Photodynamic Treatment of Titanium Dioxide Nanoparticles is a Convenient Method of Adenoviral Inactivation

Photodynamic Treatment of Titanium Dioxide Nanoparticles is a Convenient Method of Adenoviral Inactivation

Today, the search for safe ways to inactivate pathogens is becoming especially relevant in connection with the coronavirus pandemic. Standard methods using chlorides and ultraviolet irradiation have disadvantages related to toxicity and low efficiency. Photodynamic inactivation involving nanoparticl...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Date:2023
Main Authors: Povnitsa, O.Y., Zahorodnia, S.D., Artiukh, L.O., Zahornyi, M.M., Ievtushenko, A.I., Повниця, О.Ю., Загородня, С.Д., Артюх, Л.О., Загорний, М.М., Євтушенко, А.І.
Format: Article
Language:English
Published: PH "Akademperiodyka" of the NAS of Ukraine 2023
Online Access:https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/14
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Microbiological Journal

Institution

Microbiological Journal
id oai:ojs2.ojs.microbiolj.org.ua:article-14
record_format ojs
institution Microbiological Journal
baseUrl_str
datestamp_date 2023-07-14T10:49:12Z
collection OJS
language English
topic_facet titanium dioxide nanoparticles
photoinactivation
adenovirus
наночастинки діоксиду титану
фотоінактивація
аденовірус
format Article
author Povnitsa, O.Y.
Zahorodnia, S.D.
Artiukh, L.O.
Zahornyi, M.M.
Ievtushenko, A.I.
Повниця, О.Ю.
Загородня, С.Д.
Артюх, Л.О.
Загорний, М.М.
Євтушенко, А.І.
spellingShingle Povnitsa, O.Y.
Zahorodnia, S.D.
Artiukh, L.O.
Zahornyi, M.M.
Ievtushenko, A.I.
Повниця, О.Ю.
Загородня, С.Д.
Артюх, Л.О.
Загорний, М.М.
Євтушенко, А.І.
Photodynamic Treatment of Titanium Dioxide Nanoparticles is a Convenient Method of Adenoviral Inactivation
author_facet Povnitsa, O.Y.
Zahorodnia, S.D.
Artiukh, L.O.
Zahornyi, M.M.
Ievtushenko, A.I.
Повниця, О.Ю.
Загородня, С.Д.
Артюх, Л.О.
Загорний, М.М.
Євтушенко, А.І.
author_sort Povnitsa, O.Y.
title Photodynamic Treatment of Titanium Dioxide Nanoparticles is a Convenient Method of Adenoviral Inactivation
title_short Photodynamic Treatment of Titanium Dioxide Nanoparticles is a Convenient Method of Adenoviral Inactivation
title_full Photodynamic Treatment of Titanium Dioxide Nanoparticles is a Convenient Method of Adenoviral Inactivation
title_fullStr Photodynamic Treatment of Titanium Dioxide Nanoparticles is a Convenient Method of Adenoviral Inactivation
title_full_unstemmed Photodynamic Treatment of Titanium Dioxide Nanoparticles is a Convenient Method of Adenoviral Inactivation
title_sort photodynamic treatment of titanium dioxide nanoparticles is a convenient method of adenoviral inactivation
title_alt Фотодинамічна обробка наночастинок діоксиду титану — зручний метод інактивації аденовірусу
description Today, the search for safe ways to inactivate pathogens is becoming especially relevant in connection with the coronavirus pandemic. Standard methods using chlorides and ultraviolet irradiation have disadvantages related to toxicity and low efficiency. Photodynamic inactivation involving nanoparticles is already used to disinfect water and air from microorganisms and enveloped viruses such as human herpes simplex virus, vesicular stomatitis virus, human immunodeficiency virus, and hepatitis B and C viruses. The aim of this work was to evaluate the possibility of the inactivation of human adenovirus type 5 in an organic medium using titanium dioxide irradiated with ultraviolet light. Methods. The nanosized titanium dioxide material was obtained by the thermal decomposition of a suspension of hydrated titanium dioxide TiO(OH)2 (metatitanic acid). The analysis of the morphology of the TiO2 nanopowder was carried out using electron scanning microscopy (SEM), which showed that TiO2 nanopowder contains soft aggregates of nanoparticles mostly 20‒30 nm in size. Cytotoxicity, virulicidal and antiviral action of titanium dioxide were determined by standard methods using (3-(4,5-dimathylthiazol-2-yl)-2,5-dipheniltetrazolium bromide (MTT). The titanium dioxide suspension was irradiated at a distance of 20 cm from 