metriken

Covid-19 hat ein erneutes Interesse an Dekontaminationstechniken für Luft, Gegenstände und Oberflächen geweckt. Ab 2020 wurden dringend Anstrengungen unternommen, um die Wiederverwendung von UV-C zur Inaktivierung von SARS-CoV-2 zu ermöglichen. Allerdings gingen diese Studien hinsichtlich der zur Erreichung dieses Ziels erforderlichen Dosis stark auseinander; Bis heute ist der tatsächliche Wert der Empfindlichkeit des Virus gegenüber einer 254-nm-Beleuchtung nicht genau bekannt. In dieser Studie wurde die Dekontamination in einer originalen großen UV-C-Dekontaminationskammer (UVCab, ON-LIGHT, Frankreich) durchgeführt, die eine omnidirektionale Strahlung mit einer durchschnittlichen Dosis von 50 mJ/cm2 in 60 s lieferte. Die Virusinaktivierung wurde sowohl durch Zellkultur als auch durch PCR-Test überprüft. SARS-CoV-2 wurde durch UV-C-Licht innerhalb von 3 s sowohl auf porösen (Einwegkittel) als auch auf nichtporösen (Edelstahl und Schürze) Oberflächen inaktiviert. Bei der porösen Oberfläche war eine Bestrahlung von 5 Minuten erforderlich, um ein vollständig negatives PCR-Signal zu erzielen. Der Z-Wert, der die Empfindlichkeit von SARS-CoV-2 gegenüber UV-C unter den experimentellen Bedingungen unseres Schranks abschätzt, betrug > 0,5820 m2/J. Diese Ergebnisse veranschaulichen die Fähigkeit dieses Geräts, hohe Mengen an SARS-CoV-2, die auf porösen oder nichtporösen Trägern abgelagert sind, schnell und endgültig zu inaktivieren, und eröffnen neue Perspektiven für die Materialdekontamination mithilfe von UV-C.

Nach dem Auftreten des SARS-CoV-2-Virus zu Beginn des Jahres 2020 hat die Ausbreitung von Covid-19 die meisten Gesundheitsorganisationen überrascht, was insbesondere zu einem akuten Mangel an persönlicher Schutzausrüstung (PSA)1,2, einschließlich Masken, geführt hat , Kittel, Handschuhe und Atemschutzmasken sowie eine schnelle Desinfektion aller Oberflächen und Gegenstände, die möglicherweise mit dem Virus in Kontakt gekommen sind3. Es wurden verschiedene Desinfektionslösungen untersucht, insbesondere Ozon4, Gammabestrahlung5, Wasserstoffperoxid6,7, Wärmebehandlung7 und quartäre Ammoniumsalze8. UV-C ist eine bekannte Technologie, die seit mehr als 150 Jahren existiert und Viren und Bakterien schnell und umweltfreundlich abtöten kann, ohne dass Chemikalien erforderlich sind.

Studien mit UV-C zur Inaktivierung von SARS-CoV-2 begannen bereits Anfang 2020, als der Mangel am größten war, und konzentrierten sich hauptsächlich auf Masken und Atemschutzmasken7,9 sowie die Dekontamination ganzer Räume10,11 mit dem Ziel, das Virus nachzuweisen Eliminierung durch PCR, auch wenn diese Technik nicht die Infektiosität des Virus bewertet, sondern vielmehr das Vorhandensein von viralem Genommaterial in der Probe nachweist. In jüngerer Zeit wurde in Studien die Virusempfindlichkeit von SARS-CoV-2 gegenüber 254-nm-Licht12,13,14 untersucht, das von Niederdruck-Quecksilberlampen erzeugt wird. Eine frühere Studie zur gleichen viralen Untergattung (Beta-Coronavirus) hatte eine große Heterogenität der Ergebnisse15 gezeigt, hauptsächlich auf nicht porösen Substraten (Petrischalen oder Glasplatten).

Die vorliegende Studie untersucht die Inaktivierung von SARS-CoV-2 sowohl auf nicht porösen Oberflächen (Edelstahl, Kunststoffschürze) als auch auf einer faserigen, porösen Oberfläche (Kittel) für einen Bereich von UV-C-Dosen unter Verwendung einer großen Dekontaminationskammer, die mit hochentwickelten Geräten ausgestattet ist. Hochleistungs-Quecksilberlampen, die omnidirektional mit einer Wellenlänge von 253,7 nm emittieren und eine durchschnittliche Dosis von 50 mJ/cm2 in 60 s auf jeder Seite für undurchsichtige Gegenstände liefern, die vertikal in der Mitte des Schranks positioniert sind. In allen Fällen wurde die Inaktivierung durch PCR und Viruskultur überprüft. Darüber hinaus wurde für die poröse Oberfläche die Kinetik des PCR-Signals in Bezug auf die UV-C-Dosis bestimmt. Der scheinbare Z-Wert, der die Empfindlichkeit von SARS-CoV-2 gegenüber UV-C unter den experimentellen Bedingungen unseres Kabinetts abschätzt, wurde ebenfalls berechnet.

