Potentialul ozonului de a lupta cu pandemia SARS-COV 2 - informatii si studii necesare

Revista “ Environmental Science and Pollution Research” (2021) 28:16517–16531

Autori: Angeles Blanco, Francisco de Borja Ojembarrena, Bernardino  Clavo , Carlos Negro

Publicat online: 2 January 2021

Rezumat

Cea mai mare provocare cu care se confruntă lumea astăzi este de a câștiga lupta împotriva COVID-19 cât mai curând posibil. Până când un vaccin este disponibil, protecția personală, distanțarea socială și dezinfectarea sunt principalele instrumente împotriva sRASS-CoV- 2. Deși este destul de infecțios, virusul SRASS-CoV-2 în sine este un virus învăluit, care este relativ fragil, deoarece stratul său de grăsime de protecție este sensibil la căldură, radiații ultraviolete și anumite substanțe chimice. Cu toate acestea, tratamentele termice și lichide pot deteriora unele materiale, iar lumina ultravioletă nu este eficientă în zonele umbrite, astfel încât sunt necesare alte alternative de dezinfectare pentru a permite reutilizarea în condiții de siguranță a materialelor și spațiilor. Astfel, se acumulează dovezi pentru utilizarea gazului de ozon ca dezinfectant pentru materialele sanitare și dezinfectarea mediului în zonele interioare. Această lucrare analizează cele mai relevante rezultate ale dezinfectării virusului prin aplicarea ozonului gazos. Revizuirea se referă la tratamentele de dezinfectare atât a aerului, cât și a suprafețelor efectuate în volume diferite, care variază de la cutii mici și camere controlate la camere mai mari, ca bază pentru dezvoltarea unor protocoale de ozon viitoare împotriva COVID-19. Documentele publicate au fost analizate critic pentru a evalua tendințele dozelor de ozon necesare, în funcție de umiditatea relativă (RH), timpul de contact și tulpinile virale. Datele au fost clasificate in functie de obiectivul dezinfectiei si de volumul si tipul sistemului experimental. Pe baza acestor date, se estimează doze și timpi conservatori pentru a inactiva saraS- CoV- 2. În camerele mici, 10–20 mg ozon/m3 peste 10 până la 50 min pot fi suficiente pentru a reduce în mod semnificativ încărcătura virusului echipamentelor de protecție personală. În camere mari, 30 până la 50 mg ozon/m3 ar fi necesar pentru tratamente de 20–30 min

Analiza datelor și discuții

Numeroase studii au demonstrat că ozonul poate reduce nivelul bacteriilor (Ishizaki și colab. 1986; Kowalski et al. 2003; Sharma și Hudson 2008; Zoutman et al. 2011), a sporilor (Thill și Spaltenstein 2019) și a virusurilor (Kekez și Sattar 1997; Tseng și li 2008; Tanaka et al. 2009; Hudson et al. 2009). Ca gaz, acesta poate pătrunde în toate zonele dintr-o cameră, inclusiv fisuri, corpuri de iluminat, țesături, și sub suprafețele de mobilier, mult mai eficient decât spray-uri lichide, aero- sols, sau lumina ultravioleta. Cu toate acestea, ozonul trebuie să fie bine distribuit în zone mari pentru a minimiza regiunile stagnante cu concentrații mai mici de ozon, și fan circulație poate fi necesar (Ito 2007). Ozonul a fost deja folosit cu sistemul de conditionare a aerului pentru a steriliza camerele bio-curate utilizate pentru producerea compușilor sterili (≥ 400 mg/m3; 80% RH; 2 h) folosind guri de aerisire și porturi de aspirație pentru a asigura un flux de aer uniform prin întreaga cameră în timpul sterilizării (Iwamura et al.2012). Pe lângă activitatea sa antimicrobiană printr-o acțiune directă, ozonul este recunoscut și pentru alte efecte indirect mediate asupra sistemelor biologice, cum ar fi modularea antihipoxică, analgezică, l-mune etc. Aceste mecanisme de acțiune au incurajat utilizarea sa în diferite domenii de medicină (Seidler et a 2008; dispus 2015), iar terapia cu ozon este studiată împotriva furtunii de citokină indusă de saS-CoV- 2, dar acest lucru nu se încadrează în domeniul de aplicare al acestui studiu.

