Hengityssuojainten käyttö on yleisesti hyväksytty merkitykselliseksi COVID-19-taudin torjunnassa. Kuitenkin niin sairastuneet kuin oireettomanakin säilyneet SARS-CoV-2-viruksen infektoimat henkilöt tartuttavat sen maskiin, ja virus voi pysyä elinkelpoisena maskien pinnalla jopa useita päiviä. Vaikka tavalliset hengityssuojaimet ovat kertakäyttöisiä, kuluttajat saattavat käyttää niitä ohjeistuksesta huolimatta toistuvasti, eikä niitä hävitetä oikeaoppisesti. Maskeja kosketellaan useasti käytön, uudelleenkäytön ja hävittämisen yhteydessä, mikä voi lisätä infektio- ja tartuntariskiä.
Kuparioksidilla kyllästetyt kasvomaskit voivat vähentää viruksen leviämistä ja tartuntariskiä
Tutkimuksessa valmistettiin N95- ja kirurgisia maskeja, joissa uloimman kerroksen kuitukangas kyllästettiin kuparioksidi-mikropartikkeleilla. Maskit alensivat infektoivan SARS-CoV-2-viruksen pitoisuutta yli 99,9 %:lla 1 minuutin kuluessa kosketuksesta. Määritykset tehtiin TCID50- ja PCR-analyyseillä, määrittämällä infektoivien virusten pitoisuutta. Näin ollen maski, joka poistaa SARS-CoV-2-viruksen infektiokyvyn muutamassa minuutissa, voi vähentää merkittävästi viruksen leviämistä ja tartuntoja.
Koronaviruksen tarttuminen
Meneillään olevan pandemian aiheuttaja on uusi patogeeninen koronavirus [1], joka on nimetty vaikeaa, akuuttia hengitystieoireyhtymää aiheuttavaksi SARS-CoV-2-virukseksi. Se on tartuttanut yli 20 miljoonaa ihmistä ja aiheuttanut yli 700 000 kuolemaa maailmanlaajuisesti. Vaikka alun perin uskottiin, että virus siirtyi ihmisiin lepakoista tuntemattomien väli-isäntien välityksellä, on nyt selvää, että virus tarttuu ihmisestä ihmiseen. [2] Huolimatta lähes kaikkien maiden aktiivisesta toiminnasta viruksen tainnuttamiseksi, virus leviää edelleen ympäri maailmaa. Yleisesti hyväksytty toimenpide virusinfektion torjunnassa on hengityssuojainten käyttö.
Hengitysteiden infektioon johtava virus voi tarttua ihmisestä toiseen pääasiallisesti kahdella tavalla. Ensimmäinen on suora altistuminen aerosolihiukkasille ja pisaroille, jotka syntyvät oireilevan tai oireettoman tartunnan saaneen henkilön yskiessä tai aivastaessa [3]. Oireiset potilaat voivat tartuttaa viruksen niin kauan kuin oireet jatkuvat ja jopa toipumisen jälkeen [4]. Sairastuneiden ja oireettomien henkilöiden välillä ei ole havaittu merkittäviä eroja virusmäärässä ja siten oireettomat henkilöt voivat tietämättään levittää virusta.
Toinen tartuntareitti on viruksen saastuttamat pinnat [6, 7], sillä aivastelun ja yskimisen seurauksena syljessä oleva virus voi levitä esim. 1–2 m säteellä ja jäädä pinnoille [8]. Virus voi pysyä pinnoilla elinkelpoisena tunteja ja jopa päiviä virusmäärästä ja ympäristöolosuhteista riippuen [9]. SARS-CoV-2 pysyy infektointikykyisenä muovi-, ruostumattomalla teräs- ja pahvipinnoilla keskimäärin 6,81, 5,63 ja 3,46 tuntia (puoliintumisaika), kun taas metallisella kuparilla vastaava aika on 0,77 tuntia; vähemmän kuin aerosolissa 1,099. Huolestuttavaa on, että SARS-CoV-2-viruksen voi saada tavallisten maskien pinnalta jopa seitsemän päivän ajan viruskosketuksesta [10]. Onkin osoitettu, että kasvomaskit ja hengityssuojaimet voivat saastua patogeeneilla viruksilla niiden pitkäaikaisen käytön aikana [11-13], ja että maskien ja kasvojen koskettelu on käyttäjille tyypillistä [14]. Nämä seikat yhdessä lisäävät infektioriskiä ja edesauttavat viruksen leviämistä.