UVCab ist eine große UV-C-Dekontaminationskammer (60 cm × 60 cm × 100 cm), die von ON-LIGHT, Frankreich, entwickelt wurde. Der Innenraum ist allseitig mit hochreflektierendem Aluminium verkleidet und verfügt über ein spezielles optisches Design, um maximale Bestrahlungsintensität und Gleichmäßigkeit auf der Behandlungszone zu gewährleisten. UVCab verwendet Hochleistungs-Quecksilberlampen mit einer Wellenlänge von 253,7 nm. Die durchschnittliche vom Gerät bereitgestellte Beleuchtungsintensität beträgt 8,33 W/m2 (auf jeder Seite der zentralen vertikalen Ebene), gemessen mit einem HD2102-Radiometer (DeltaOhm, Italien) mit einer kosinuskorrigierten LP471UVC-Sonde (DeltaOhm, Italien). Dies entspricht einer durchschnittlichen Dosis von 50 mJ/cm2 in 60 s auf jeder Seite für undurchsichtige Gegenstände, die vertikal in der Mitte positioniert sind. Die Bestrahlung erfolgt omnidirektional, um Schattenbildung zu begrenzen. Das Gerät ist mit einem Sicherheitssystem ausgestattet, das die Tür bis zum Ende des Zyklus verriegelt. Die Dauer des Dekontaminationszyklus hängt vom Material der zu dekontaminierenden Ausrüstung (teilweise transparent oder undurchsichtig), der Anzahl der Schichten, aus denen sie besteht, und der Beschaffenheit des Materials ab. Bei allen Experimenten wurden die Proben unter den gleichen Bedingungen (mit einem Kunststoffhalter, der auf beiden Seiten ein 5 × 5 cm großes freiliegendes Fenster offen ließ) mit dem gleichen Belichtungswinkel in Bezug auf die Quelle (in vertikaler Position, parallel zur UV-Strahlung) bestrahlt. C-Quellen). Nur die Edelstahlproben wurden sowohl in vertikaler als auch horizontaler Position getestet, um den Einfluss des Belichtungswinkels auf die UV-C-Wirksamkeit zu bewerten.

Zur Bestätigung der Virusinaktivierung wurden Vero-E6-Zellen (ATCC CRL-1586) verwendet. Die Zellen wurden in Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM, Sigma) mit hohem Glucosegehalt gehalten, ergänzt mit 2 % fötalem Rinderserum (FBS) und Antibiotika (Penicillin/Streptomycin). Sie wurden in 24-Well-Platten mit einem Volumen von 500 µl und einer Dichte von 1 × 105 Zellen pro Well inokuliert und bis zur Verwendung bei 37 °C und 5 % CO2 inkubiert.

Der Alpha-Stamm (20I/501Y B.1.1.7-Linie) von SARS-CoV-2, der in allen Experimenten verwendet wurde, wurde sequenziert und bei GISAID (https://www.gisaid.org/) hinterlegt (Zugangsnummer: EPI_ISL_1707039). ). Der infektiöse Virustiter, bestimmt mit der Reed- und Muench-Methode16, wurde in TCID50 ausgedrückt. Der Virusstamm wurde in einer Konzentration von 105,5 TCID50/150 µl verwendet, was der durchschnittlichen Viruskonzentration entspricht, die bei einem kürzlich mit SARS-CoV-217,18 infizierten Patienten gefunden werden kann.

Alle Experimente mit infektiösem Material wurden in einem Labor der Biosicherheitsstufe 3 durchgeführt. Drei verschiedene Oberflächen wurden ausgewählt, um die Virusinaktivierungsfähigkeit von UV-C zu bewerten: halbtransparentes poröses Tuch (nicht gesponnene Einwegkittel mit 20 g/m2, Ref. 938481, Prop, Frankreich), halbtransparenter, nicht poröser Kunststoff (Schürzen, Ref : 161105, Euromedis, Frankreich) und undurchsichtige, nicht poröse Edelstahlhalter (Ref: Inox 316L, Cellux, Frankreich). Für die halbtransparenten Materialien wurde das Transmissionsverhältnis bei 254 nm für Kittel und Schürze mit 36,0 % bzw. 15,2 % ermittelt.

Ein Volumen von 100 µl einer 1:10 verdünnten Aliquotfraktion des Virusstamms wurde auf die 15 Proben jeder getesteten Oberfläche geimpft und 20 Minuten lang unter einer Biosicherheitswerkbank getrocknet. Stoff- und Kunststoffproben wurden durch Zuschneiden von 7 × 7 cm großen Stoffproben hergestellt. Die Maße der Edelstahlproben betrugen auf jeder Seite 3 cm. Die 15 Proben jeder Kategorie wurden dreifach unter fünf verschiedenen Bedingungen behandelt: Es wurden vier Bestrahlungszeiten getestet (3, 8, 15 und 30 s, was einer Dosis auf der kontaminierten Oberfläche von 2,5, 6,7, 12,5 und 25,0 mJ/ entspricht). cm2 für Edelstahlproben, 3,4, 9,11, 17 und 34 mJ/cm2 für Kittelproben und 2,88, 7,72, 14,4 und 28,8 mJ/cm2 für Schürzenproben) und mit dem Ergebnis nicht bestrahlter Kontrollproben verglichen, die genau das aufwiesen gleiche Behandlung außer Bestrahlung. Nach der Behandlung wurde jede Probe in 120-ml-Plastikgefäße gefüllt und in 5 ml Kulturmedium (DMEM) suspendiert, bevor sie 30 s lang verwirbelt wurde. Nach Zugabe von 5 ml Kulturmedium, um die Probe vollständig zu bedecken, wurde jedes Gefäß erneut 30 Sekunden lang geschüttelt und die Überstände für die Zellkultur gesammelt.

