Als Reaktion auf die Pandemie des schweren akuten respiratorischen Syndroms Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) wurde ein Laborprotokoll entwickelt, um die virale Desinfektionswirksamkeit der Heißwasserwäsche von Stoffgesichtsbedeckungen, Baumwollpeelings und Jeanshosen zu testen. Das Phi6-Virus (Bakteriophagen) wurde als Organismus verwendet, um die Desinfektionswirksamkeit zu testen.
Dieses Protokoll ist ein Beispiel für einen Laborprozess zur Durchführung von Geldwäschestudien, die Daten zur Virusdesinfektion generieren. Während das Protokoll für die Forschung während der Coronavirus-Pandemie 2019 (COVID-19) entwickelt wurde, soll es ein Rahmen sein, der an andere Virusdesinfektionsstudien angepasst werden kann. Es zeigt die Schritte zur Vorbereitung des Testvirus, zur Impfung des Testmaterials, zur Bewertung von visuellen und Integritätsänderungen an den gewaschenen Artikeln aufgrund des Waschprozesses und zur Quantifizierung der Verringerung der Viruslast. Darüber hinaus beschreibt das Protokoll die erforderlichen Qualitätskontrollproben, um sicherzustellen, dass die Experimente nicht durch Kontamination und Messungen / Beobachtungen beeinträchtigt werden, die aufgezeichnet werden sollten, um die Materialintegrität der persönlichen Schutzausrüstung (PSA) nach mehreren Waschzyklen zu verfolgen. Die repräsentativen Ergebnisse, die mit dem Protokoll präsentiert werden, verwenden den Phi6-Bakteriophagen, der auf Baumwollpeeling, Denim und Gesichtsbedeckungsmaterialien aus Baumwolle geimpft wurde, und zeigen, dass der Heißwasserwasch- und Trocknungsprozess eine Reduzierung der Viruslast für alle Proben um 3 log (99,9%) erreicht hat (eine 3-log-Reduktion ist die Leistungsmetrik für Desinfektionsmittel in der Product Performance Test Guideline 810.2200 der US-Umweltschutzbehörde). Die Verringerung der Viruslast war an verschiedenen Stellen auf den PSA-Artikeln einheitlich. Die Ergebnisse dieses Testprotokolls zur Wirksamkeit der Virusdesinfektion sollten der wissenschaftlichen Gemeinschaft helfen, die Wirksamkeit der Heimwäsche für andere Arten von Testviren und Waschverfahren zu untersuchen.
Die Coronavirus-Pandemie 2019 (COVID-19) verursachte eine beispiellose globale Unterbrechung der Lieferkette und führte zu einem kritischen Mangel an vielen Artikeln, einschließlich wichtiger persönlicher Schutzausrüstung (PSA)1,2,3. Diejenigen in Hochrisikoberufen mussten sich mit empfohlenen Krisenkapazitätsstrategien anpassen, und die Öffentlichkeit übernahm die Verwendung von nicht spezialisierten Gegenständen wie Gesichtsbedeckungen aus Stoffmaterial in erster Linie zur Quellenkontrolle, aber auch, um den Trägern einen gewissen Atemschutz zu bieten. In den Vereinigten Staaten war der spezielle Atemschutz (d. h. Filtern von Atemschutzmasken (FFRs) wie N95s) für einige dieser Hochrisikoberufe (z. B. Gesundheitswesen) während Versorgungsengpässen reserviert4. Als wenig über die Übertragung des schweren akuten respiratorischen Syndroms Coronavirus 2 (SARS-Cov-2) bekannt war, wurden zu Beginn der Pandemie auch eine Vielzahl anderer Arten von Bekleidungsmaterialien als Barriereschutz in Betracht gezogen5. Mit der Vielfalt der Stoffe, die für den Trägerschutz verwendet werden, ergaben sich Fragen zur Verwendung, Wiederverwendung und Desinfektion / Dekontamination dieser Artikel. Während in den Vereinigten Staaten allgemein akzeptiert wurde, dass routinemäßiges Waschen von Gesichtsbedeckungen und anderen Kleidungsstücken Viren auf diesen Oberflächen nicht infektiös machte, gab es nur wenige Daten, um diese Behauptung zu validieren, und es fehlte an veröffentlichten Laborprotokollen für Tests. Das hier vorgestellte Forschungsprotokoll soll ein Beispiel für einen Laborprozess zur Durchführung von Geldwäschestudien liefern, die Daten zur Virusdesinfektion generieren. Obwohl das Protokoll für die Forschung während der COVID-19-Pandemie entwickelt wurde, soll es ein Rahmen sein, der an andere Virusdesinfektionsstudien angepasst werden kann.
