How Silver Nanoparticles Kill Pathogens
銀奈米粒子如何殺死病原體
摘要
病毒感染對全球健康構成重大挑戰，特別是考慮到耐藥病毒株的出現，以及與長期使用相關的無不良副作用，繼續減緩有效抗病毒療法的應用。這使得開發安全有效的常規抗病毒藥物替代品，成為當務之急。
在目前的情況下，奈米材料因其獨特的化學和物理特性，而成為新型抗病毒劑。主要研究銀奈米粒子對細菌的抗菌潛力，但也已證明對幾種類型的病毒具有活性，包括人類免疫缺陷病毒、乙型肝炎病毒、單純皰疹病毒、呼吸道合胞病毒和猴痘病毒。
金屬奈米粒子的使用，為新型抗病毒療法提供了一個有趣的機會。由於金屬可能會攻擊病毒中的廣泛目標，因此與傳統抗病毒藥物相比，產生耐藥性的可能性較低。本綜述的重點是銀奈米粒子的生產方法的開發，及其作為針對病原病毒的抗病毒療法的用途。
一、簡介
病毒是全世界疾病和死亡的主要原因之一。多虧了疫苗接種計劃，曾經導致許多人死亡，並永久致殘的眾多疾病中，有一些已經被根除，例如 1979 年的天花，或大大減輕了疾病的負擔，例如麻痺性疾病脊髓灰質炎。然而，對於當今一些最緊迫的病毒病原體，仍然沒有可用的疫苗。
要意識到幾種病毒性疾病，對全球社會造成的巨大經濟影響，我們只需考慮普通感冒、流感、皰疹病毒引起的各種問題（從帶狀皰疹、生殖器皰疹、水痘、傳染性單核細胞增多症，直至皰疹性角膜炎、新生兒播散性感染或病毒性腦炎）。其他病毒也能夠引起相當大的痛苦，有時會引起持續感染，可能導致癌症或獲得性免疫缺陷，例如肝炎病毒（主要是 HBV 和 HCV）或人類免疫缺陷病毒 (HIV)。
已經花費了很多努力，來嘗試開發針對這些疾病的疫苗，但沒有明顯的成功，至少針對這些病毒中的一些，即 HCV、HIV 和一些皰疹病毒。目前，針對此類病毒的新疫苗的開發，似乎仍然難以捉摸。加上出現或重新出現病毒劑的風險，抗病毒化合物的發現領域，非常有前途。
新出現和重新出現的病毒，被認為是對人類健康的持續威脅，因為它們具有驚人的適應當前宿主、切換到新宿主和進化策略以逃避抗病毒措施的能力。
病毒會因宿主、環境或載體的變化而出現，而新的致病病毒可能來自現有的人類病毒或動物病毒。過去幾十年出現的幾種病毒性疾病，現在已經在全球人口中根深蒂固。最著名的例子是：SARS 冠狀病毒、西尼羅河病毒、猴痘病毒、漢他病毒、尼帕病毒、亨德拉病毒、基孔肯雅病毒，最後但並非最不重要的是，大流行性流感病毒的威脅，最近是禽類或豬源。不幸的是，導致它們被發現的方法學進步，並沒有與預防或控制這些疾病的能力，同等的進步相匹配。
抗病毒治療有所改進，但仍有很大的無效性，因此迫切需要新的抗病毒藥物，來繼續在入侵病毒和宿主反應之間進行戰鬥。
技術進步導致病毒複製，所需分子的發現和表徵，以及抑制它們的抗病毒藥物的開發。事實上，大多數病毒，都具有非凡的遺傳適應性，這使它們能夠逃脫抗病毒抑制，並在某些情況下透過誘變，重新獲得對宿主的優勢，誘變產生對大多數可用抗病毒化合物，具有獲得性抗性的新病毒株。
病毒感染的過程，受病毒與宿主細胞系統之間，複雜的相互作用控制。所有病毒都依賴宿主細胞，來合成蛋白質。因此，所有病毒都透過大致相似的事件序列進行複制（圖 1）。病毒必須首先與細胞結合，然後病毒或其基因組才能進入細胞質。基因組從保護性衣殼中釋放出來，無論是在細胞核中，還是在細胞質中，它都會被轉錄，病毒 mRNA 以通常良好調控的方式指導蛋白質合成。
最後，病毒進行基因組複製，並與病毒結構蛋白一起組裝新的病毒粒子，然後從細胞中釋放出來。每個描述的階段，都代表一個可能的抑制目標。以病毒附著或進入為目標的藥物，已被證明很難被發現。事實上，迄今為止，只有一種進入抑製劑獲得了美國食品和藥物管理局 (FDA) 的批准。這是恩夫韋肽 (T-20)，一種合成肽，可靶向 HIV gp41 包膜蛋白以防止融合。
圖1 病毒複製週期中提供抗病毒目標的關鍵步驟。
靶向病毒進入的早期步驟，是一種非常有吸引力的治療干預策略，因為抑製劑的作用位點可能在細胞外，因此相對容易接近；這可以透過對多個目標的相同藥物，伴隨的作用配對，以獲得更有效的治療化合物。
此外，人們可以期待，在未來，具有針對不同科病毒的廣譜作用，抗病毒劑將被用作對抗不可預見的病毒流行，或大流行的急救化合物。
由於不同病原病毒，引起的新發傳染病的爆發，以及對經典抗病毒藥物的抗病毒耐藥性的發展，製藥公司和眾多研究人員正在尋找新的抗病毒藥物。在目前的情況下，奈米級材料由於其高表面積與體積比，及其獨特的化學和物理特性，而成為新型「抗菌劑」。
奈米技術是應用科學和尖端技術的新興領域，它利用奈米材料的物理化學特性，作為控制其尺寸、表面積和形狀的手段，以生成不同的奈米級材料。在這些材料中，金屬基材料似乎是最有趣和最有前途的，並且代表了本次審查的主題。奈米技術與物理、化學、生物學、材料科學和醫學直接相關。