Für Zellkulturexperimente wurde das Medium aus jeder Vertiefung der mit Vero-Zellen bedeckten 24-Well-Mikrotiterplatte entfernt und 250 µl jeder Probe oder jedes Kontrollmediums hinzugefügt. Nach einer Kontaktphase von 15 Minuten bei 37 °C und 5 % CO2 wurden 350 µl DMEM pro Vertiefung zu einem Endvolumen von 600 µl hinzugefügt und die Platten wurden 5 Tage lang unter den gleichen Bedingungen inkubiert. Die Ergebnisse wurden mikroskopisch beobachtet, um einen charakteristischen zytopathischen Effekt festzustellen. Parallel dazu wurde eine 200-µl-Aliquotfraktion jedes Überstands für PCR-Experimente in Lysepuffer suspendiert.

Die verwendete Echtzeit-PCR-Technik zielt auf zwei Regionen ab, die sich in den Nukleokapsid- und RNA-abhängigen Polymerase-Genen von SARS-CoV-2 (SARS-CoV-2 r-GENE®, bioMérieux, Frankreich) befinden; Sie wurde auf Applied Biosystem 7500 Fast (ThermoFisher, Frankreich) nach Extraktion von Nukleinsäuren auf der NucliSENS® easyMAG®-Plattform (bioMérieux) gemäß den Empfehlungen des Herstellers durchgeführt.

Krankheitserreger werden inaktiviert, wenn ein Photon aufgrund seiner Energie in der Lage ist, Pyrimidin-Photoprodukte zu erzeugen, die eine Translation und/oder Translation verhindern19.

Die Empfindlichkeit jedes Virus, das einer Inaktivierung durch UV-C ausgesetzt ist, kann anhand seines scheinbaren Z-Werts genau abgeschätzt werden, der die Virusempfindlichkeitskonstante darstellt, wenn es der 254-nm-Quecksilberstrahlung ausgesetzt wird. Somit kann der Z-Wert eines bestimmten Erregers genau vorhersagen, wie sich das Virus verhält, wenn es einer bestimmten Dosis UV-C20 ausgesetzt wird. Um diesen Wert zu berechnen, muss die Bestrahlungsdosis ermittelt werden, die erforderlich ist, um 90 % des Mikroorganismus auf einer exponierten Oberfläche (D90) zu eliminieren, indem man die folgende Formel verwendet:

Diese Formel kann auf andere Eliminierungsverhältnisse erweitert werden:

Auf nicht porösen Oberflächen (Schürzen oder Edelstahlträger) erhaltene Daten zeigten eine Wirksamkeit von UV-C bei der Inaktivierung der Virusreplikation bei einer infektiösen Konzentration von 1,5 × 105,5 50 % Gewebekultur-Infektionsdosen (TCID50) pro 150 µl von 3 s Bestrahlung (2,5 mJ/cm2 für Edelstahl, 3,4 mJ/cm2 für Schürze). Tatsächlich wurde in der Zellkultur unabhängig von der Bestrahlungszeit der beiden Träger kein zytopathischer Effekt beobachtet.

Die Überstände wurden auch mit der PCR-Technik getestet: Ein Anstieg des Zyklusschwellenwerts (CT) ist repräsentativ für eine Abnahme der Konzentration des viralen Genommaterials, das gegenüber den Primern empfindlich ist. Bei den Vorfeldproben lag der CT-Wert bei Bestrahlungszeiten von 3 bis 30 s zwischen 28,1 und 32,6 (Abb. 1). Für die vertikal im Schrank platzierten Edelstahlträger variierten die CT-Werte zwischen 28,4 und 33,2 bei Bestrahlungszeiten von jeweils 3 bis 30 s. Bei ähnlichen Proben, die in horizontaler Position der UV-C-Quelle ausgesetzt wurden, variierten die CT-Werte bei Bestrahlungszeiten von 3 bis 30 s zwischen 27,4 und 29,9 (Abb. 1), was zeigt, dass der Belichtungswinkel der Träger in Bezug auf die UV-C-Quelle unterschiedlich war zur UV-C-Quelle hat keinen Einfluss auf die Bestrahlungseffizienz. Darüber hinaus wurde das letztgenannte Experiment mit horizontal angeordneten Edelstahlproben ein zweites Mal durchgeführt, um seine Reproduzierbarkeit zu testen: Die für die beiden Serien erhaltenen Ergebnisse waren nahezu identisch (Daten nicht gezeigt). Es ist zu beachten, dass die Standardabweichung für die längste Bestrahlungszeit größer ist als für andere Ergebnisse, was auf ein mögliches Problem bei einer einzelnen Probe hinweist.