Die Rolle von Kleidung bei der Übertragung von Krankheiten ist ein schwer zu quantifizierendes Konzept. Das International Scientific Forum on Home Hygiene versuchte diese anspruchsvolle Aufgabe, indem es eine Überprüfung der Rolle von Kleidung bei der Ausbreitung von Infektionskrankheiten in Verbindung mit einer Risikobewertung der häuslichen Hygienepraktiken durchführte6. In dieser Arbeit war die Überprüfung mehrerer wissenschaftlicher Studien enthalten, die das Überleben verschiedener Virusstämme auf verschiedenen Arten von Stoffen wie Wolle und Baumwolleuntersuchten 7,8,9,10,11. Jede Studie konzentrierte sich auf eine andere Art von Virus, einschließlich Vaccinia, Poliovirus, respiratorisches Synzytialvirus, Herpesvirus und Influenzavirus. Die Überlebenszeiten der verschiedenen Viren auf den Geweben reichten von 30 min bis 5 Monaten, abhängig von der Virus-Material-Kombination. Mehrere der Studien zeigten auch die Übertragung von Viruskontamination aus dem Material auf die Hände. Im Rahmen der Veröffentlichung wurde effektives Waschen als wichtige Managementtechnik zur Verringerung der Übertragung diskutiert, erkannte jedoch an, dass das Ausmaß der Auswirkungen der Geldwäsche auf die Verringerung der Krankheitslast von der spezifischen Viruskontaminante abhängt und schwer zu quantifizierenist 7,8,9,10,11.
Der Waschprozess zerstört Mikroorganismen durch chemische, physikalische und thermische Behandlungsverfahren. Zum Beispiel können Seifen und Reinigungsmittel Böden trennen und eine chemisch vermittelte antimikrobielle Wirkung entfalten. Physikalisch können Verdünnung und Unruhe zur Verringerung der Viruslast beitragen. Eine Studie, die die Persistenz des humanen Coronavirus HCoV-OC43 auf Baumwollmustern unter Verwendung von industriellen und häuslichen Waschzyklen mit und ohne Temperatur und Waschmittel untersuchte, fand kein nachweisbares Virus beim Waschen in unerhitztem Wasser ohne Waschmittel, aber dass bei Vorhandensein einer Bodenbelastung (künstlicher Speichel) häusliche Waschzyklen Reinigungsmittel für Proben benötigten, um nicht detektierte Virusladungen zu haben12. Heißes Wasser selbst kann auch ein wirksames Mittel zur Zerstörung einiger Mikroorganismensein 13,14.
In einer kürzlich erschienenen Veröffentlichung, die den Stand der aktuellen Wäschereipraktiken zusammenfasst, wurden viele Faktoren wie Stoffzusammensetzung, Lagerbedingungen, Schmutzbelastung, Waschtemperatur und -zeit sowie Trocknungstemperatur als unterschiedlich in globalen Waschpraktiken identifiziert15. Während Waschen eine gängige Reinigungsmethode für einen großen Prozentsatz der Bevölkerung ist, macht diese große Variation in den bestehenden Praktiken die Herausgabe detaillierter Anleitungen, wie dies sicher und effektiv zu tun ist, wenn ein Artikel mit einem Virus kontaminiert sein kann, schwierig und spärlich. Während der COVID-19-Pandemie gaben die United States Centers for Disease Control and Prevention (CDC) Leitlinien zum Waschen von Gegenständen für Hausbesitzer heraus16,17. Ein Großteil dieser Waschleitlinien basierte auf mehreren älteren Studien zur bakteriellen Desinfektion18,19 und wurde durch mehrere Tischstudien unterstützt, in denen behüllte Viren gefunden wurden, die in Wasser mit Detergenzien20,21 inaktiviert wurden. Die Anleitung kann wie folgt zusammengefasst werden: 1) Befolgen Sie die Anweisungen des Herstellers für das Reinigungsmittel, 2) verwenden Sie die wärmste geeignete Wassereinstellung und 3) trocknen Sie die Gegenstände vollständig. Die Begründung dieser Empfehlungen war, dass das Waschen im größtmöglichen Zyklus mit Waschmittel in Kombination mit vollständiger Trocknung (wenn möglich mit Hitze) das SARS-CoV-2-Virus abtötet.