Hengityssuojaimet vähentävät tartunnan riskiä
Toisaalta hengityssuojainten on osoitettu vähentävän merkittävästi SARS-CoV-2-tartunnan riskiä. [15] Tämä osoitettiin myös SARS ‐ CoV‐1 -infektion yhteydessä, jossa todettiin kasvomaskien runsaan käytön edistäneen merkittävästi SARS-epidemian hallintaa Hongkongissa [16]. Satunnaistettujen vertailukokeiden meta-analyysi osoitti myös, että kirurgiset naamiot ovat yhtä tehokkaita kuin N95-naamiot influenssan kaltaisten tautien leviämisen vähentämisessä. [17]
Kupari ja kuparioksidi tappavat viruksia tutkitusti
Kuparilla ja kuparioksidilla on voimakkaasti viruksia tappavia ominaisuuksia [18]. Tämä pätee myös SARS-CoV-2-virukseen [19]. Tutkimuksessa kehitettiin teknologia, jossa erilaisia tekstiilejä päällystettiin kuparioksidi-mikrohiukkasilla ja saatiin näin tekstiileille laajat biosidiset ominaisuudet [20, 21]. N95 hengityssuojaimen ulkokerroksen kuitukangas kyllästettiin kuparioksidi-mikropartikkeleilla ja jo 30 minuutin kuluttua Influenssa A (H1N1)- ja lintuinfluenssaviruksille altistumisesta, yli 99,9% maskeille päässeistä viruksista (H9N2) eivät enää kyenneet infektoimaan [22]. Lisäksi erilliset tutkimukset ovat osoittaneet koutatun (kyllästetyn) kuitukankaan kyvyn neutraloida 12 muuta, erilaista patogeenia virusta [23, 24].
On pystytty osoittamaan, että N95 ja tavalliset kirurgiset maskit (kuvat 1a ja 1b), joissa ulkokerrosten kuitukankaat oli kyllästetty kuparioksidilla (kuvat 1c ja 1d), vähensivät infektoivien SARS-CoV-2 virusten pitoisuutta minuutissa yli 3 kertaa logaritmisella asteikolla (kuva 2).
Kuva 1. Kuparioksidi-mikrohiukkasilla kyllästetyt kirurgiset maskit. N95 (a) ja kirurgisten maskien (b) ulkokerrokset valmistetaan kuparioksidi-mikrohiukkasilla kyllästetystä polypropeenikankaasta. Mikropartikkelit näkyvät valkoisina pisteinä elektronimikroskooppikuvassa (c), määritettynä röntgensäde-fotoelektronispektrianalyysillä (d).
Kuva 2. Infektoivan SARS-CoV-2 viruspitoisuuden väheneminen kuparioksidin mikropartikkeleilla kyllästetyllä maskilla (Cu-maski). Viiteen Cu-maskin (MedCu) suikaleeseen ja yhteen tavallisen kirurgisen maskin suikaleeseen (kontrolli) siirrostettiin 100 μl 4 · 46e5 TCID50/ml SARS-CoV-2 virusta. Viruspartikkelit otettiin talteen suikaleista 1, 5, 15, 30 ja 60 minuutin kuluttua. Viruspartikkeleiden talteenotto tehtiin vortexoimalla näytettä 1 minuutin ajan 10 ml:ssa steriiliä fosfaattipuskuria (PBS). Positiivinen kontrolli (positive) saatiin lisäämällä 100 µl virusta 10 ml:aan PBS:ää. Pelkkää PBS:ää käytettiin negatiivisena kontrollina. Suikaleista talteen otettu neste siirrostettiin Vero E6 -soluihin TCID50-määritystä (A) ja PCR-analyysiä (B) varten. Heti siirrostuksen jälkeen ja 3 päivän kuluttua, virus-RNA eristettiin Qiagen Viral RNA Mini -kitillä 140 µl:sta supernatanttia. RNA:n eristyksen jälkeen suoritettiin rRT-PCR SARS-CoV-2:n E-geenillä. Replikaatiota ei havaittu missään viidestä eri aikapisteestä otetussa näytteessä MedCu-maskin TCID50-määrityksissä (*). PCR:ssä havaittiin viruksen RNA:n prosentuaalinen väheneminen (-39,6 +/- 17,2%), vahvistaen viruksen inaktivoitumisen, kun se on ollut kosketuksissa MedCu-maskin kanssa 1-60 minuutin ajan. Sekä TCID50 että PCR varmistivat viruksen replikaation kontrollimaskissa ja positiivisessa kontrollissa.