Inaktivierung von SARS-CoV-2 nach Exposition gegenüber unterschiedlichen UV-C-Dosen. Darstellung der Virusinaktivierung durch PCR-Technik auf verschiedenen Oberflächen (Kittel, Schürze, Edelstahl), die steigenden Dosen UV-C-Bestrahlung ausgesetzt sind. (A) Alle Oberflächen, (B) Einwegkittel, (C) Schürzen, (D) Edelstahl (horizontal), (E) Edelstahl (vertikal). Fehlerbalken zeigen die Standardabweichung.

Was die Proben von Einwegkitteln betrifft, so liegen die in der Zellkultur und in der PCR berichteten Ergebnisse nahe an denen, die für die nicht porösen Oberflächen berichtet wurden. In der Zellkultur wurde selbst bei einer kurzen Bestrahlungsdauer von 3 s (2,5 mJ/cm2) bei einer infektiösen Viruskonzentration von 1,5 × 105,5 TCID50/150 µl kein zytopathischer Effekt beobachtet, was darauf hindeutet, dass UV-C die Virusreplikation hochwirksam inaktiviert faserige, poröse Oberflächen. Die mittels PCR-Technik getesteten Überstände zeigten CT-Werte im Bereich von 31,0 bis 36,2, was auf das Vorhandensein restlicher viraler RNA schließen lässt, die nicht in der Lage ist, Zellen in der Kultur zu infizieren. Die CT-Werte stiegen linear mit der applizierten Bestrahlungsdosis an (Abb. 1).

Um die Kinetik des viralen RNA-Abbaus zu untersuchen, wurde ein ergänzender Test an porösem Material (Einwegkittel) durchgeführt, um die Bestrahlungszeit zu bestimmen, nach der die virale RNA nicht mehr durch PCR nachgewiesen wird. Es wurden verlängerte Zeiten bis zu 30 Minuten verwendet (Tabelle 1). Die Ergebnisse zeigen, dass eine Bestrahlungsdauer von 30 s zu einem CT-Wert über 35 führt; Eine 1-minütige Bestrahlung führt zu einem CT-Wert über 40 und nach 5 Minuten wurde kein PCR-Signal aufgezeichnet, was darauf hindeutet, dass in der Bindungszone der Primer eine Dimerisierung stattgefunden hat.

In dieser Studie wurde eine Grenze des scheinbaren Z-Werts mithilfe der bei der Titration der Variante erhaltenen Daten und unter Verwendung von Gleichung berechnet. (1) beschrieben im Abschnitt „Methoden“. Aus der Titration ergab eine Verdünnung von 106,32 eine Verringerung der Infektiosität um 50 %. Auf Edelstahl reichte eine Bestrahlung von 25 J/m2 aus, um das Virus zu inaktivieren, was zu einer Reduktion um mehr als 106,32 führte. Folglich beträgt der scheinbare Z-Wert > 0,5820 m2/J, was einem maximalen D90-Wert von 3,9563 J/m2 entspricht.

Um UV-C-Dekontaminationsgeräte richtig zu entwerfen und mit maximaler Wirksamkeit zu betreiben, ist es wichtig, die Schlüsselparameter zu kennen, die die Virusinaktivierung steuern. Die Wirksamkeit der UV-C-Dekontamination hängt von den zu inaktivierenden Krankheitserregern, den angewandten Bestrahlungsdosen, den Eigenschaften der Trägermaterialien, den Versuchsbedingungen (insbesondere der Absorption des Mediums) und dem Umgebungskontext (Temperatur, Luftfeuchtigkeit) ab. Während einige dieser Parameter leicht zu kontrollieren sind (z. B. die Dosis), sind andere mit den Betriebsbedingungen verknüpft. Die Kenntnis der Empfindlichkeit des Erregers auf verschiedenen Substraten ist daher ein Schlüsselelement zur Reduzierung von Unsicherheiten im Betrieb.

In der Literatur vorhandene Daten weisen darauf hin, dass die Art der Phase der Virusprobe (feste Oberfläche, flüssiges Medium) einen großen Einfluss auf die Bestrahlungseffizienz hat, insbesondere durch die Absorption eines Teils der UV-C-Strahlung15,21,22 dem Suspensionsmedium oder durch Verschmutzung durch fötales Rinderserum (FBS) oder andere Verbindungen. Biasin et al.4 zeigten beispielsweise, dass das Vorhandensein einer 1 mm dicken Schicht Kulturmedium mit einem Transmissionsfaktor von 0,68 die Beleuchtung von 5,4 mJ/cm2 an der oberen Grenzfläche auf 3,7 mJ/cm2 am Boden der Quarzküvette reduziert . Um den gleichen Wirkungsgrad zu erreichen, sind dann höhere Bestrahlungsdosen erforderlich. Im Gegensatz dazu verringert das Trocknen der Virussuspension für kurze Zeit auf Stahl oder Polymeren die Infektiosität nicht23, was die Gültigkeit getrockneter Tests gewährleistet.