Ozonul acționează asupra unei game largi de ținte în viruși, inclusiv capsida virală, atașamentul viral specific epitopi în gazde de celule noi și ARN-ul viral (Torrey et al. 2019).. Cu toate acestea, s-a acordat puțină atenție pentru a elucida mecanismul inactivării virusului prin ozon, iar puținele studii publicate se concentrează pe utilizarea soluției apoase de ozon. Katzenelson et al. (1978) a raportat o curbă de inactivare a ozonului în două etape de poliovirus de tip 1 atunci când a fost tratat cu apă ozonizată. Ei au demonstrat o re-acțiune doză-răspuns care se situează între ozon și capacitatea de inactivare. La o doză de 1.24 mg/l, în prima etapă rapidă, 99% dintre viruși au fost dezactivați în câteva secunde, în timp ce restul virușii au fost uciși în a doua etapă, care continuă timp de câteva minute. În 1981, Roy et al. A asociat acest rezultat cu o schimbare în structura polipeptidică a stratului de proteine, deși nu a provocat dezintegrarea particulelor virale. Atașamentul redus nu a putut lua în considerare gradul ridicat de inactivare la nivelul fiecărei centage obținute pentru o concenttra reziduală scăzută a ozonului (0.3 mg/l cu un timp de contact de până la 2 min). Prin urmare, cauza majoră a inactivării a fost atribuită în acest caz deteriorării ARN, unde răspândirea ozonului prin stratul proteic este pasul limită pentru tratamentele cu apă ozonizată. Ozonul din apă poate acționa direct și prin intermediul radicalilor, în timp ce gazul de ozon acționează doar direct, astfel încât cinetica va fi diferită. Mecanismele de inactivare a virusului prin gazul de ozon nu sunt disponibile, dar ar fi utile în dezvoltarea proceselor de dezinfectare a ozonului.

Deși există un potențial semnificativ al ozonului in lupta împotriva SARS CoV- 2, acesta este un compus toxic, iar riscurile și consecintele expunerii oamenilor la gazul de ozon au dus la restrangeri în utilizarea sa. Eficiența ozonului depinde de doza totală, concentrația, timpul de tratament, tipul de virus și condițiile de mediu (temperatură și RH) (Dennis et al. 2020). Este important de remarcat faptul că concentratiile necesare pentru dezinfectare sunt mai mari decât limitele de expunere definite pentru reglementările de securitate și sănătate în muncă (OSHA 2020). În general, limitele pentru lucrători sunt < 0.1 ppm sau 0.2 mg/m3 ca medie la 8 h; < 0.3 ppm dacă timpul de expunere este de numai 15 min; și dacă concentratie este > 0.3 ppm, este necesar un EIP. În practică, acest lucru este prevenit prin asigurarea că zona care urmează să fie tratate este închisa pentru oameni și sigilata. După tratament, care include un timp de degradare care variază în funcție de doza totală și starea mediului, zona ar trebui să fie bine ventilată. O îmbunătățire a acestui tratament ar putea fi obținută prin combinarea ozonului cu iradierea UV, ceea ce ar putea duce la necesitatea unor doze și timpi mai mici. Pe de altă parte, eliminarea mai rapidă a ozonului rezidual poate fi realizată prin utilizarea adsorbanților și/sau a catalizatorilor și a convertoarelor termice.

Conform datelor de la Yao et al. (2020), expunerea la aproximativ 0.075 mg/m3 (0,038 ppm) în prezența oamenilor ar putea fi utilă pentru a atenua parțial transmisiunea COVID-19 în timpul acestei crize. Acest nivel este sub limitele pentru tratamentele cu ozon în aer în prezența oamenilor. UNE 400-201-94 în Spania stabilește că nivelul maxim pentru acest caz este 0.1 mg/m3 (0.05 ppm).
În ultimele decenii, a fost studiat tratamentul mai multor viruși, reprezentând familii diferite și caracteristici structurale. Datele sunt disponibile pentru virusurile ADN și ARN cu și cu membrane. Documentele arată că toate virusurile studiate erau sensibile la ozon și, în majoritatea cazurilor, aveau cinetică de inactivare similară pe diferite suprafețe dure (plastic, sticlă și oțel inoxidabil) care conțin filme uscate sau umede ale virusului (Murray et al. 2008).