事實上，它在研究和日常生活的多個方面都有應用，例如電子和新材料設計。然而，它在醫學研究中的應用可能是發展最快的領域之一，在這些領域中，奈米顆粒，尤其是金屬基奈米顆粒的功能機制，才剛剛開始被利用。奈米技術已被用於開發基於奈米粒子的靶向藥物載體、快速病原體檢測和生物分子感測，以及基於奈米粒子的癌症療法。
奈米粒子的使用，可以擴展到透過干擾病毒感染，特別是在附著和進入期間，起作用的抗病毒藥物的開發。
奈米粒子被恰當地定義為，至少一維小於 100 nm 的粒子，並因其獨特而有趣的特性而備受關注。它們獨特的物理（例如等離子體共振、熒光增強）和化學（例如催化活性增強）特性源於大量的表面原子和高面積/體積關係，事實上，隨著它們的直徑減小，可用表面積顆粒本身的密度顯著增加，因此其散裝材料的原始特性有所增加。
考慮到生物相互作用，通常是多價的，微生物和宿主細胞之間的相互作用，通常涉及以協調方式結合的受體和配體的多個拷貝，從而提高這種相互作用的特異性、效率和強度，使微生物能夠佔據受到攻擊的細胞。病毒附著並進入宿主細胞是病毒表面成分和細胞膜受體之間這種多價相互作用的一個極好例子。
干擾這些辨識事件，從而阻止病毒進入細胞，是開發新的抗病毒藥物和預防性局部殺菌劑，最有希望的策略之一 。近年來，使用金屬奈米粒子（可能已在其表面，進行功能化或未在其表面進行功能化，以優化相互作用），正在取得越來越大的成功。利用金屬對抗微生物的想法，可以被認為是古老的。
事實上，銀的使用是烹飪程序，和防止水受到污染的常見權宜之計。幾個世紀以來，人們都知道銀的治療特性的重要性，事實上，銀一直是研究最廣泛的金屬，用於對抗感染和防止食物變質，儘管由於抗生素的發展，銀的使用量有所下降，直到 20 世紀末，許多國家都認為用銀離子預防新生兒淋球菌眼炎，是標準的治療方法。
據推測，銀的作用方式依賴於銀離子，銀離子透過抑制呼吸酶和電子傳遞成分，以及干擾 DNA 功能來強烈抑制細菌生長。因此，銀離子和銀化合物的抗菌、抗真菌和抗病毒特性得到了廣泛的研究。還發現銀在非常低的濃度下，對人體無毒。
與抗生素相比，微生物不太可能對銀產生抗藥性，因為銀會攻擊微生物中的廣泛目標。考慮到大量文獻將銀描述為一種塊狀材料，可有效對抗多種病原體，因此對銀奈米顆粒進行了分析，並發現其極具吸引力。
銀奈米顆粒還以傷口敷料、醫療器械塗層、銀奈米顆粒浸漬紡織織物的形式，得到了多種應用。使用銀奈米顆粒進行浸漬的優點，是銀離子的持續釋放增強了其抗菌功效。
用銀奈米粒子治療的燒傷傷口，顯示出更好的美容外觀，和無疤痕癒合。銀奈米粒子作為抗微生物劑受到了相當大的關注，並且已顯示出主要作為抗菌劑有效。對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌均顯示出抗菌效果。
銀奈米粒子的抗菌活性，主要透過體外實驗來證明。已記錄對耐甲氧西林金黃色葡萄球菌 (MRSA)、大腸桿菌、銅綠假單胞菌、霍亂弧菌和枯草芽孢桿菌的活性。低濃度的銀奈米粒子，能夠持續抑制大腸桿菌，而對金黃色葡萄球菌的生長抑製作用很小。觀察到銀或鋅奈米顆粒與氨芐青黴素、青黴素 G、阿莫西林、卡那黴素、紅黴素、克林黴素、氯黴素和萬古黴素對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、傷寒沙門氏菌和藤黃微球菌具有協同抗菌活性。
金奈米粒子也已被用作抗菌劑，主要用作提供其他抗菌劑或增強光動力殺死細菌的工具。許多研究顯示金屬奈米顆粒具有抗菌作用，但銀奈米顆粒，對真菌病原體的作用大多未知；事實上，銀奈米粒子對柑橘青黴、黑曲霉、須癬毛癬菌和白色念珠菌顯示出顯著的抗真菌活性。
近年來出現了不同類型的奈米材料，如銅、鋅、鈦、鎂、金 、藻酸鹽和銀，其中大多數已被證明對多種微生物有效。
本綜述目的，在描述已報導的金屬奈米顆粒的抗病毒活性，及其生產方法，特別是銀奈米顆粒。
2. 金屬奈米粒子與抗病毒活性 已經研究了金屬奈米粒子的抗菌潛力，並已證明它是針對革蘭氏陰性菌，和革蘭氏陽性菌的抗菌劑。從理論上講，可以分析任何金屬的抗病毒活性，但是，幾乎沒有努力確定金屬奈米粒子，與病毒的相互作用，並且直到最近才出現一些研究表明金屬奈米粒子，可以作為有效的抗病毒劑對抗 HIV-1、乙型肝炎病毒、呼吸道合胞病毒、單純皰疹病毒 1 型 、猴痘病毒、流感病毒和 Tacaribe 病毒。
鑑於已調查的病毒很少，並且使用的大多數奈米粒子都是由銀製成的，本節將有助於分析每種病毒的抑制效果（表 1）。
2.1.逆轉錄病毒科
獲得性免疫缺陷綜合徵 (AIDS) 是一種由 HIV 引起的疾病，每年造成超過 200 萬人死亡，其中有超過 3300 萬人被感染。高效抗逆轉錄病毒療法 (HAART) 是一種使用混合藥物，抑制 HIV 感染的治療方案，顯著提高了數百萬 HIV 感染者的生活品質和預期壽命。許多 HIV 感染者目前正在接受 HAART 治療，而這些人患有慢性長期感染。
因此，HIV 最終會對這些藥物產生耐藥性，導致需要改變藥物治療方案，並隨後增加治療費用 。