Kuparioksidi on tehokkain muoto virusten inaktivoinnissa
Kuparin koronavirusta neutraloiva kyky on pystytty osoittamaan jo aiemmissa tutkimuksissa [25]. Osoitettiin myös, että yli 60-% kupariseokset tekivät ihmisen koronaviruksesta 229E (HuCoV-229E) ei-tarttuvan jo muutamassa minuutissa. Kupariseoksista vapautuvien kupari-ionien ja muodostuvan reaktiivisen hapen (ROS) osoitettiin olevan osallisena virusten inaktivoinnissa [25]. Edellä kuvatuissa antiviraalisissa kuitukankaissa, aktiivinen kupari on jo hapettuneessa (aktivoidussa) muodossa eli kuparioksidina. Hapettuneessa muodossa oleva kupari on merkittävästi lähempänä viruksia vahingoittavien aktiivisten kupari-ionien muotoa ja siten tehokkaampi virionien eli infektoivien partikkelien inaktivoinnissa kuin puhdas kupari, joka neutraloi viruksia hitaammin [9].
Antiviraalinen kuitukangas sekä maskin sisä- että ulkopinnoilla suojaa parhaiten
Sekä kasvojen kanssa kosketuksessa olevassa sisemmässä kerroksessa että maskin ulkokerroksessa oleva antiviraalinen kuitukangas vähentää merkittävästi ristikontaminaation mahdollisuutta maskin käsittelyn ja hävittämisen aikana. Sisäkerros on erityisen merkityksellinen oireettomille henkilöille, jotka tietämättään saastuttavat maskinsa. Maskin poistamisessa kädet tai käsineet voivat saastua, josta virus pääsee leviämään edelleen muille kosketuspinnoille, kuten ovenkahvoihin ja hissinappeihin. Näin ollen infektoitumaton henkilö voi saada tartunnan koskettamalla saastuneita pintoja.
Kuparioksidikyllästeistä kuitukangasta käytetty jo pitkään hoitoalalla
Kuparioksidilla kyllästettyä kuitukangasta on FDA:n ja vastaavien lääkeviranomaisten hyväksymänä käytetty turvallisesti jo vuosien ajan aikuisten vaipoissa ja antimikrobisissa haavasidoksissa [26, 27]. Myös kuparipäällystettyjen hengityssuojainten turvallisuus on osoitettu jo aikaisemmin [22]. Havaittiin, että maskeista vapautuneen kuparin määrä viiden tunnin aikana simuloiduissa hengitysolosuhteissa, oli noin 100 000 kertaa alhaisempi kuin kuparille sallittu altistumisraja (PEL, permissible exposure limit), jonka Yhdysvaltain työturvallisuus- ja työterveysvirasto (OSHA) on asettanut. Hengitettynä jatkuvasti kuparia ilmasta, alin haittavaikutuksia aiheuttanut pitoisuus on määritetty olevan 0,64 mg/m3 (LOAEL, lowest observed-adverse-effect levels). Simuloidun hengitystestin kuparipäästöt kuparia sisältävistä maskeista olivat 0,09 pg/m3. Tämä on pieni osa (1 000 000 kertaa vähemmän) kuparin LOAEL-arvosta. Tärkeää on, että maskien ulkokerrokset eivät aiheuta herkistymistä tai ihon ärsytystä. Tämä on pystytty osoittamaan kokeellisesti, ja voidaan päätellä myös siitä, että tuhannet ihmiset ovat käyttäneet kuparidioksidi-haavasidoksia ja -vaippoja jo aikaisemmin saamatta niistä yliherkkyys- tai allergiaoireita [26, 27].
Kuparimaski voi vähentää koronaviruksen leviämisen ja infektion riskiä
COVID-19-pandemian vuoksi useat ammattiryhmät, kuten terveydenhuollon työntekijät, ensiavun henkilökunta ja myös tavalliset kuluttajat käyttävät laajalti kertakäyttöisiä maskeja. Näitä maskeja käytetään usein toistuvasti, eikä niitä hävitetä oikein käytön jälkeen. Vääränlaisella maskin käytöllä viruksen leviämisriski kasvaa. Kuparioksidilla kyllästettyjen maskien kyky tehdä koronaviruksesta tarttumaton muutamassa minuutissa voi vähentää merkittävästi viruksen leviämisen ja infektion riskiä, kun huomioidaan maskien uudelleenkäyttö, etenkin kuluttajien keskuudessa.
Tämä artikkeli on käännetty tutkimusraportista Copper-oxide impregnated respiratory masks may significantly reduce the risk of SARS-CoV-2 cross-contamination.
Kupariset kirurgiset kasvomaskit saapuivat myös Hyviksen valikoimiin!
Lähteet ja viittaukset:
Gadi Borkow, Danny Lustiger, Eyal Melamed et al. Copper-oxide impregnated respiratory masks may significantly reduce the risk of SARS-CoV-2 cross-contamination, 08 September 2020, PREPRINT (Version 1) Saatavilla: Research Square [+https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-60610/v1+]
1) Zhu N, Zhang D, Wang W et al. A Novel Coronavirus from Patients with Pneumonia in China, 2019. N Engl J Med 2020;382:727-33.