Capacitatea ozonului de a coroda anumite materiale după o expunere prelungită nu a fost observată în puținele date disponibile privind dezinfectarea EIP. Lee et al. (2020) a demonstrat rezistența măștilor de praf, cum ar fi N95, la ozon la concentrații de 120 ppm până la 5 min. Aceste măști de față sunt compuse din polimeri de înaltă performanță  si compusi cum ar fi fibra de polipropilenă nețesute, care permit utilizarea sa în atmosfere oxidante. Manning et al. (2020) a demonstrat că expunerea respiratoarelor N95, tipurile 1860, 1870 și 8000, ozonul la 400 ppm pentru 2 h și 10 cicluri nu a prezentat schimbări semnificative în eficiența filtrării și nici în integritate și a fost sigur pentru reutilizarea PPR. Cu toate acestea, ozonul gazos este un agent extrem de oxidant, iar efectele severe pot fi observate atunci când ozonul este aplicat dispozitivelor din cauciuc natural sau compozite derivate (Lewis 2016). Materialele compozite din acest polimer natural pot fi găsite în produse ușoare, flexibile și rezistente, cum ar fi hainele neinflamabile de înaltă performanță (curele, cizme), mănuși sau unele saltele.

Deoarece protocoalele experimentale sunt foarte diverse, datele antivirale ale ozonului au fost grupate și analizate în două grupe principale: Dezinfectarea mediului interior (cu scopul de a trata aerul ambiant) și dezinfectarea suprafeței. În ambele cazuri, datele sunt separate pe baza volumelor experimentale tratate.

Dezinfectarea virală a mediului

Metodologia experimentală a tratamentului cu ozon în aer interior este comună, iar majoritatea autorilor folosesc procese similare, indiferent de volumul tratat. Primul pas este suspendarea virusurilor țintă în apă. După aceea, suspensiile virale sunt aerosolizate în camerele controlate prin utilizarea diferitelor dispozitive, inclusiv a nebulizoarelor cu trei jet de coliziune (Tseng și li 2006), nebulalizatoare cu șase jet de coliziune (Dubuis et al. 2020), și foggers electrice la cald (Pekovic și Kacimi 2015). Procesul de ozonificare are loc imediat după pulverizarea aerosolilor în mediul interior. Când testul se efectuează în camere mici, ozonul este dozat prin injectare directă dintr-un tub mic din cauza ușurinței de difuzie peste tot volumul tratat (Tseng și li 2006; Dubuis et al. 2020). Dacă volumul ozonat este o cameră mare, generatorul de ozon este plasat în centrul camerei pentru a permite accesul la întregul volum de aer, și este dispersat de utilizarea de fani (Pekovic și Kacimi 2015; Hudson et al. 2009). Pentru a confirma efectul dezinfectării ozonului, un experiment de control este întotdeauna efectuat prin adăugarea de suspensii virale aerosoli în aer fără tratament cu ozon. Procesul de prelevare a probelor necesită utilizarea de dispozitive de cuplare sau de cuplare care colectează microparticule de aerosoli (în jur de 1–1.2 μm de dimensiune a particulelor) care obțin probe de volum de aer controlat înainte și după tratament (Tseng și li 2006, Dubuis et al. 2020).

Dezinfectarea suprafeței virusului

Configurarea experimentală și metodologia utilizată pentru dezinfectarea feței pot fi împărțite în diferite strategii. Dimensiunea redusă a picăturilor și particulelor mărește zona de contact dintre ozon și suspensia virală de pe suprafata (Pekovic și Kacimi 2015). Altă opțiune este de a utiliza benzi sterile de prepare din diferite materiale (oțel, sticlă, plas - TIC) cu folii virale suspensii răspândite pe suprafața. Aceste benzi trebuie manipulate în dulapuri sterile pentru a evita contaminarea. După uscare, acestea pot fi transportate în recipiente sterile în camera de testare, unde sunt plasate în locuri selectate din cameră (pereți, paturi, uși) pentru a efectua tratamentul de dezinfectie. În acest caz, sunt necesare două experimente de control: unul care include câteva benzi care rămân la cabinetul de siguranță pe parcursul întregului experiment și altul care constă din unele benzi conținute în cutii sterile sigilate, care sunt plasate în camera de testare, dar nu sunt expuse la tratament cu ozon (Hudson et al. 2009).