HIV-1 的複制週期是一個複雜的多步驟過程，取決於病毒和宿主細胞因素。進入靶細胞是透過病毒脂質包膜，和細胞質膜的融合實現的。作為介導融合的支點的病毒成分，是由兩個亞基組成的三聚體包膜糖蛋白：gp120，它與細胞受體結合，gp41，它是帶有跨膜片段的亞基，並執行融合。在 gp120 與細胞受體 CD4 結合，併隨後與 CCR5 或 CXCR4 共受體相互作用後，gp41 的構象變化，導致膜融合併將衣殼遞送至細胞質。
進入後不久，RNA 被逆轉錄成互補 DNA，然後轉化為雙鏈 DNA，並整合到細胞基因組中。整合的原病毒 DNA 被轉錄以產生全長子代病毒 RNA 和許多剪接的 mRNA 轉錄本。由細胞機器執行的轉錄和翻譯導致病毒蛋白的合成，這些蛋白與子代病毒 RNA 一起被運送到質膜上的病毒顆粒組裝位點，在那裡病毒在出芽事件時進入細胞外環境。
第一個描述金屬奈米顆粒的抗病毒活性的人，事實上，他們發現銀奈米顆粒，與 HIV-1 發生尺寸依賴性相互作用。在他們的研究中，他們探索了奈米顆粒的物理化學特性，可能取決於奈米顆粒與封端劑分子的相互作用的可能性。出於這個原因，他們測試了具有三種不同表面化學物質的銀奈米粒子：泡沫碳、聚（N-乙烯基-2-吡咯烷酮）（PVP）和牛血清白蛋白（BSA）。
泡沫碳包覆的銀奈米粒子嵌入在泡沫碳基質中，以防止其合成過程中發生聚結。使用甘油作為還原劑和溶劑合，劑存在下溶解在液體多元醇中。BSA - 共軛銀奈米粒子在水溶液中進行合成。借助高角度環形暗場 (HAADF) 掃描透射電子顯微鏡技術，探測了銀奈米粒子與 HIV-1 的相互作用。
有可能獲得足夠的數據，來確定 HIV 顆粒和銀奈米顆粒之間的相互作用，顯然是由於銀奈米顆粒的大小，因為只有 1-10 nm 範圍內的奈米顆粒才能與病毒結合。特別是，奈米粒子不是隨機附著在病毒上的，而是所有三種奈米粒子，都與病毒包膜建立了規則的空間關係。
發現最可能的相互作用位點，是 gp120 糖蛋白旋鈕的含硫殘基，其數量有限，這也可能解釋了較大的奈米顆粒無法結合病毒的原因。銀奈米粒子在非細胞毒性濃度下，抑制實驗室適應的 HIV-1 菌株感染性的能力，透過體外測定確定，並報告了病毒感染性的劑量依賴性抑制。
特別是，BSA 和 PVP 包覆的奈米粒子，表現出略低的抑制效果，這可能是因為奈米粒子的表面直接與封端劑結合，並被封端劑包裹。相比之下，從碳基質中釋放的銀奈米顆粒，由於其基本上自由的表面積，而具有更大的抑製作用。然而，這些發現僅為他們提出的透過與 gp120 結合的相互作用模式，提供了間接證據，因此，一組不同的體外測定，被用來闡明銀奈米粒子對 HIV-1 的抗病毒作用模式。
一項基於熒光素酶的測定顯示，塗有 PVP 的銀奈米粒子是一種有效的殺病毒劑，可對抗無細胞病毒（包括實驗室毒株、臨床分離株、T 和 M 熱帶毒株，以及抗性毒株）和細胞相關病毒。感染性被抑制 50% (IC50) 的銀納米顆粒，濃度的範圍為 0.44 至 0.91 mg/mL。
觀察到的銀奈米顆粒的抗病毒作用是由於奈米顆粒，而不僅僅是由於溶液中存在的銀離子。事實上，銀鹽透過銀離子發揮抗菌作用，抑制 HIV-1 的治療指數，比銀奈米粒子低 12 倍。銀奈米顆粒透過在細胞融合試驗中，阻斷吸附和傳染性來抑制 HIV-1 感染週期的初始階段。
還在競爭性 gp120 捕獲 ELISA 中研究了銀奈米顆粒，對 gp120-CD4 相互作用的抑制活性，該 ELISA 與基於細胞的融合測定一起顯示，銀奈米顆粒透過阻止病毒進入，特別是 gp120 來抑制 HIV-1 感染-CD4 相互作用。此外，銀奈米顆粒抑制 HIV-1 生命週期的進入後階段，事實上，當細胞感染 HIV 後 12 小時添加金屬奈米顆粒時，抗病毒活性也得以保持。
由於銀離子可以與含有硫、氧或氮的電子供體基團形成複合物，這些電子供體基團通常以硫醇或磷酸鹽形式，存在於氨基酸和核酸上，它們可能透過阻斷除 gp120 以外的 HIV-1 蛋白，來抑制感染的進入後階段，或透過直接與 RNA 或 DNA 分子結合，來降低逆轉錄或原病毒轉錄率。
根據病毒感染性測定的判斷，銀奈米粒子被證明對無細胞和細胞相關的 HIV-1 具有殺病毒作用。將分離的病毒短時間，暴露於銀奈米粒子後，HIV 感染性被有效消除。這些特性使銀奈米粒子成為一種潛在的廣譜藥劑，不易誘發耐藥性，可用於預防各種循環的 HIV-1 毒株。
PVP 包覆的銀奈米粒子，是一種有趣的殺病毒候選藥物，已被進一步研究作為潛在的局部陰道殺菌劑，以防止 HIV-1 感染的傳播，使用模擬體內條件的體外人子宮頸組織器官培養物。
當以 0.15 mg/mL 的濃度配製成非殺精凝膠 (Replens) 時，PVP 包覆的銀奈米粒子對外植體沒有毒性，即使宮頸組織連續暴露於金屬 48 小時，但 1 分鐘使用 0.025 至 0.15 mg/mL 的 PVP 包覆的銀奈米粒子，對子宮頸外植體進行預處理，可防止細胞相關 HIV-1 和無細胞 HIV-1 分離株的傳播。當預處理持續 20 分鐘，然後大量清洗時，該藥物幾乎可以完全保護 HIV-1 傳播 48 小時，這表明 PVP 塗層的銀奈米粒子，在子宮頸外植體中具有持久的保護作用。