Die schiere Anzahl möglicher Variationen im Waschprozess erfordert ein einheitliches Protokoll, wie es hier vorgestellt wird, um Variablen isolieren und die Wirksamkeit der viralen Desinfektion bestimmter Prozesse testen zu können. Die Absicht dieses Protokolls in Verbindung mit einem Lehrvideo besteht darin, einen laborbasierten Heißwasserwäscheprozess für die Replikation in anderen Forschungsstudien zu demonstrieren. Darüber hinaus sollten die Ergebnisse dieses Wirksamkeitstests zur Wirksamkeit der Virusdesinfektion das Vertrauen der Verbraucher in die Wirksamkeit der Heimwäsche während viraler Pandemien stärken.
Dieses Protokoll wurde entwickelt, um systematische Labortests durchzuführen, um die Waschwirksamkeit der Virusdesinfektion von PSA / Kleidungsstücken in voller Größe zu bewerten. Die Verfahren beschreiben die kritischen Schritte zur Vorbereitung des Virus, zur Impfung des Testmaterials, zur Bewertung der Veränderungen der Gegenstände aufgrund des Waschprozesses und zur Quantifizierung der Verringerung der Viruslast als Ergebnis des Waschvorgangs (Maschinenwaschen und Trocknen). Darüber hinaus beschreibt das Protokoll die erforderlichen Qualitätskontrollproben, um sicherzustellen, dass die Experimente nicht durch Verunreinigungen und Messungen / Beobachtungen beeinträchtigt werden, die aufgezeichnet werden sollten, um die Materialintegrität der PSA-Artikel nach mehreren Waschzyklen zu verfolgen. Die Ergebnisse mit Phi6 zeigen, dass der in diesem Protokoll verwendete Heißwasserwäscheprozess eine Verringerung der Viruslast für alle Proben (Gesichtsbedeckung, Peelings und Jeanshose) um mehr als 3 log erreichte. Die Reduzierung der Viruslast war auch an verschiedenen Stellen auf den PSA-/Bekleidungsartikeln einheitlich. Um eine 3-Log-Reduktion nachzuweisen, erfordert dieses Protokoll die Verwendung einer hohen Viruslast und eines Stabilisierungsmittels (Rindfleischextrakt), das möglicherweise nicht für alle Situationen repräsentativ für die Bodenbelastung ist.
Mini-Waschmaschinen und kompakte Trockner wurden ausgewählt, um die Anzahl der Wiederholungsexperimente zu optimieren, die in einer räumlichen Umgebung durchgeführt werden können, und um die Sterilisation der während der Experimente verwendeten Geräte und Wassermengen für das Laborpersonal überschaubar zu halten. Aufgrund der Verwendung der Mini-Waschmaschine waren die Spülschritte im Vergleich zu den meisten vollautomatischen Haushaltswäscheanwendungen manuell. Es ist auch wichtig, sich daran zu erinnern, dass die Maschinenwäsche in den entwickelten Ländern vorherrscht, aber das Händewaschen immer noch auf der ganzen Welt praktiziertwird 15. Darüber hinaus haben einige möglicherweise keinen Zugang zu heißem Wasser zum Waschen, und andere trocknen Kleidung manuell an der Luft und nicht in der Maschine. Diese Unterschiede in den Waschpraktiken wurden in diesem aktuellen Protokoll nicht behandelt, könnten aber leicht mit geringfügigen Änderungen untersucht werden, wie z. B. dem Ersetzen der Wasch- und Trocknungsschritte durch die Verwendung eines Eimers und einer geschlossenen Linie.