1 to 30 min with a bactericidal UV lamp (OBB15P, BactoSfera, Poland (254 nm)). The concentration of nanoparticles for irradiation was 1.0 mg/mL. Adenovirus suspension with titer 6.0 log10 TCID50 /mL was added to the nanoparticles immediately after irradiation. The titer of virus synthesized in the presence of titanium dioxide was determined by the end of the virus dilution, which causes 50% of the cytopathic effect of the virus on cells. All studies were performed in three replicates; the number of parallel determinations was three. Results. A dose-dependent effect of titanium dioxide nanoparticles on the viability of Hep-2 cells was revealed. At the NPs concentration of 1 mg/mL, quite a low cell viability was observed (32—39%), with a decrease in concentration to 0.1 and 0.01 mg/mL, the NPs were less toxic (cell viability was in the range of 62—90%). The TiO2 NPs dissolved in glycerin-water had no virulicidal effect, as the virus titer was similar to the control values. Instead, NPs dissolved in propanediol-ethanol reduced the infectious titer of the virus by 6.0 log10, which indicates their high virulicidal effect. The absence of an antiviral effect was shown when NPs were added to infected cells. A decrease in the virus titer by 4.5‒5.0 log10 was recorded uponitsinteracting with irradiated NPs for 1‒30 min. The effect persisted for 3 h after exposure to NPs. Conclusions. The cytotoxic, virulicidal, and antiviral effects of optically active TiO2 nanoparticles were determined in optimal conditions. Regardless of the solvent, NPs had low toxicity at a concentration of 0.1 mg/mL. The TiO2 NPs dissolved in glycerin-water had no virulicidal effect; but dissolved in propanediol-ethanol reduced the infectious titer of the virus by 6.0 log10, which indicates its high virulicidal effect. NPs in a propanediol-ethanol solution, irradiated with UV for 1‒30 min, completely inhibited adenovirus reproduction. NPs in a glycine-water solution reduced the virus titer by 0.5 log10. The control with NPs without irradiation slightly reduced the virus titer (by 0.45 log10). The ability of NPs to completely inactivate adenovirus was maintained for 3 h. It was shown for the first time that the non-enveloped HAdV5 virus could be efficiently inactivated by UV-induced TiO2 photocatalysis.
publisher PH "Akademperiodyka" of the NAS of Ukraine
publishDate 2023
url https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/14
work_keys_str_mv AT povnitsaoy photodynamictreatmentoftitaniumdioxidenanoparticlesisaconvenientmethodofadenoviralinactivation
AT zahorodniasd photodynamictreatmentoftitaniumdioxidenanoparticlesisaconvenientmethodofadenoviralinactivation
AT artiukhlo photodynamictreatmentoftitaniumdioxidenanoparticlesisaconvenientmethodofadenoviralinactivation
AT zahornyimm photodynamictreatmentoftitaniumdioxidenanoparticlesisaconvenientmethodofadenoviralinactivation
AT ievtushenkoai photodynamictreatmentoftitaniumdioxidenanoparticlesisaconvenientmethodofadenoviralinactivation
AT povnicâoû photodynamictreatmentoftitaniumdioxidenanoparticlesisaconvenientmethodofadenoviralinactivation
AT zagorodnâsd photodynamictreatmentoftitaniumdioxidenanoparticlesisaconvenientmethodofadenoviralinactivation
AT artûhlo photodynamictreatmentoftitaniumdioxidenanoparticlesisaconvenientmethodofadenoviralinactivation
AT zagornijmm photodynamictreatmentoftitaniumdioxidenanoparticlesisaconvenientmethodofadenoviralinactivation
AT êvtušenkoaí photodynamictreatmentoftitaniumdioxidenanoparticlesisaconvenientmethodofadenoviralinactivation
AT povnitsaoy fotodinamíčnaobrobkananočastinokdíoksidutitanuzručnijmetodínaktivacííadenovírusu
AT zahorodniasd fotodinamíčnaobrobkananočastinokdíoksidutitanuzručnijmetodínaktivacííadenovírusu
AT artiukhlo fotodinamíčnaobrobkananočastinokdíoksidutitanuzručnijmetodínaktivacííadenovírusu
AT zahornyimm fotodinamíčnaobrobkananočastinokdíoksidutitanuzručnijmetodínaktivacííadenovírusu
AT ievtushenkoai fotodinamíčnaobrobkananočastinokdíoksidutitanuzručnijmetodínaktivacííadenovírusu
AT povnicâoû fotodinamíčnaobrobkananočastinokdíoksidutitanuzručnijmetodínaktivacííadenovírusu