另一個小組還報導了使用 Hepes 緩衝液，製造的銀奈米顆粒的抗病毒活性。他們表示，銀奈米顆粒以劑量，依賴性方式對 Hut/CCR5 細胞顯示出，有效的細胞保護和感染後抗 HIV-1 活性（在 50 mM 時，可實現 98% 的減少）。當使用含有 NaBH4 作為還原劑的檸檬酸鹽溶液時，銀奈米顆粒報告了類似的抑制活性，而金奈米顆粒（10 nm，在 Hepes 緩衝液中製造）的活性較低。
2.2.皰疹病毒科
皰疹病毒家族由 100 多種雙鏈 DNA 病毒組成，分為 α、β 和 γ 亞群。已知只有八種皰疹病毒通常感染人類，其餘是感染多種動物物種的動物皰疹病毒。皰疹病毒家族的所有成員都會導致終生潛伏感染，並且在結構上，所有成員都具有線性、雙鏈 DNA 基因組，該基因組包裝在二十面體衣殼中，並被帶有嵌入蛋白質和糖蛋白的脂質包膜覆蓋。
由 HSV-1（原型 α-皰疹病毒）引起的症狀性疾病，通常僅限於口腔唇皰疹和眼角膜炎，但 HSV-1 能夠在免疫功能低下的個體中，引起危及生命的疾病，包括新生兒、艾滋病毒感染者或接受免疫抑制治療的患者。人與人之間的傳播需要身體接觸，並且在初次感染後，病毒仍潛伏在神經元中，這是 α-皰疹病毒的一個關鍵特徵。
HSV 進入宿主細胞標誌著，病毒發病機制的第一步，也可能是最關鍵的一步。病毒進入過程涉及五種病毒糖蛋白：gB、gC、gD、gH 和 gL。除了 gC 之外的所有內容都是入門必不可少的。最初的相互作用或與細胞的結合，是透過 gC 和/或 gB 與硫酸乙酰肝素 (HS) 的相互作用介導的。在沒有病毒 gC 或細胞表面 HS的情況下，HSV-1 感染的顯著減少，顯示 gC 與細胞表面硫酸乙酰肝素 (HS) 高親和力結合的關鍵作用。
結合後，HSV 進入是透過病毒包膜的脂質雙層，與宿主細胞膜的融合實現的。核心融合機制由 gB 和 gH/gL 組成，實際上，只有當三種蛋白質共同作用時，才能實現完全融合。糖蛋白 B 可能作為主要的融合素，但它似乎需要 gH中包含的幾個膜性序列的合作。
轉錄、病毒 DNA 的複制和子代衣殼的組裝，發生在宿主細胞核內，然後有一個複雜的機制將新組裝的病毒從細胞中排出 。
巴拉姆平託等。已經在兩部連續的工作中，描述了利用金屬奈米粒子抑制病毒的潛力。他們的策略被證明對 HSV-1 有效，但可能是有意為之，並且可能被證明對其他病毒有用，例如乳頭瘤病毒 (HPV) 和 HIV。事實上，他們的抗 HSV-1 藥物是基於它們模擬 HS，並可能競爭病毒與細胞的結合的原理。HIV 或 HPV 在感染期間，也使用 HS 作為對接位點，因此 Baram-Pinto 等人描述的的顆粒。可用作性傳播病毒感染的廣泛局部殺菌劑。
他們工作中另一個特別感興趣的點，是對載體核心材料重要性的分析，實際上他們設計了兩種不同的金屬顆粒，一種由銀製成，另一種由金製成，但都具有相同的巰基乙烷磺酸塗層(MES) 旨在模擬多磺化 HS，因此預計會產生高局部濃度的結合分子，以提高抑制效果。
使用野生型 HSV-1 McIntyre 菌株在抗病毒試驗中測試了銀 (Ag-MES) 和金 (Au-MES) MES 奈米顆粒。對於抑制實驗，Vero 細胞和/或病毒溶液在不同時間點，用 Ag-MES 和 Au-MES 奈米粒子處理，以分析可能被阻斷的病毒感染的不同階段。
綜上所述，他們的結果表明，磺酸鹽封端的銀和金奈米粒子，透過阻止病毒的附著，從而阻止病毒進入細胞和/或透過阻止病毒，在細胞間傳播來抑制 HSV-1 感染。
可溶性 MES 和未修飾的金屬奈米粒子，無法控制病毒感染性，這強調了錨定在奈米粒子核心上的空間定向官能團對病毒抑制的重要性。同時，Ag-MES 和 Au-MES 奈米顆粒，顯示的抗病毒活性，也表示使用替代載體核心材料的可能性。
雖然這些結果顯示，使用功能化奈米粒子，有效抑制病毒的想法具有多功能性，但它也表明，只要其他核心材料對宿主細胞無毒，它們也可能是有效的。
2.3.副粘病毒科
呼吸道合胞病毒 (RSV) 屬於副粘病毒科，感染肺和呼吸道的上皮細胞，引起嚴重的呼吸道疾病，尤其是兒童和老年人。沒有可用的疫苗或足夠的藥物化合物，這突顯了開發未來 RSV 治療的必要性。
RSV 基因組由負義 RNA 的單個 RNA 分子組成，其中編碼暴露在病毒包膜上的兩種表面糖蛋白。這些糖蛋白是作為受體結合蛋白的 (G) 蛋白，和負責細胞膜和病毒包膜之間融合的 (F) 蛋白。正如病毒本身的名稱一樣，感染細胞後，F 蛋白在細胞表面表達並融合相鄰細胞，導致合胞體形成，這是一種充分錶徵的細胞病變效應。
利用與各種蛋白質結合的銀奈米顆粒，來研究對 HEp-2 細胞培養物中 RSV 感染的抑制。在他們的研究中，用於銀奈米粒子的封端劑是：（1）聚（N-乙烯基-2-吡咯烷酮）（PVP）； (2)牛血清白蛋白(BSA)； (3) 來自 RSV (RF 412) 的重組 F 蛋白。