Die Reinigung / Desinfektion von viral kontaminierten Gesichtsbedeckungen und Straßenkleidung wurde in der wissenschaftlichen Literatur in vollem Umfang nur minimal in den Fokus gerückt. Häufiger bewerten Studien die Filtrationsleistung von Gesichtsbedeckungen nach wiederholtem Waschen und Trocknen, aber nicht die Wirksamkeit der Virusdesinfektion27,28. Zum Beispiel bewerteten Clapp et al. die angepasste Filtrationseffizienz von Stoffmasken und modifizierten Verfahrensmasken und fanden große Leistungsunterschiede, wobei einfache Modifikationen eine erhöhte Passform und Filtrationseffizienz bewirkten29. Eine weitere Studie untersuchte die Filtrationseffizienz von vier Stoffmasken aus unterschiedlichen Materialien30, wobei der Schwerpunkt wiederum auf der Quellenkontrolle oder dem persönlichen Schutz lag. Dies kann auf eine mangelnde Spezialisierung sowohl für den mikrobiellen Teil als auch für mechanische Tests im selben Labor zurückzuführen sein. Das hier vorgestellte Protokoll bietet eine Bewertung der Desinfektionswirksamkeit sowie des Materialabbaus.
Es gibt eine Reihe von Dekontaminations-/Desinfektionsmethoden für Einweg-Atemschutz (hauptsächlich N95s), die kürzlich in der wissenschaftlichen Literatur31,32,33 veröffentlicht wurden. Der Hauptfokus auf FFRs (z. B. N95s) liegt auf dem kritischen Atemschutz, den sie für medizinisches Personal und andere Berufe an vorderster Front bieten. Primäre Technologien für die Dekontamination von Atemschutzmasken umfassten verdampftes Wasserstoffperoxid (VHP), ultraviolette keimtötende Strahlung (UVGI) und feuchte Wärme (Dampf) zur Inaktivierung von Viren. Viscusi et al. bewerteten fünf Dekontaminationsmethoden für FFRs und UVGI; Ethylenoxid und VHP erwiesen sich als die vielversprechendsten Dekontaminationsmethoden31. Fischer et al. bewerteten vier verschiedene Dekontaminationsmethoden – UV-Licht, trockene Wärme, 70% Ethanol und VHP – auf ihre Fähigkeit, die Kontamination mit SARS-CoV-2 zu reduzieren und ihre Wirkung auf die N95-Atemschutzfunktion32. Es gibt viele zusätzliche Studien zu effektiven Dekontaminationstechnologien für FFRs, die 2020 zusammengefasst und veröffentlicht wurden33. Diese spezialisierten Methoden sind jedoch nicht zugänglich oder so konzipiert, dass sie vom durchschnittlichen Haus- oder Kleinunternehmer sicher verwendet werden können.
Dieses Protokoll wurde unter Verwendung von Phi6 entwickelt, einem behüllten Bakteriophagen, der SARS-CoV-2 ähnlich ist, Spike-Proteine aufweist und für alle Tests eine ähnliche Größe (80-100 nm)34 hat. Da Phi6 kein bekannter Erreger ist, kann es in einem allgemeinen mikrobiologischen Labor der Biosicherheitsstufe 1 (BSL-1) manipuliert werden. Die Wirksamkeit gegen Phi6 kann auf die Wirksamkeit anderer umhüllter Viren hinweisen, jedoch ist eine empirische Überprüfung für jedes Virus von Interesse erforderlich35. Durch die Verwendung eines ähnlichen, nichtpathogenen Viruswirkstoffs hofft man, dass dieses Protokoll an anderer Stelle wiederholt und zur Untersuchung zukünftiger Virusepidemien / Pandemien verwendet werden kann. Zukünftige Forschungen können die Verwendung von Desinfektionsmitteln (z. B. Bleichmittel) zusätzlich zu Reinigungsmitteln und ein standardisiertes Protokoll für das Händewaschen und die Linientrocknung umfassen.
The authors have nothing to disclose.
Die U.S. Environmental Protection Agency (EPA) leitete über ihr Office of Research and Development die hierin unter EP-C-15-008 beschriebene Forschung mit Jacobs Technology Inc. Er wurde von der Agentur überprüft, spiegelt aber nicht unbedingt die Ansichten der Agentur wider. Eine offizielle Billigung sollte nicht abgeleitet werden. EPA befürwortet nicht den Kauf oder Verkauf von kommerziellen Produkten oder Dienstleistungen. Die Autoren danken den EPA-Auftragnehmern Denise Aslett für die Aufsicht über die EPA-RTP-Mikrobiologie, Brian Ford, Rachael Baartmans und Lesley Mendez Sandoval für ihre Arbeit an diesem Projekt im EPA-RTP-Mikrobiologielabor, Ramona Sherman für die Bereitstellung der EPA-Qualitätssicherungsüberprüfung und Worth Calfee und Shannon Serre für die Bereitstellung technischer EPA-Überprüfungen.