În cazul tratamentului cu ozon al cornizatorilor cu volum mic, există unele asemănări în metodologia utilizată în diferite studii (Predmore et al. 2015; Brié et al. 2018; Tanaka et al. 2009; Lin et al. 2007; Cannon et al. 2012; Maier și Chu 2016; Zhou et al. 2018). Suprafețele analizate variază de la materiale inerte, cum ar fi plasticul (Tanaka et al. 2009) sau oțel inoxidabil (Maier și Chu 2016) cu suprafețe microbiologic active, cum ar fi legumele și fructele (Predmore et al. 2015; Brié et al. 2018; Zhou et al.2018) sau feluri de mâncare de cultură (Lin et al. 2007). Etapele obisnuite în tratamentul cu ozon sunt următoarele: În primul rând, sunt necesare recuperarea tulpinilor virale liofilizate și pregătirea suspensiei virale. Apoi, virușii sunt aplicați pentru a infecta tulpini bacteriene bine-cunoscute, de obicei ghidate și selectate printr-o metodă standard. Odată ce bacteriile au fost inoculate, în toate cazurile, metodologia de dispersie a fost spotting sau adăugarea de drop până la acoperirea întregii extinderi a zonei ozonizate. În unele cazuri, se menționează și etapa de uscare a suprafeței înainte de ozonizare (Tanaka et al. 2009; Zhou et al. 2018). Odată terminate, virușii sunt recuperați printr-un tratament specific, care depinde de suprafață și variază de la apa sterilizată (Tanaka et al. 2009) la diferite extractii, cum ar fi solutia tampon de fosfat (PBS) (Predmore et al. 2015; Lin et al. 2007), tampon vegetal (Zhou et al. 2018), sau tampon TGBE (Brié et al. 2018). Cuantificarea virală este performată prin metoda standard de analiză a plăcii bacteriene (Zhou et al. 2018) sau titrarea virala, ceea ce inseamna o analiza cantitativa a infectiozitatii virusului recuperata in celulele monocapa ale unor tulpini bacteriene selectate (Predmore et al. 2015; Lin et al. 2007; Brié et al. 2018; Tanaka et al. 2009). Alte metode tipice de cuantificare menționate de unii cercetători în- clude inversa transcripție polimerază reacție în lanț (RT- PCR), analiza proteinelor virale, extracție de virus (Brié et al.2018; Predmore et al. 2015), și citokine de măsurare (LIN et al. 2007) metode de cuantificare.

Există un număr mare de factori care influențează dezinfectarea suprafeței, inclusiv tipul de material. În general, inactivarea virală ridicată este obținută atunci când se aplică tratamente de dezinfectare a materialelor inerte (oțel, sticlă, plas- TIC, pereți) realizând mai mult de 3 de reduceri ale log-urilor (99.9%) în aproape toate studiile raportate. Pe de altă parte, materialele biologice active, cum ar fi legumele sau lemnul, prezintă rate de supraviețuire mai mari ale virusului (90–99% din reducerea virală). Acest lucru se poate datora prezenței antioxidanților biologici.
Este demn de remarcat faptul că doar un număr mic de studii raportează condițiile Rh. În timp ce este unul dintre cei mai impori- parametri de impact atunci când dezinfectați virușii propagați în aer, Rh nu este de obicei afișat sau măsurat atunci când dezinfectați suprafețele.

Studii recente de la Blanchard et al. (2020) Confirmați influența Rh asupra eficienței dezinfectării virusului cu ozon. Atunci când se utilizează 40 mg/m3 de ozon, RH mai mare decât 50% este necesar pentru a ajunge la o reducere semnificativă a virusului gripal A (99.99%) în măștile pentru față, iar 80% din Rh este necesar pentru a obține același randament în N95 și Tyvek. Aceste procese de dezinfecție au fost efectuate dur- ing 90 min, în cazul Tyvek și măști de față, și 18 min în cazul N95, ceea ce înseamnă un CT total de 3.600 mg/m3 min pentru măști de față (RH = 62%) și Tyvek (RH = 80%) materiale și un CT de 720 mg/m3 min pentru măștile N95. În comparație cu rezultatele lui Tanaka et al. (2009) în condiții Rh similare (60%), valoarea CT este de trei ori mai mare pentru a atinge valori de reducere similare. Motivul principal este că Blanchard et al. (2020) nu a studiat valori mai scurte de 90 min la 62% RH, dar potrivit Tanaka, acest timp poate fi mai scurt. Recent, Clavo et al. (2020) într-un studiu axat pe îndepărtarea totală a SRASS-COV-2 au demis faptul că efectul ozonului depinde în mare măsură de Rh. Sub 99% RH o doză de 8-13 mg/m3 în timpul 30 min îndepărtați complet virusul de pe mostrele de halat și amplificarea genică redusă în măștile pentru față. Cu toate acestea, la 66% RH, amplificarea genei virusului a fost încă detectată după o expunere la 6-24 mg/m3 timp de 50 min, deși a fost o scădere importantă a amplificării genei.