In der vorliegenden Studie wurden dem Kulturmedium zum Züchten der Zellen 10 % FBS zugesetzt, was bedeutet, dass mit einer gewissen Restabsorption zu rechnen ist, was sich auf die Dekontaminationszeit und die Berechnung der UV-Empfindlichkeit auswirkt. Es wäre auch interessant, die UV-C-Absorption von biologischen Flüssigkeiten wie Speichel, Bronchoalveolarflüssigkeit, Blut oder Sperma zu messen, um die praktische Dekontamination zu extrapolieren, die im Feldeinsatz zu erwarten ist.

Eine besondere Herausforderung stellen poröse Materialien dar. Tatsächlich kann die raue Oberfläche poröser Materialien möglicherweise die Wirksamkeit verringern, indem sie Krankheitserreger vor UV-C-Strahlen schützt24,25. Eine sorgfältige Untersuchung des zu behandelnden Materials ist erforderlich. Dies wurde vor allem bei N95-Atemschutzmasken durchgeführt26,27,28. In der vorliegenden Studie wurden drei Materialien getestet, diese stellen jedoch nur eine sehr kleine Teilmenge der verfügbaren Materialien dar, so dass weitere Untersuchungen offen bleiben.

Nicht poröse, flache, harte Oberflächen mit getrockneter Viruslösung, wie zum Beispiel Edelstahl, mit minimaler Verschmutzung können als „Best Case“ angesehen werden, da sie den geringsten Energieaufwand erfordern, um den Erreger erfolgreich zu inaktivieren. Die an den beiden anderen Polymermaterialien (sowohl porösen als auch nichtporösen) durchgeführten Tests zeigten jedoch ein gutes Inaktivierungsprofil. Zusätzliche Forschung zu niedrigeren Dosen oder zur einseitigen Beleuchtung würde dazu beitragen, das Wissen über die für SARS-CoV-2 erforderliche Inaktivierungsdosis zu verfeinern.

Im klinischen Umfeld ist eine große Überbestrahlung zu bevorzugen. Eine homogene, omnidirektionale Beleuchtung ist vorzuziehen, da die genaue Ausrichtung des Ziels selten bekannt ist. Dies führt zu einer gewissen Verschattung, einer gewissen Feuchtigkeit und möglicherweise zu einer gewissen Oberflächenverunreinigung im täglichen Betrieb. Diese übermäßige Bestrahlung ist auch im Hinblick auf die Effizienzprüfung in klinischen Umgebungen von Vorteil, in denen Zellkulturen unpraktisch sind. Eine niedrige Bestrahlungsdosis würde nicht-dimerisierte Primer-Anlagerungszonen und ein falsch positives PCR-Signal hinterlassen, da diese Technik nicht zwischen lebenden und nichtinfektiösen Virionen unterscheiden kann29. Unsere in Viruskulturen erzielten und mit denen der PCR-Technik korrelierten Ergebnisse zeigen, dass virale RNA bei Bestrahlungszeiten von weniger als 30 s nicht zu 100 % durch UV-C abgebaut wird, da PCR-Signale immer noch nachweisbar sind. Dennoch belegen die Daten aus der Viruskultur, dass das Virus gut inaktiviert ist. Es zeigte sich, dass bei der Kittelprobe eine Behandlung von mindestens 1 Minute erforderlich war, um in der PCR kein Signal zu erzeugen. Allerdings scheint eine minimale Bestrahlungszeit von 3 s, die eine Reduzierung der Viruslast um über 6Log10 ermöglicht, für die Dekontamination der meisten Objekte ausreichend zu sein.

Die Forschung wurde mit dem Alpha-Stamm durchgeführt. Es wird erwartet, dass die Ergebnisse denen anderer Stämme entsprechen.

In der vorliegenden Studie wurde gezeigt, dass die scheinbare UV-C-Empfindlichkeit viel höher ist als zuvor berichtet (Tabelle 2), mit einem Z-Wert > 0,5820 m2/J. Dieser Wert ist mindestens dreimal höher als von Biasin et al.4, Storm et al.9, Ma et al.14 und Martínez-Antón et al.21 berichtet. Die experimentellen Bedingungen dieser Studien sind sehr unterschiedlich, da sie alle eine nahezu planare Beleuchtung verwenden: Storm et al. einen kollimierten Strahl verwendet; Biasin et al. verwendete auch eine Blende, um einen „räumlichen Filter“ zu erstellen, der den halben Winkel der Eingangsstrahlen auf 30° begrenzte; Martínez-Antón et al. Beschränkte die Lampenlänge auf ein 5-mm-Fenster, das 36 cm vom Ziel entfernt platziert war, wodurch eine sehr geringe Winkelstreuung und eine nahezu ebene Ausleuchtung erreicht wurden. Im Gegensatz dazu verfügt das UVCab-Gerät über ein optisches Design, das eine omnidirektionale Beleuchtung des Ziels ermöglicht (Abb. 2). Dies wird durch Edelstahlproben veranschaulicht, die sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung getestet wurden und deren PCR-Werte sehr nahe beieinander liegen, was auf eine geringe Dosisabweichung zwischen diesen beiden Extrempositionen hinweist (Abb. 1). In dieser Konfiguration kann die auf der Oberfläche empfangene Dosis nicht als planare Bestrahlungsstärke beschrieben werden, sondern das Konzept der sphärischen Bestrahlungsstärke muss bevorzugt werden. Eine gute Erklärung der Unterschiede zwischen planarer und sphärischer Bestrahlungsstärke wurde von Ashdown et al.30 gegeben. Das Konzept der sphärischen Bestrahlungsstärke findet sich auch in der deutlich höheren Anfälligkeit von Krankheitserregern in der Aerosolform wieder, wie Kowalski et al.31 zeigten.