Freezer (- 80 °C) | ThermoFisher Scientific | FDE30086FA | |
Hot Plate | VWR | 97042-714 | |
Safety Pins (steel) | Singer | 319921 | |
Shaker | Lab-Line Instruments, Inc. | 3525 | |
SM buffer | Teknova, Hollister, CA | S0249 | |
Syringe filter (0.2 μm) | Corning, Corning, NY | PES syringe filters, 431229 | |
1X Phosphate Buffered Saline | Teknova, Hollister, CA | P0196, 10X PBS solution | |
Agar | Becton Dickinson | 214010 | |
Autoclavable caps | DWK Life Sciences, Millville, NJ | KIM-KAP Caps, 73663-18 | |
Autoclave | Steris | AMSCO 250LS Steam Sterilizer Model 20VS | |
Beef Extract | Sigma-Aldrich, Millipore Sigma, St. Louis, MO, USA | P/N B4888-100g | |
Calcium chloride | Sigma-Aldrich | 793639 | |
Cell spreaders | Busse Hospital Disposables | 23600894 | |
Centrifuge | ThermoFisher Scientific | 75004271 | Heraeus MegaFuge 16R Centrifuge |
Certified Timer | https://nist.time.gov/ | Not Applicable | |
Conical tubes (50 mL) | Corning Life Sciences | 352098 | Falcon 50-mL high-clarity polypropylene conical centrifuge tubes |
Cryovials | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA | AY509X33 | |
Denim | Wrangler | Rustler Regular Fit Straight Leg Jean Four Pocket Jean with Scoop Front Pockets, PN:87619PW | |
Detergent | Proctor and Gamble | Tide Original Scent Liquid Laundry Detergent Product Number (PN): 003700023068 | |
Dextrose | Fisher | BP350 | |
Dey-Engley neutralizing broth | Becton Dickinson | DF0819172 | |
Dryer | Magic Chef | MCSDRY15W | |
Face Coverings | Felina | Reusable Organic Cotton Face Masks, PN: 990121P4 | |
Incubator (top agar) | Symphony | 414004-596 | |
Laboratory Notebook | Scientific Notebook Company | 2001 | |
Magnesium chloride | Sigma-Aldrich | M9272 | |
Media sterilization and dispensing system | Integra | Media Clave/Media Jet | |
Petri Dishes (100 mm) | VWR | 25384-342 | |
pH Meter | Orion/Oakton | STARA1110/EW-35634-35 | |
pH Probe | Orion | 8157BNUMD | |
pH Standards | Oakton | 00654-(00/04/08) | |
Phi 6 and Pseudomonas syringae | Battelle Memorial Institute, Columbus, OH | Not Applicable | |
Pipette & Tips | Rainin | (Pipettes) 17014391, 17002921; (Pipette Tips) 30389239, 17014382 | |
Refrigerator | True Manufacturing Co., Inc. | GDM-33 | |
Scrubs | Gogreen cool | PN: WS19100PT | |
Sodium chloride | Sigma-Aldrich | 57656 | |
Stir Bar | Fisherbrand | 16-800-512 | |
Tape Measure | Lufkin | PS3425 | |
Test Tubes for Soft agar (14 mL) | Corning, Corning, NY | 352059 | |
Thermometer | Fisherbrand | 14-983-19B | |
Tryptone | Sigma-Aldrich | T9410 | |
Vaporous hydrogen peroxide sterilization bags | STERIS | 62020TW | |
Vortex (during the plating process) | Daigger Scientific, Inc | 3030A | Vortex Genie 2 |
Vortex (for sample extraction) | Branson Ultrasonics | 58816-115 | Multi-Tube vortexer |
Washer | Kuppet | KP1040600A | |
Washer Sterilization | Steris | STERIS VHP ED1000 generator | |
Yeast extract | Gibco | 212750 |