AT zagorodnâsd fotodinamíčnaobrobkananočastinokdíoksidutitanuzručnijmetodínaktivacííadenovírusu
AT artûhlo fotodinamíčnaobrobkananočastinokdíoksidutitanuzručnijmetodínaktivacííadenovírusu
AT zagornijmm fotodinamíčnaobrobkananočastinokdíoksidutitanuzručnijmetodínaktivacííadenovírusu
AT êvtušenkoaí fotodinamíčnaobrobkananočastinokdíoksidutitanuzručnijmetodínaktivacííadenovírusu
first_indexed 2025-07-17T12:21:11Z
last_indexed 2025-07-17T12:21:11Z
_version_ 1850410630075383808
spelling oai:ojs2.ojs.microbiolj.org.ua:article-142023-07-14T10:49:12Z Photodynamic Treatment of Titanium Dioxide Nanoparticles is a Convenient Method of Adenoviral Inactivation Фотодинамічна обробка наночастинок діоксиду титану — зручний метод інактивації аденовірусу Povnitsa, O.Y. Zahorodnia, S.D. Artiukh, L.O. Zahornyi, M.M. Ievtushenko, A.I. Повниця, О.Ю. Загородня, С.Д. Артюх, Л.О. Загорний, М.М. Євтушенко, А.І. titanium dioxide nanoparticles photoinactivation adenovirus наночастинки діоксиду титану фотоінактивація аденовірус Today, the search for safe ways to inactivate pathogens is becoming especially relevant in connection with the coronavirus pandemic. Standard methods using chlorides and ultraviolet irradiation have disadvantages related to toxicity and low efficiency. Photodynamic inactivation involving nanoparticles is already used to disinfect water and air from microorganisms and enveloped viruses such as human herpes simplex virus, vesicular stomatitis virus, human immunodeficiency virus, and hepatitis B and C viruses. The aim of this work was to evaluate the possibility of the inactivation of human adenovirus type 5 in an organic medium using titanium dioxide irradiated with ultraviolet light. Methods. The nanosized titanium dioxide material was obtained by the thermal decomposition of a suspension of hydrated titanium dioxide TiO(OH)2 (metatitanic acid). The analysis of the morphology of the TiO2 nanopowder was carried out using electron scanning microscopy (SEM), which showed that TiO2 nanopowder contains soft aggregates of nanoparticles mostly 20‒30 nm in size. Cytotoxicity, virulicidal and antiviral action of titanium dioxide were determined by standard methods using (3-(4,5-dimathylthiazol-2-yl)-2,5-dipheniltetrazolium bromide (MTT). The titanium dioxide suspension was irradiated at a distance of 20 cm from 1 to 30 min with a bactericidal UV lamp (OBB15P, BactoSfera, Poland (254 nm)). The concentration of nanoparticles for irradiation was 1.0 mg/mL. Adenovirus suspension with titer 6.0 log10 TCID50 /mL was added to the nanoparticles immediately after irradiation. The titer of virus synthesized in the presence of titanium dioxide was determined by the end of the virus dilution, which causes 50% of the cytopathic effect of the virus on cells. All studies were performed in three replicates; the number of parallel determinations was three. Results. A dose-dependent effect of titanium dioxide nanoparticles on the viability of Hep-2 cells was revealed. At the NPs concentration of 1 mg/mL, quite a low cell viability was observed (32—39%), with a decrease in concentration to 0.1 and 0.01 mg/mL, the NPs were less toxic (cell viability was in the range of 62—90%). The TiO2 NPs dissolved in glycerin-water had no virulicidal effect, as the virus titer was similar to the control values. Instead, NPs dissolved in propanediol-ethanol reduced the infectious titer of the virus by 6.0 log10, which indicates their high virulicidal effect. The absence of an antiviral effect was shown when NPs were added to infected cells. A decrease in the virus titer by 4.5‒5.0 log10 was recorded uponitsinteracting with irradiated NPs for 1‒30 min. The effect persisted for 3 h after exposure to NPs. Conclusions. The cytotoxic, virulicidal, and antiviral effects of optically active TiO2 nanoparticles were determined in optimal conditions. Regardless of the solvent, NPs had low toxicity at a concentration of 0.1 mg/mL. The TiO2 NPs dissolved in glycerin-water had no virulicidal effect; but dissolved in propanediol-ethanol reduced the infectious titer of the virus by 6.0 log10, which indicates its high virulicidal effect. NPs in