透射電子顯微鏡的初步分析，產生了關於銀奈米粒子，與 RSV 病毒粒子之間，相互作用的有趣結果。BSA 結合的銀奈米粒子似乎與 RSV 相互作用，但沒有特定的關聯或空間排列，而 RF 412 結合的銀奈米粒子似乎自由漂浮，沒有規律附著的證據。另一方面，PVP 塗層的銀奈米粒子，能夠以規則的空間排列結合到病毒表面，這表示可能與均勻分佈在，RSV 病毒體包膜上的 G 蛋白相互作用。對 PVP 奈米顆粒與 G 蛋白相互作用的假設解釋是，與其他（BSA 和 RF 412）塗層奈米顆粒（3-38 nm）相比，它們的小尺寸和均勻性（4-8 nm），可能有助於提高效率的綁定。
由於毒性是藥物化合物的一個緊迫問題，因此使用台盼藍排除試驗，確定了每種奈米顆粒綴合物的細胞毒性，並表明所有這些（BSA-、PVP- 和 RF 412 - 銀奈米顆粒）都顯示小於 20 % 細胞毒性，高達 100 μg/mL 的濃度。銀奈米粒子必須被視為具有潛在危害，尤其是在用於治療呼吸道疾病（如 RSV 感染）時。因此認為，由天然生物分子 (BSA) 和生物相容性化學物質 (PVP) 組成的飽和，表面覆蓋層能夠掩蓋純奈米銀表面，從而在不影響功效的情況下降低毒性。
然而，需要進一步的研究來驗證這些用於臨床環境的體外數據，並且研究奈米粒子在呼吸道沉積後的毒性作用和歸宿，對於未來抗 RSV 銀奈米粒子的開發，治療性化合物。是必不可少的。
HEp-2 細胞用與 BSA、PVP 和 RF 412，包被的銀奈米粒子混合的 RSV 感染，並透過顯微鏡檢查合胞體，形成和免疫熒光顯微鏡評估感染抑制。BSA 和 RF 412 塗層奈米顆粒，均未顯示出對 RSV 感染的任何顯著抑制，而 PVP 塗層銀奈米顆粒，對 RSV 感染的抑制率為 44%。這些結果使作者得出結論，當銀奈米粒子與 PVP 蛋白結合併與 RSV 混合時，它們會與病毒表面的 G 蛋白結合併干擾病毒與 HEp-2 細胞的結合，從而抑制病毒 感染。
2.4.嗜肝病毒科
乙型肝炎病毒 (HBV) 是一種部分雙鏈 DNA 病毒，帶有脂質包膜。 HBV 對肝細胞有很強的趨向性，一旦進入細胞，病毒顆粒就會遷移到病毒基因組完成的細胞核，形成共價閉合環狀DNA（cccDNA），作為病毒mRNA後續步驟的模板前基因組 RNA (pgRNA) 的轉錄和形成。pgRNA 透過產生新病毒基因組的病毒編碼逆轉錄酶形成保留轉錄的模板。核苷酸（阿德福韋）和核苷（拉米夫定、恩替卡韋和替比夫定）類似物抑製劑代表已獲批的對 HBV 具有直接抗病毒活性的藥物，主要針對病毒聚合酶逆轉錄酶。
儘管它們的有效性已被證明，但耐藥 HBV 菌株的產生速度很快，因此限制了這些抗病毒藥物的使用。單分散銀奈米顆粒抑制 HBV 複製的能力。在他們的研究中使用的奈米粒子，是從 HEPES 中的 AgNO3 製備的，測量的尺寸為 ~10 nm (Ag10Ns)、~50 nm (Ag50Ns) 和 ~800 nm (Ag800Ns)。
粒徑為 800 nm 的銀奈米顆粒毒性太大，無法作為抗病毒化合物進行評估，但 10 nm 和 50 nm 顆粒在能夠抑制 HBV 複製的濃度下，僅顯示出輕微的毒性。事實上，兩種尺寸的奈米顆粒，都顯示出有效的抗 HBV 活性。
Ag10Ns 在 5 μM 和 50 μM 的抑制率，分別達到 38% 和 80%，而 Ag50Ns 在 5 μM 和 50 μM 的濃度下活性略高，分別為 53% 和 92%。 銀奈米粒子的活性，也與 10 nm 金奈米粒子 (Au10Ns) ，和其他含有不同氧化態銀的銀化合物進行了比較，總體結果顯示，銀奈米粒子的抗 HBV 作用無疑要明顯得多。
總之，銀奈米顆粒能夠抑制 HBV RNA 和細胞外病毒粒子的產生，這可能是透過奈米顆粒與 HBV 雙鏈 DNA 之間的特異性相互作用和/或與病毒顆粒的直接結合。
2.5.正粘病毒科
流感病毒是一種高度傳染性的病原體，每年都會在人群中引起流行病，並且因其可能產生能夠從不同動物物種，傳播給人類，並引起大流行的新病毒而備受擔憂。最近的研究，其中功能化的金奈米粒子用於抑制流感病毒。
這是一種含有螺旋衣殼的正粘病毒，其基因組由八個 RNA 片段組成。衣殼被脂質包膜覆蓋，脂質包膜主要包含兩種病毒編碼的糖蛋白，即血凝素 (HA) 和神經氨酸酶 (NA)，在表面形成尖刺狀突起。病毒透過 HA 與宿主細胞表面糖蛋白，和脂質上存在的唾液酸 (SA) 殘基之間的相互作用，與細胞質膜結合。
緊隨其後的是受體介導的內吞作用機制，將包膜病毒顆粒帶入細胞質，但被除包膜外的第二個脂質雙層包圍，即內體。在晚期內體內部，環境酸化觸發 HA 的構象變化，從而啟動蛋白質 (HA) 介導的內體膜與病毒包膜融合的機制，最終核蛋白和基因組片段，釋放到細胞質中 。
用唾液酸 (SA) 封端的甘油樹突功能化金奈米粒子，目的是抑制流感病毒與質膜的結合。產生了不同尺寸的金奈米顆粒：一個是 2 nm，另一個是 14 nm。