Veranschaulichung der Wirkung einer planaren vs. omnidirektionalen Beleuchtung einer getrockneten Viruslösung. Schwarz: Substrat; Rot: SARS-CoV-2-Virionen; Grün: Restproteine aus Kulturmedien. (A) Planare Beleuchtung führt zur Abschattung durch Proteine und Virionen. (B) Omnidirektionale Beleuchtung verhindert Schattenbildung.

Wir gehen davon aus, dass die Ergebnisse für alle SARS-CoV-2-Varianten ähnlich sind (Tabelle 3), da UV-C eine sehr spezifische Wirkungsweise hat. Das UV-C-Photon ist energiereich genug, um Pyrimidine zu erzeugen, die die Transkription oder Replikation verhindern. Kowalski et al. haben ein Genommodell etabliert, um die Anfälligkeit verschiedener Krankheitserreger zu bestimmen. Da die Empfindlichkeit verschiedener Stämme von SARS-CoV-2 strukturell sehr nahe beieinander liegt, können wir den Unterschied in der Empfindlichkeit anhand dieser Vorkommnisse abschätzen.

Wie man sehen kann, gibt es weniger als 1 % zwischen einem Alpha-Stamm und anderen Stämmen, selbst bei sehr neuen Genomen wie XBB.1.16.

Daher ist es sehr wahrscheinlich, dass die Empfindlichkeit anderer zukünftiger Stämme der früherer Varianten sehr ähnlich sein wird, es sei denn, es tritt ein großes genomisches Ereignis ein (große Deletion oder Duplikation).

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich die 254-nm-UV-C-Strahlung als sehr effizient bei der Inaktivierung von SARS-CoV-2 erwiesen hat und sich erneut als wirksames Verfahren erweist, das in vielen Fällen eingesetzt werden kann, beispielsweise zur Oberflächendekontamination oder zur Luftreinigung in geschlossenen Räumen. Die Verwendung eines speziell entwickelten Geräts wie des UV-Cab-Geräts kann leicht eingesetzt werden, um die Übertragung von Viren und Bakterien durch Kontakt zu begrenzen, da es eine ultraschnelle Virusinaktivierung (3 s) auf porösen oder nichtporösen Medien ermöglicht wie auf SARS-CoV-2 gezeigt. Der in dieser Studie ermittelte Z-Wert ist fast dreimal höher als üblicherweise von anderen beobachtet, was zu einer etwa dreimal kürzeren Zeit für die Inaktivierung des Virus führte. Dies ist auf die spezielle Gestaltung des Innenraums der UVCab zurückzuführen, die eine omnidirektionale Beleuchtung der zu dekontaminierenden Objekte ermöglicht. Diese Art von Gerät könnte zur Dekontamination verschiedener medizinischer Geräte eingesetzt werden, beispielsweise von Mobiltelefonen, die in Krankenhäusern verwendet werden und nachweislich eine erhebliche Quelle nosokomialer Infektionen darstellen32.

Die wichtigsten Daten sind im Manuskript dargestellt. Weitere Daten sind auf Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich. Der Alpha-Stamm (20I/501Y B.1.1.7-Linie) von SARS-CoV-2, der in allen Experimenten verwendet wurde, wurde sequenziert und bei GISAID (https://www.gisaid.org/) hinterlegt (Zugangsnummer: EPI_ISL_1707039). ).

O'Sullivan, ED PSA-Leitfaden für Covid-19: Seien Sie ehrlich, wenn es um Ressourcenknappheit geht. BMJ 369, m1507 (2020).

Artikel PubMed Google Scholar

Cohen, J. & Rodgers, YVM Faktoren, die zum Mangel an persönlicher Schutzausrüstung während der COVID-19-Pandemie beigetragen haben. Vorher. Med. 141, 106263 (2020).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Salido, RA et al. Händewaschen und die Behandlung mit Reinigungsmitteln reduzieren die SARS-CoV-2-Viruslast auf Halloween-Süßigkeiten, die von COVID-19-Patienten gehandhabt werden, erheblich. mSystems 5, e01074 (2020).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Biasin, M. et al. UV-C-Bestrahlung ist hochwirksam bei der Inaktivierung der SARS-CoV-2-Replikation. Wissenschaft. Rep. 11, 6260 (2021).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Leung, A. et al. In-vitro-Inaktivierung von SARS-CoV-2 mittels Gammastrahlung. Appl. Biosaf. 25, 157–160 (2020).