a propanediol-ethanol solution, irradiated with UV for 1‒30 min, completely inhibited adenovirus reproduction. NPs in a glycine-water solution reduced the virus titer by 0.5 log10. The control with NPs without irradiation slightly reduced the virus titer (by 0.45 log10). The ability of NPs to completely inactivate adenovirus was maintained for 3 h. It was shown for the first time that the non-enveloped HAdV5 virus could be efficiently inactivated by UV-induced TiO2 photocatalysis. Сьогодні пошук безпечних способів інактивації збудників стає особливо актуальним у зв’язку з пандемією коронавірусу. Стандартні методи з використанням хлоридів і ультрафіолетового опромінення мають недоліки, пов’язані з їхньою токсичністю та низькою ефективністю проти безоболонкових вірусів. Фотодинамічна інактивація за участю наночастинок (НЧ) вже використовується для знезараження води та повітря від мікроорганізмів і вірусів із супероболонкою, таких як вірус простого герпесу людини, вірус везикулярного стоматиту, вірус імунодефіциту людини та віруси гепатиту B і C. Метою даної роботи було оцінити можливість інактивації аденовірусу людини типу 5 в органічному середовищі за допомогою діоксиду титану, опроміненого ультрафіолетовим світлом. Методи. Нанорозмірний діоксид титану отримано шляхом термічного розкладання суспензії гідратованого діоксиду титану TiO(OH)2 (метатитанової кислоти). Наночастинки (НЧ) TiO2 розчиняли в пропандіол-етанолі та гліцерин-воді. Аналіз морфології нанопорошку TiO2 виконано за допомогою скануючої (SEM) та трансмісивної (ТЕМ) електронної мікроскопії. Визначення цитотоксичної, віруліцидної та противірусної дії діоксиду титану проведено стандартними методами з використанням 3-(4,5-диметилтіазол-2-іл)-2,5-дифенілтетразолію броміду (МТТ). Для фотоактивації суспензію НЧ опромінювали на відстані 20 см від бактерицидної УФ-лампи (OBB15P, BactoSfera, Польща (254 нм)) протягом 1‒30 хв. Початкова концентрація НЧ для опромінення становила 1,0 мг/мл. Після фотоактивації НЧ до них додавали суспензію аденовірусу людини серотипу 5 із титром 6,0 log10ТЦД50/мл. Визначали титр аденовірусу, синтезованого в присутності НЧ ТіО2, за кінцевою точкою розведення вірусу, що спричиняє 50% розвитку цитопатичної дії вірусу на клітини. Результати. Показано, що нанопорошок TiO2 містить м’які агрегати наночастинок переважно розміром 20‒30 нм. Виявлено дозозалежний вплив НЧ на життєздатність клітин Hep-2. НЧ ТіО2, внесені в пропандіол-етанол, знижували інфекційний титр аденовірусу на 6,0 log10, що свідчить про їх високу віруліцидну дію. НЧ TiO2 у воді-гліцерині не мали віруліцидної дії. За додавання до аденовірусу НЧ, фотоактивованих УФ протягом 1‒30 хв, виявлено зниження титру вірусу на 4,5‒5,0 log10. Такий ефект зберігався ще протягом 3 год після опромінення НЧ. Фотоактивовані НЧ у воді-гліцерині не впливали на інфекційність аденовірусу, максимальне зниження титру становило 0,5 log10. Висновки. Визначено цитотоксичну, віруліцидну та противірусну дію оптично активованих наночастинок TiO2. НЧ мали низьку токсичність у концентрації 0,1 мг/мл. Розчинені в пропандіол-етанолі НЧ TiO2 знижували інфекційний титр аденовірусу на 6,0 log10, що вказує на їх високу віруліцидну дію. Фотоактивовані протягом 1‒30 хв НЧ повністю інактивували аденовірус та зберігали цю здатність протягом 3 год після опромінення. Таким чином, вперше показано, що фотокаталіз TiO2, індукований УФ-променями може ефективно інактивувати аденовірус людини, що належить до групи безоболонкових вірусів. Встановлено, що фотоактивований TiO2 має пролонговану противірусну активність. PH "Akademperiodyka" of the NAS of Ukraine 2023-06-21 Article Article application/pdf https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/14 10.15407/microbiolj85.03.061 Mikrobiolohichnyi Zhurnal; Vol. 85 No. 3 (2023): Mikrobiolohichnyi Zhurnal; 61-70 Мікробіологічний журнал; Том 85 № 3 (2023): Мікробіологічний журнал; 61-70 2616-9258 1028-0987 10.15407/microbiolj85.03 en https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/14/19 Copyright (c) 2023 Mikrobiolohichnyi Zhurnal https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0

Similar Items