他們發現 2 nm 對血凝作用沒有抑製作用，用於測試流感病毒與靶膜結合的能力。相反，14 nm 金奈米粒子在納摩爾範圍內的濃度下抑制血細胞凝集，表示活性明顯取決於粒子尺寸和相互作用的配體/受體分子的空間分佈。在流感病毒抑制測定中觀察到相同的趨勢，具有更顯著的活性，其中發現 14 nm 大小的唾液酸化顆粒對流感病毒抑制有效，而 2 nm 類似物沒有顯示出顯著影響。因此，他們證明了唾液酸功能化的金奈米粒子能夠有效抑制病毒感染。
2.6.痘病毒科
猴痘病毒 (MPV) 是一種類似於天花病毒的正痘病毒，是許多非人靈長類動物猴痘的病原體，但它也是一種人類病原體，其臨床表現與天花相似。MPV 被認為是對人類生命的一大威脅，因此正在開展研究，以開發針對這種病毒的藥物和治療劑。
不同尺寸的奈米粒子，是由等離子氣體合成產生的，並被 Rogers 等人使用。在 MPV 的斑塊減少試驗中。本工作中使用的銀奈米粒子為 25 (Ag-NP-25)、55 (Ag-NP-55) 和 80 (Ag-NP-80) nm，部分奈米粒子還包覆多醣，10 (Ag-PS) - 10)、25 (Ag-PS-25) 和 80 (Ag-PS-80) nm 奈米粒子。這些奈米顆粒的濃度範圍為 12.5 至 100 μg/mL，使用斑塊減少試驗評估 MPV 抑制功效。
主要結果表明，Ag-PS-25（多醣塗層，25 nm）和 Ag-NP-55（非塗層，55 nm）對 MPV 斑塊形成，具有顯著的劑量依賴性抑制，但其機制這種抑制的發生，尚未進一步研究。痘病毒透過胞吞作用或在質膜處直接融合進入細胞，至少有 9 或 10 種包膜蛋白參與進入機制，然後是一系列受調控的事件，允許病毒複製。病毒生命週期中的許多步驟仍然未知，這份關於銀奈米粒子活性的報告過於初步，無法對其作用機製做出令人滿意的解釋。
銀奈米粒子可能會透過物理阻塞，阻斷病毒與宿主細胞的結合，從而干預結合和滲透的早期步驟，或者，如果被內化，它們會破壞對病毒複製很重要的細胞內途徑。
AgNO3 作為 MPV 抑製劑具有活性，但在 100 μg/mL 的濃度下，其對 Vero 細胞的毒性作用阻礙了抗病毒活性的評估。有趣的是，研究中分析的一些奈米粒子，在使用的最高濃度下促進了 MPV 斑塊/孔的平均數量增加。
對這些對比結果的一個潛在解釋可能在於，奈米顆粒可能傾向於聚集，並因此在細胞上，形成可用於增加病毒顆粒，和細胞膜之間接觸的區域，從而增加內化和斑塊形成。然而，這些數據都是初步的，需要更深入的分析才能得出更有意義的結論。
2.7.沙粒病毒科
沙粒病毒科由 18 種不同的病毒組成，分為兩個抗原組，舊世界和新世界（Tacaribe 複合體）組。除 Tacaribe 病毒 (TCRV) 外，Tacaribe 複合體還包括病毒性出血，熱誘導病毒 Junin、Machupo、Guanarito 和 Sabia。考慮到透過呼吸道在人與人之間的高傳播性、缺乏診斷測試，以及僅限於利巴韋林的治療選擇（療效不理想且容易出現或耐藥株），沙粒病毒被列入 A 類清單潛在的生物武器。
TCRV 不是人類病原體，但與 Junin 和 Guanarito 病毒具有密切的抗原關係 [76]，因此可以很好地作為沙粒病毒衍生疾病的模型病毒，沒有人類致病潛力，實驗室操作具有足夠的安全性。
最近分析了兩種類型的銀奈米粒子對 TCRV 的活性：未塗層的 (Ag-NP) 和多醣塗層的銀奈米粒子 (PS-Ag)。
他們發現當 TCRV 用 50 μg/mL、25 μg/mL 甚至 10 μg/mL 的 10 nm Ag-NPs 處理時，子代病毒滴度顯著降低，或者沒有產生可檢測的子代病毒。PS-Ag 顆粒顯示出類似的趨勢，但沒有那麼有效，但毒性有所降低。因此，多醣塗層確實可以保護細胞，免受 Ag-NPs 的毒性作用，但它似乎也干擾了 Ag-NP 與 TCRV 的相互作用。
銀奈米顆粒似乎在細胞暴露之前，與 TCRV 相互作用，導致 10 和 25 nm 銀奈米顆粒的病毒感染性降低，因此，作者建議銀奈米顆粒可能與病毒編碼的膜糖蛋白結合。事實上，TCRV 糖蛋白富含半胱氨酸殘基，並且銀奈米粒子已被證明，很容易與硫醇基團結合，硫醇基團存在於半胱氨酸殘基中。
這種相互作用可以透過干擾細胞受體結合，來阻止病毒顆粒的內化，或者可能有利於銀奈米顆粒與病毒一起內化，並對病毒複製產生抑製作用，干擾 TCRV RNA 依賴的 RNA 聚合酶（L蛋白質）。其他可能的作用機制，可能與這樣一個事實有關，即與病毒糖蛋白結合的銀奈米顆粒，可能會阻止病毒在核內體中脫殼。
最後，證明用銀奈米粒子預處理細胞，對病毒複製沒有影響，因此他們得出結論，Ag-NPs 可以在進入細胞之前滅活病毒。
2.8.水處理病毒滅活
從水（和一般環境）中去除病毒，對於我們現代社會的健康安全維護非常重要，現代社會嚴重依賴於飲用水，和休閒活動的水安全。腺病毒、諾如病毒、輪狀病毒和甲型肝炎等病原體，病毒普遍存在於地表水和地下水源中，必須有效滅活以提供安全用水。
