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Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 14545 (2022) Citare questo articolo

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C’è un urgente bisogno di controlli tecnici basati sull’evidenza per ridurre la trasmissione di SARS-CoV-2, che causa COVID-19. Sebbene sia noto che la luce ultravioletta (UV) inattiva i coronavirus, le lampade UV convenzionali contengono mercurio tossico ed emettono lunghezze d’onda (254 nm) che sono più pericolose per l’uomo rispetto alle lampade a eccimeri di cloro al kripton che emettono 222 nm (UV222). Qui abbiamo utilizzato test di coltura e molecolari per fornire la prima risposta alla dose per la soluzione SARS-CoV-2 esposta a UV222. I test colturali (infettività della placca verso l’ospite Vero) hanno dimostrato una disinfezione di SARS-CoV-2 superiore al 99,99% dopo una dose di UV222 di 8 mJ/cm2 (costante di velocità di pseudo-primo ordine = 0,64 cm2/mJ). Immediatamente dopo il trattamento UV222, i test RT-qPCR mirati al gene del nucleocapside (N) hanno dimostrato un contributo di circa il 10% del danno del gene N alla cinetica di disinfezione e un test ELISA mirato alla proteina N non ha dimostrato alcun contributo del danno della proteina N alla cinetica di disinfezione. I risultati molecolari suggeriscono che altri danni genetici e proteici hanno contribuito maggiormente alla disinfezione. Dopo 3 giorni di incubazione con cellule ospiti, la cinetica RT-qPCR ed ELISA del SARS-CoV-2 trattato con UV222 era simile alla cinetica della coltura, suggerendo la validità dell’utilizzo di test molecolari per misurare la disinfezione UV senza coltura. Questi dati forniscono una cinetica quantitativa di disinfezione che può informare l’implementazione di UV222 per prevenire la trasmissione di COVID-19.

La sindrome respiratoria acuta grave coronavirus 2 (SARS-CoV-2) è l'agente eziologico della malattia da coronavirus 2019 (COVID-19), una malattia infettiva emersa di recente e senza cura. La SARS-CoV-2 si diffonde principalmente da persona a persona quando le mucose (ad es. Polmoni, occhi) sono esposte a virus presenti nell'aria emessi da individui infetti in particelle di varie dimensioni1, 2. L'infezione porta a un decorso variabile della malattia che colpisce molteplici sistemi di organi (respiratorio, cardiaco, neurologico e gastrointestinale); per questo motivo i sintomi del COVID-19 sono variabili e comprendono infezione asintomatica, febbre, tosse, dispnea, malessere generale, nausea, ageusia/anosmia, delirio e morte. Numerose terapie antivirali e dirette all’ospite sono state o sono in fase di studio come trattamenti COVID-193-15. Questi trattamenti e vaccini sono motivo di ottimismo durante l’attuale pandemia di COVID-19, che ad oggi ha ucciso quasi 2 milioni di persone; tuttavia, anche dopo che i vaccini saranno diventati ampiamente disponibili, nel prossimo futuro continueranno a essere necessari il distanziamento sociale, i dispositivi di protezione individuale (DPI), comprese le mascherine facciali e altre soluzioni ingegneristiche che limitano la trasmissione di questa e di altre malattie infettive emergenti3. Recentemente è stata esplorata la chimica superficiale ingegnerizzata dei DPI contro la proteina Spike SARS-CoV-24.

L’irradiazione ultravioletta (UV) è un mezzo efficace per inattivare numerosi virus respiratori, tra cui il coronavirus umano OC43 (HCoV-OC43, una causa del comune raffreddore5) e il SARS-CoV (agente eziologico dell’epidemia di SARS del 20026–8). I raggi UV vengono comunemente applicati per la disinfezione dell'aria dei locali superiori, nei sistemi HVAC e nei purificatori d'aria e di superficie indipendenti. La fattibilità dell’uso dei raggi UV su un livello diffuso e basato sull’evidenza per ridurre al minimo la trasmissione di SARS-CoV-2, tuttavia, è attualmente limitata da due motivi: (1) le lampade UV convenzionali a bassa pressione basate sul mercurio sono poco pratiche in molti contesti poiché sono pericolosi per la salute umana (l’emissione di lunghezza d’onda di 254 nm provoca il cancro della pelle9 e la cataratta10) e per l’ambiente (il mercurio derivante dalla rottura delle fragili lampadine al quarzo è tossico11), (2) la cinetica di risposta alla dose UV necessaria per inattivare SARS-CoV-2 è sconosciuta . Se queste due sfide dovessero essere superate, l’uso dei raggi UV per inattivare SARS-CoV-2 in ambienti ad alto potenziale di trasmissione (ad esempio strutture di assistenza riunite, case di degenza, sale d’attesa degli ospedali, cabine di aerei) costituirebbe un’ingegneria pratica e facilmente implementabile. soluzione per aumentare le attuali misure profilattiche (distanziamento sociale, mascherine, vaccini). A causa dell’aumento dell’interesse e dell’applicazione dei raggi UV in vari ambienti pubblici, c’è un urgente bisogno di comprendere la cinetica di risposta alla dose di SARS-CoV-2 alle radiazioni UV per informare le decisioni di progettazione ingegneristica che bilanciano il rischio per gli occhi e la pelle derivante dai raggi UV esposizione con rischio di infezione da trasmissione di virus.

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

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