Artikel ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ibáñez-Cervantes, G. et al. Desinfektion von N95-Masken, die künstlich mit SARS-CoV-2- und ESKAPE-Bakterien kontaminiert sind, mithilfe von Wasserstoffperoxidplasma: Auswirkungen auf die Wiederverwendung von Einweggeräten. Bin. J. Infizieren. Kontrolle. 48, 1037–1041 (2020).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Ludwig-Begall, LF et al. Der Einsatz von keimtötendem ultraviolettem Licht, verdampftem Wasserstoffperoxid und trockener Hitze zur Dekontamination von Gesichtsmasken und filtrierenden Atemschutzgeräten, die mit einem SARS-CoV-2-Ersatzvirus kontaminiert sind. J. Hosp. Infizieren. 106, 577–584 (2020).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ogilvie, BH et al. Alkoholfreie Händedesinfektionsmittel und andere quartäre Ammonium-Desinfektionsmittel inaktivieren SARS-CoV-2 schnell und effektiv. J. Hosp. Infizieren. 108, 142–145 (2021).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Viscusi, DJ et al. Bewertung von fünf Dekontaminationsmethoden für filtrierende Atemschutzmasken. Ann. Besetzen. Hyg. 53(8), 815–827 (2009).

CAS PubMed Google Scholar

Cadnum, JL et al. Ein Vergleich der Wirksamkeit mehrerer Raumdekontaminationsgeräte mit ultraviolettem Licht in einem radiologischen Behandlungsraum. Infizieren. Kontrollhosp. Epidemiol. 40(2), 158–163 (2019).

Artikel PubMed Google Scholar

Guettari, M., Gharbi, I. & Hamza, S. UVC-Desinfektionsroboter. Umgebung. Wissenschaft. Umweltverschmutzung. Res. 28, 40394–40399 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Storm, N. et al. Schnelle und vollständige Inaktivierung von SARS-CoV-2 durch UV-C-Bestrahlung. Wissenschaft. Rep. 10, 22421 (2020).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Sabino, CP et al. UV-C (254 nm) tödliche Dosen für SARS-CoV-2. Fotodiagn. Photodyn. Dort. 32, 101995 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Ma, B. et al. UV-Inaktivierung von SARS-CoV-2 im gesamten UVC-Spektrum: KrCl*-Excimer-, Quecksilberdampf- und Leuchtdiodenquellen (LED). Appl. Umgebung. Mikrobiol. 87, e0153221 (2021).

Artikel PubMed Google Scholar

Heßling, M. et al. Ultraviolette Bestrahlungsdosen zur Coronavirus-Inaktivierung – Überprüfung und Analyse von Studien zur Coronavirus-Photoinaktivierung. GMS Hyg. Infizieren. Kontrolle. 15, 08 (2020).

Google Scholar

Reed, LJ & Muench, H. Eine einfache Methode zur Schätzung von Fünfzig-Prozent-Endpunkten. Bin. J. Epidemiol. 27, 493–497 (1938).

Artikel Google Scholar

Bellon, M. et al. Kinetik der Viruslast des schweren akuten respiratorischen Syndroms Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) bei symptomatischen Kindern, Jugendlichen und Erwachsenen. Klin. Infizieren. Dis. 73, e1384–e1386 (2021).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Pujadas, E. et al. Die SARS-CoV-2-Viruslast sagt die COVID-19-Mortalität voraus. Lanzetten-Respira. Med. 8, e70 (2020).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Pfeifer, GP Bildung und Verarbeitung von UV-Photoprodukten: Auswirkungen der DNA-Sequenz und der Chromatinumgebung. Photochem. Photobiol. 65(2), 270–283 (1997).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Beggs, CB & Avital, EJ Die UV-Luftdesinfektion in oberen Räumen könnte dazu beitragen, die Übertragung von COVID-19 in Gebäuden zu reduzieren: Eine Machbarkeitsstudie. PeerJ 8, e10196 (2020).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Martínez-Antón, JC et al. Bestimmung der charakteristischen Inaktivierungsfluenz für SARS-CoV-2 unter UV-C-Strahlung unter Berücksichtigung der Lichtabsorption in Kulturmedien. Wissenschaft. Rep. 11, 15293 (2021).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Woo, MH et al. Auswirkungen der relativen Luftfeuchtigkeit und des Sprühmediums auf die UV-Dekontamination von mit viralen Aerosolen beladenen Filtern. Appl. Umgebung. Mikrobiol. 78, 5781–5787 (2012).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Paton, S. et al. Persistenz des Virus des schweren akuten respiratorischen Syndroms Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) und der viralen RNA in Bezug auf Oberflächentyp und Kontaminationskonzentration. Appl. Umgebung. Mikrobiol. 87, e0052621 (2021).

Artikel PubMed Google Scholar

Gardner, DWM & Shama, G. Die Kinetik der Sporeninaktivierung von Bacillus subtilis auf Filterpapier durch UV-Licht und UV-Licht in Kombination mit Wasserstoffperoxid. J. Appl. Mikrobiol. 84, 633–641 (1998).