二氧化鈦作為一種用於水處理的光催化劑，具有耐腐蝕、攝入無毒等特點，備受關注。TiO2 的抗菌特性已被充分證明 並且歸因於 ROS 的產生，尤其是羥基自由基和過氧化氫。雖然很少有研究調查 TiO2 的抗病毒特性，但已經證明了其滅活病毒的潛力。
然而，在大多數這些研究中，獲得的滅活率極低。例如， 證明使用懸浮在 1 g/L 的 P25 TiO2 輻照 2 小時後，噬菌體 MS2 僅少量去除。為了提供有效的飲用水消毒，需要極大地改進滅活動力學。
假設當銀摻雜的二氧化鈦，用於在紫外線輻射下滅活微生物時，銀和 TiO2 之間可能發生協同機制，因此他們證明銀摻雜的 TiO2，主要透過增加羥基自由基的產生，來大大增強病毒的光催化滅活。除了略微增加病毒吸附。
銀摻雜顯著增強了 P25 TiO2 對 MS2 的滅活，並且滅活率隨著銀含量的增加而增加。使用銀摻雜的 TiO2 奈米粒子，可以在 45 秒內大量去除 MS2，這使得使用利用金屬奈米粒子的光反應器從飲用水中去除病毒的目標變得可行。
3. 毒性
儘管用於藥物輸送、醫學成像、診斷、治療和工程技術的金屬基納米粒子領域不斷發展，但嚴重缺乏關於金屬奈米粒子，對人類健康和環境影響的資訊，可能是由於其固有的奈米粒子的複雜性質導致對其安全性的不同態度。
因此，使用金屬奈米粒子的一個重要問題，是它們的潛在毒性。為了使金屬奈米粒子作為抗病毒藥物有效，必須更好地了解它們在生命系統中的生物分佈/累積。
金屬奈米粒子的主要特徵是它們的大小，介於單個原子或分子與相應的大塊材料之間。粒徑和表面積，可以改變金屬材料的理化性質，但也會影響奈米粒子與自身，或細胞環境的反應性，導致細胞攝取和進一步加工的不同模式，從而對活細胞產生不利的生物學效應用，更大的形式使用相同的材料是不可能的。
事實上，隨著顆粒尺寸的減小，一些金屬奈米顆粒表現出更高的毒性，即使相同的材料在其本體形式（例如，Ag、Au 和 Cu）中相對惰性。
除了尺寸之外，金屬奈米粒子的生物學後果，還取決於化學成分、表面結構、溶解性、形狀和聚集。所有這些參數都可以改變細胞攝取、蛋白質結合、向靶位點的易位，以及大多數可能導致組織損傷的生物相互作用。
因此，在安全性方面，銀奈米粒子的效果是一個主要考慮因素：即使它們抑制病毒感染，如果對人類或動物產生不利影響，也無濟於事。減少可能的毒性的常用策略是使用各種封端劑來防止金屬與細胞直接接觸。
人類接觸用作治療化合物的金屬奈米粒子的潛在途徑，包括胃腸道、皮膚、肺和全身給藥。從潛在的抗病毒治療的角度，考慮使用金屬奈米顆粒，可以直接獲得最安全和最簡單的結果，即局部使用奈米顆粒，作為直接滅活病毒顆粒和/或抑制早期步驟的殺微生物劑。
病毒生命週期、依附和進入。因此，皮膚途徑似乎是主要關注的問題之一。使用防曬乳液（例如 TiO2 和 ZnO 奈米顆粒）時，皮膚經常會接觸到金屬奈米顆粒。在健康的皮膚中，表皮提供出色的保護，防止顆粒擴散到真皮。
然而，在受損皮膚存在微米級顆粒時，可以進入真皮和區域淋巴結。另一個問題應該是由於鼻粘膜靠近嗅球，奈米顆粒可能透過嗅覺神經轉移到大腦。
此類組織中的奈米顆粒是否具有任何病理或臨床意義尚不確定，因此，需要更多數據來正確解決使用金屬奈米顆粒作為藥物的安全問題。
多項研究已經證明了，金屬奈米粒子的細胞毒作用 ，事實上，基於線粒體功能、乳酸脫氫酶膜滲漏和異常細胞的評估，發現銀奈米粒子對哺乳動物細胞，具有高度的細胞毒性。細胞形態在細胞水準上，金屬奈米粒子與哺乳動物細胞內的生物分子相互作用，並會干擾抗氧化防禦機制，導致產生活性氧 (ROS)。此類物質過量會透過脂質、蛋白質和 DNA 的氧化對生物成分造成損害。氧化應激可能透過上調氧化還原敏感轉錄因子（例如 NF-κB）、激活蛋白 1 和參與炎症的激酶，在誘導或增強炎症中發揮作用。
暴露於銀奈米粒子的細胞產生活性氧 ，已在人肺成纖維細胞和人膠質母細胞瘤細胞中得到證實，因此已觀察到 DNA 損傷和細胞週期異常。動物研究已經證明銀奈米粒子在各種器官（肺、腎、腦、肝和睾丸）中累積。
大多數體外研究顯示劑量依賴性，事實上，更高劑量的銀誘導更強的細胞毒性。然而，應考慮到奈米顆粒的體外濃度，通常比體內實驗中使用的濃度高得多，因此這種暴露並不代表體內暴露預期條件的複製品。最近的一項研究顯現，暴露於銀奈米顆粒的小鼠，在亞急性暴露後表現出最小的肺部炎症或細胞毒性，但沒有研究長期暴露於奈米銀更高肺負荷的情況，因此可能會強調最終的慢性影響。
本綜述僅簡要描述了，使用金屬奈米粒子所產生的毒性。最近發表的評論 中，提供了對該主題的更詳細報導。儘管在闡明銀奈米材料毒性機制方面，取得了重大進展，但仍缺乏關於對人類健康的直接影響，或長期影響的公認共識。需要進一步研究以提供必要的保證，以允許安全利用銀奈米粒子的有趣體外抗病毒特性，並將其轉移到臨床環境中。
4. 金屬奈米粒子的生產：
奈米粒子是金屬原子的奈米級簇，專為某些實際目的而設計，最典型的是抗菌和無菌應用。不同的濕化學方法，已用於合成金屬奈米顆粒分散體。