2) Guo YR, Cao QD, Hong ZS et al. The origin, transmission and clinical therapies on coronavirus disease 2019 (COVID-19) outbreak - an update on the status. Mil Med Res 2020;7:11.
3) Rothe C, Schunk M, Sothmann P et al. Transmission of 2019-nCoV Infection from an Asymptomatic Contact in Germany. N Engl J Med 2020;382:970-1.
4) Singhal T. A Review of Coronavirus Disease-2019 (COVID-19). Indian J Pediatr 2020;87:281-86.
5) Zou L, Ruan F, Huang M et al. SARS-CoV-2 Viral Load in Upper Respiratory Specimens of Infected Patients. N Engl J Med 2020;382:1177-9.
6) Ong SWX, Tan YK, Chia PY et al. Air, Surface Environmental, and Personal Protective Equipment Contamination by Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) From a Symptomatic Patient. JAMA 2020;323:1610-2.
7) Ye G, Lin H, Chen L et al. Environmental contamination of the SARS-CoV-2 in healthcare promises: an urgent call for protection for healthcare workers. medRxiv 2020.
8) Cai J, Sun W, Huang J et al. Indirect Virus Transmission in Cluster of COVID-19 Cases, Wenzhou, China, 2020. Emerg Infect Dis 2020;26(6).
9) van DN, Bushmaker T, Morris DH et al. Aerosol and Surface Stability of SARS-CoV-2 as Compared with SARS-CoV-1. N Engl J Med 2020;382:1564-7.
10) Chin AWH, Chu JTS, Perera MRA et al. Stability of SARS-CoV-2 in different environmental conditions. Lancet 2020 April 2 (Epub ahead of print).
11) Phan LT, Sweeney D, Maita D et al. Respiratory viruses on personal protective equipment and bodies of healthcare workers. Infect Control Hosp Epidemiol 2019;40:1356-60.
12) Blachere FM, Lindsley WG, McMillen CM et al. Assessment of influenza virus exposure and recovery from contaminated surgical masks and N95 respirators. J Virol Methods 2018;260:98-106.
13) Chughtai AA, Stelzer-Braid S, Rawlinson W et al. Contamination by respiratory viruses on outer surface of medical masks used by hospital healthcare workers. BMC Infect Dis 2019;19: 491.
14) Kwok YL, Gralton J, McLaws ML. Face touching: a frequent habit that has implications for hand hygiene. Am J Infect Control 2015;43:112-4.
15) Leung NHL, Chu DKW, Shiu EYC et al. Respiratory virus shedding in exhaled breath and efficacy of face masks. Nat Med 2020;26:676-80.
16) Lau JT, Tsui H, Lau M, Yang X. SARS transmission, risk factors, and prevention in Hong Kong. Emerg Infect Dis 2004;10:587-92.
17) Long Y, Hu T, Liu L et al. Effectiveness of N95 respirators versus surgical masks against influenza: A systematic review and meta-analysis. J Evid Based Med 2020;13:93-101.
18) Borkow G. Using copper to fight microorganisms. Curr Chem Biol 2012;6:93-103.
19) Behzadinasab S, Chin A, Hosseini M, Poon LLM, Ducker WA. A Surface Coating that Rapidly Inactivates SARS-CoV-2. ACS Appl Mater Interfaces 2020 July 3 (Epub ahead of print).
20) Borkow G, Gabbay J. Putting copper into action: copper-impregnated products with potent biocidal activities. FASEB J 2004;18:1728-30.
21) Borkow G, Gabbay J. Endowing textiles with permanent potent biocidal properties by impregnating them with copper oxide. JTATM 2006;5(1).
22) Borkow G, Zhou SS, Page T, Gabbay J. A novel anti-influenza copper oxide containing respiratory face mask. PLoS One 2010;5:e11295.
23) Borkow G, Sidwell RW, Smee DF et al. Neutralizing viruses in suspensions by copper oxide based filters. Antimicrob Agents Chemother 2007;51:2605-7.
24) Borkow G, Lara HH, Covington CY, Nyamathi A, Gabbay J. Deactivation of human immunodeficiency virus type 1 in medium by copper oxide-containing filters. Antimicrob Agents Chemother 2008;52:518-25.
25) Warnes SL, Little ZR, Keevil CW. Human Coronavirus 229E Remains Infectious on Common Touch Surface Materials. mBio 2015;6:e01697-15.
26) Borkow G, Okon-Levy N, Gabbay J. Copper oxide impregnated wound dressings: biocidal and safety studies. Wounds 2010;22:310-6.
27) Weinberg I, Lazary A, Jefidoff A et al. Safety of using diapers containing copper oxide in chronic care elderly patients. The Open Biology Journal 2013;6:54-9.