Cele mai multe experimente sunt efectuate folosind concentratii mai aproape de cele utilizate atunci când dezinfectarea aerului este, de asemenea, de dorit.  Timpul necesar este mai mic decât în restul studiilor, dar concentrația este de zece ori mai mare. O abordare conservatoare ar putea fi aplicarea a 20 până la 50 mg / m3 (10–25 ppm) de ozon în 30 până la 20 de minute pentru a atinge o reducere mare a virusului pe suprafețe în scurt timp. Astfel, se pare că este necesar un TC de 400–1500 mg/m3 min, care este mai mic decât 2400 mg/m3 min determinat de Tanaka et al. (2009) pentru o reducere de 99.9 a virusului gripal. Concentrațiile scăzute pentru o perioadă mai lungă de timp ar putea fi aplicate atunci când timpul nu este un factor de limitare, ca în cazul tratamentelor de ozonizare pe timp de noapte în instituții publice, cum ar fi centrele de sănătate, grădinițele comune, școlile, iar acest lucru a fost deja sugerat de Tanaka și colab. (2009).

Concluzii

Proprietățile antivirale și antimicrobiene ale ozonului sunt bine documentate, iar potențialul de gaz de ozon împotriva COVID-19, de decontaminare a camerelor și a materialelor este ridicat. Este important de remarcat faptul că tratamentele în condiții de siguranță trebuie să fie efectuate în urma unor protocoale adecvate de către persoane instruite.

Stadiul actual al tehnologiei în tratarea altor virusuri sugerează că dozele conservatoare de 10–20 mg/m3 (5–10 ppm) de ori variind între 10 și 50 de minute ar fi suficientă pentru didesarea EIP și a materialelor în camere mici. Acesta corespunde la un TC de 100 până la 1000 mg / m3 min în funcție de reducerea virală dorită. Timpii lungi de contact (30–50 min) sunt necesari atunci când este necesară > 99.99% din reducerea virusului (TC = 900 mg/m3 min), dar dozele mai mici sunt suficiente pentru o reducere semnificativă a încărcăturii virale (TC = 200 mg/m3 min). În camere mari, ar fi necesară o cantitate de ozon de 30 până la 50 mg/m3 30-20 min. Doze mai mari pot fi folosite pentru tratamente rapide. Dacă timpul nu este critic, doze mai mici de 5–10 mg/m3 și de mult timp până la 4 h ar putea fi utilizate pentru a ajunge la 1000 mg/m3 min. În toate cazurile, eficacitatea antivirală maximă este obținută la umiditate ridicată (> 90%). În diferite zone, dozele optime vor fi foarte diferite, iar la Rh scăzut, de până la 5 ori mai mare TC poate fi necesar pentru unele aplicații.

Ar putea fi util pentru a atenua parțial transmisiunea COVID-19 în timpul acestei crize.
Aceste date vor ajuta cercetătorii să își definească propriile variabile de experiment și, astfel, va reduce timpul lor de cercetare, și acestea vor ghida companiile în dezvoltarea protocoalelor de dezinfectare.

Dezinfectarea cu ozon gazos nu este recomandată în mod oficial, deoarece producția și aplicarea in situ este încă studiată de ECHA, iar eficiența acesteia împotriva SARS-CoV- 2 nu a fost încă bine dovedita Date specifice privind eficiența dozele pentru diferite condiții, conform fiecărei aplicații, sunt necesare pentru a dezvolta protocoale de dezinfectare sigure. Sunt necesare studii specifice cu măști, materiale respiratoare și materiale  în contact cu pacienții COVID-19. Pe baza noilor date, dozele conservatoare discutate în această lucrare ar putea fi probabil optimizate și reduse. Studiile sunt în curs de desfășurare.

 Articolul original AICI