生產貴金屬奈米顆粒的早期方法今天仍在使用，並且繼續成為比較其他合成方法的標準。
最常見的方法包括使用過量的還原劑，例如檸檬酸鈉或 NaBH4 。透過在無水乙醇中還原金屬鹽，獲得了 Ag、Au、Pd 和 Cu 奈米顆粒。從空氣飽和的聚乙二醇 (PEG) 水溶液中，生產出 Au、Ag 和 Pd 金屬膠體。還原方法也可用於生產 Pt、Pd、Cu、Mi 等，但具體方案取決於源離子的還原電位。
Cu 和 Ni 不是很穩定，因為金屬顆粒很容易被氧化，需要強的封端配體來防止氧化。
最初，各種配合物與金屬離子的還原導致原子的形成，然後聚集成低聚簇。受控合成通常基於兩步還原過程：第一步使用強還原劑產生小顆粒；在第二步中，這些小顆粒透過用較弱的還原劑，進一步還原而增大。強還原劑導緻小的單分散顆粒，而較大尺寸顆粒的產生可能難以控制。
較弱的還原劑產生較慢的還原反應，但獲得的奈米顆粒在尺寸上往往更分散。不同的研究報告了在二次步驟中粒子從大約 20-45 nm，擴大到 120-170 nm 。
另一種生產不同金屬奈米粒子（Au、Ag、Pt、Pd）的通用方法，使用常用的醣類，例如葡萄糖、果糖和蔗糖作為還原劑 。這種方法有幾個重要的特點：（1）醣類（葡萄糖、果糖和蔗糖）容易獲得併用作還原劑； (2) 在開發時不需要其他穩定劑或封端劑來穩定奈米顆粒； (3) 糖非常便宜且生物友好 (4) 納米顆粒，可以在乾燥器中安全保存數月，並在需要時重新分散在水溶液中，而不是保存在水溶液中。
一系列其他物理和化學方法已被用於生產奈米材料。為了合成特定形狀和尺寸的貴金屬奈米粒子，已經制定了特定的方法，例如紫外線照射、氣溶膠技術、光刻、激光燒蝕、超音波場和光化學還原技術，儘管它們仍然很昂貴並且涉及使用危險化學品.因此，人們越來越關注開發環境友好和可持續的方法。
已經報導了透過細菌、放線菌、真菌、酵母和病毒生物，合成金、銀、金銀合金、硒、碲、鉑、鈀、二氧化矽、二氧化鈦、氧化鋯、量子點、磁鐵礦和鈾礦奈米顆粒。然而，儘管具有穩定性，生物奈米粒子不是單分散的，合成速度也很慢。
為了克服這些問題，必須優化微生物培養方法和提取技術等幾個因素，並且可以透過改變 pH、溫度和營養培養基組成，來控制形狀、大小和性質等因素。由於微生物具有豐富的生物多樣性，它們作為納米顆粒合成生物材料的潛力，尚未得到充分探索。
金屬奈米粒子的製備主要包括三個步驟，包括（1）溶劑介質的選擇； (2)選用對環境無害的還原劑； (3) 選擇無毒物質以保證奈米顆粒的穩定性。
生物礦化也是一項有吸引力的技術，是奈米顆粒合成的最佳自然友好方法。在生成銀奈米晶體的仿生方法之一中，已使用細菌和單細胞生物進行銀離子的還原。還原是透過酶介導的，並且已經發現生物體中酶的存在是合成的原因。
因此，在尋找一種可以提供更安全、更容易合成金屬奈米粒子的方法時，似乎使用不同細菌和真菌培養物的過濾上，清液進行生物合成正在產生相當大的影響，其中金屬離子的還原，透過釋放還原酶進入溶液。
5. 結論
在開發用於治療病毒性疾病的藥物的征程中，耐藥病毒株的出現，和與長期使用相關的不良副作用，是難以規避的巨大障礙。因此，多學科研究工作與經典流行病學，和臨床方法相結合，對於透過替代策略開發改進的抗病毒藥物非常重要。奈米技術的出現為重新探索，已知抗菌化合物（如金屬）的生物特性提供了機會，透過操縱它們的尺寸。金屬奈米粒子，尤其是用銀或金製成的奈米粒子，已被證明對廣譜病毒具有殺病毒活性，並且肯定會降低培養細胞的病毒感染性。
在大多數情況下，可以證明或假設奈米顆粒和病毒表面蛋白之間的直接相互作用。要解決的有趣問題，是了解相互作用的確切位置，以及如何修改奈米顆粒表面特性，以實現更廣泛和更有效的用途。除了與病毒表面糖蛋白的直接相互作用外，金屬奈米顆粒，還可以通過與病毒基因組（DNA 或 RNA）的相互作用，進入細胞並發揮其抗病毒活性。
此外，受感染細胞的細胞內區室被病毒編碼，和宿主細胞因子過度擁擠，這些因子是允許病毒複製，和正確產生子代病毒粒子所需的。金屬奈米粒子與這些因素的相互作用，是有效病毒複製的關鍵，也可能代表了進一步的作用機制（圖 2）。
大多數已發表的文獻都描述了銀或金奈米粒子，對帶有 DNA 或 RNA 基因組的包膜病毒的抗病毒活性。考慮到對所分析的納米粒子功效的主要論據之一是，它們憑藉其形狀和大小，可以與具有明確定義的空間排列的病毒粒子相互作用，金屬奈米粒子對裸病毒具有活性的可能性，似乎很有吸引力。此外，已經證明銀和金奈米顆粒都可以用作核心材料。然而，目前還沒有關於其他金屬使用的報告，但未來會有許多驚喜，特別是考慮到可以研究的封端分子實際上是無限的。
儘管如此，對於用於治療或預防治療方案的金屬奈米粒子，了解與暴露於這些化合物相關的體內毒性，和長期後遺症的可能性非常重要。需要進一步研究以確定如何安全地設計、使用和處置含有金屬奈米材料的產品，而不會對人類或環境造成新的風險。
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