Artikel CAS Google Scholar

Gardner, DW & Shama, G. Modellierung der UV-induzierten Inaktivierung von Mikroorganismen auf Oberflächen. J. Lebensmittelschutz. 63, 63–70 (2000).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Fisher, EM & Shaffer, RE Eine Methode zur Bestimmung der verfügbaren UV-C-Dosis für die Dekontamination von filtrierenden Atemschutzmasken. J. Appl. Mikrobiol. 110, 287–295 (2011).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Huber, T. et al. Grundsätze und Praxis für die SARS-CoV-2-Dekontamination von N95-Masken mit UV-C. Biophys. J. 120, 2927–2942 (2021).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Purschke, M. et al. Bau und Validierung von UV-C-Dekontaminationsschränken für filtrierende Atemschutzmasken. Appl. Opt. 59, 7585–7595 (2020).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Hong, W. et al. Schnelle Bestimmung von infektiösem SARS-CoV-2 in PCR-positiven Proben durch SDS-PMA-unterstützte RT-qPCR. Wissenschaft. Gesamtumgebung. 797, 149085 (2021).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ashdown, I. Modellierung der sphärischen Bestrahlungsstärke für die UV-C-Luftdesinfektion. Konsultiert am 28. August 2022. https://www.allthingslighting.org/?s=spherical+irradiance (2022).

Kowalski, W. Ultraviolet Germicidal Irradiation Handbook|SpringerLink. Konsultiert am 28. August 2022. https://doi.org/10.1007/978-3-642-01999-9 (2009).

Olsen, M. et al. Mobiltelefone des pädiatrischen Krankenhauspersonals werden niemals gereinigt und häufig in Toiletten verwendet, was Auswirkungen auf nosokomiale Erkrankungen im Gesundheitswesen hat. Wissenschaft. Rep. 11, 12999 (2021).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Referenzen herunterladen

Diese Arbeit wurde durch die Stiftungsfonds des Hospital Centre Emile Roux und von CIRI/GIMAP/Univ St Etienne unterstützt.

Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen: Bertrand Maubert und Camille Theillère.

Biologielabor, Krankenhauszentrum Emile Roux, 43000, Le Puy en Velay, Frankreich

Bertrand Maubert

Klinische Forschungseinheit, Krankenhauszentrum Emile Roux, 43000, Le Puy en Velay, Frankreich

Camille Theillière, Prescillia Jany und Emilie Gadea

CIRI, Internationales Zentrum für Forschung in Infektiologie, GIMAP-Team, Universität St-Etienne, INSERM U1111, CNRS UMR5308, ENS de Lyon, UCBL1, Universität Lyon, 42023, Saint-Etienne, Frankreich

Camille Theillière, Thomas Bourlet und Bruno Pozzetto

Abteilung für Infektionserreger, Universitätsklinikum Saint-Étienne, 42055, Saint-Etienne, Frankreich

Thomas Bourlet und Bruno Pozzetto

ON-LIGHT SAS, SMO Biopole Clermont-Limagne, 63360, Saint Beauzire, Frankreich

Jérôme Deschamps & Fateh Singh

U1059, DVH-Team, Mines Saint-Etienne, Universität Lyon, Universität St-Etienne, 42000, Saint-Etienne, Frankreich

Emilie Gadea

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

JD und FS entwarfen und produzierten das Beleuchtungssystem, den Systemaufbau und die Dosimetrie; JD, FS, EG und CT haben das Experiment entworfen; CT, BM und BP führten die biologischen Experimente durch; FS und BP haben das Manuskript geschrieben; CT, JD, PJ und FS analysierten die Daten; EG, TB, FS und BP überwachten die Studie und überprüften das Manuskript.

Korrespondenz mit Emilie Gadea.

EG, CT, BM, TB, BP und PJ haben keine konkurrierenden Interessen. JD und FS sind Mitarbeiter von ON-LIGHT SAS.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht gesetzlich zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Maubert, B., Theillière, C., Jany, P. et al. Ultraschnelle Inaktivierung von SARS-CoV-2 durch 254-nm-UV-C-Bestrahlung auf porösen und nichtporösen Medien von medizinischem Interesse unter Verwendung einer omnidirektionalen Kammer. Sci Rep 13, 12648 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-39439-1

Zitat herunterladen

Eingegangen: 01. März 2023

Angenommen: 25. Juli 2023

Veröffentlicht: 04. August 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-39439-1

Jeder, mit dem Sie den folgenden Link teilen, kann diesen Inhalt lesen:

Leider ist für diesen Artikel derzeit kein gemeinsam nutzbarer Link verfügbar.

Bereitgestellt von der Content-Sharing-Initiative Springer Nature SharedIt

Durch das Absenden eines Kommentars erklären Sie sich damit einverstanden, unsere Nutzungsbedingungen und Community-Richtlinien einzuhalten. Wenn Sie etwas als missbräuchlich empfinden oder etwas nicht unseren Bedingungen oder Richtlinien entspricht, kennzeichnen Sie es bitte als unangemessen.

Nachricht