プロピレングリコールが呼吸器系ウイルスの空気感染を防ぐ

Preliminary scientific report. Styles, C. T., Zhou, J., Flight, K. E., et al. (2023). Propylene glycol inactivates respiratory viruses and prevents airborne transmission. bioRxiv. doi:10.1101/2023.02.13.528349. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.02.13.528349v1

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ウイルス感染抑制のためのアプローチ

マスクの使用、物理的距離の確保、戸締まり、旅行制限などは、呼吸器系ウイルスの感染を抑制するために用いられる公衆衛生および社会的戦略の一部である。環境からウイルスを排除する方法としては、換気を良くし、頻繁に消毒を行う方法があるが、これらのアプローチには、消毒剤を長時間かつ広範囲に使用することによる健康や環境への影響が考えられるなど、一定の限界がある。

空気中のインフルエンザに暴露されたマウスは、PG蒸気によって保護される可能性がある。また、PG蒸気は、ニワトリ胚におけるワクチン接種およびインフルエンザを介した死亡を減少させることが示されている。しかしながら、ウイルス粒子の感染性に及ぼすPGの効果はまだ直接評価されておらず、その結果、まだ十分に理解されていない。

研究内容について

本研究では、PGの殺ウイルス効果、およびPGが飛沫、フォマイト、エアロゾル経路を介した呼吸器系ウイルスの感染を抑制できるかどうかを検証している。

PGに殺ウイルス効果があるかどうかを調べるために、研究チームは、ヒトや鳥類の間で季節的に流行を起こすA型インフルエンザウイルス（IAV）を研究した。感染性は、さまざまな用量のPGで処理したIAVを滴定することで評価した。IAVに対するPGの殺ウイルス作用の応用性を検証するため、IAVを吸入した後にPGで処理し、in vivoでの評価も行った。

病原性ウイルスに対するPG活性の幅広い利用法を調べるために、重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2（SARS-CoV-2）のいくつかの株、229EおよびNL63季節性コロナウイルス、エボラ、中東呼吸器症候群コロナウイルス（MERS）などの様々なヒト病原体に見られるウイルスエンベロープ糖タンパク質を発現させた疑似ウイルス系が作製された。

空気中に浮遊するSARS-CoV-2およびIAVによる感染は、感染トンネルシステムを用いて刺激された。ここでは、透過チューブ内の様々な距離にある透過性細胞単層が、0 mg/L から 11 mg/L の空気中の気化した PG 濃度の存在下で、空気中のウイルス飛沫に曝露された。曝露後、ウイルスプラークの面積を算出した。

研究結果

PGは培養細胞のIAV感染を有意に阻害し、その殺ウイルス活性はPG濃度およびウイルスの培養期間に依存した。PGを介したIAVの不活性化は温度依存的であり、皮膚・鼻温32℃、体温37℃では20℃に対して殺ウイルス活性が低下した。

その結果、60%のPGが生理的温度において、5分以内にIAVの感染力を約1万分の1に減少させ、30分後には抗ウイルス効果が検出されない量に達することを確認した。このことから、PGには大きな殺ウイルス効果があることが明らかになりました。さらに、20%のPGは鼻腔温で検出されるIAV感染率の統計的に最も低い有意な減少をもたらした。

IAVに感染し、その後IAVを投与されたマウスは、未投与のマウスに比べて生存期間が長く、臨床症状も少なかった。IAVに感染した5匹のマウスのうち3匹は、非常に悪い臨床スコアを示しただけであった。

PGはSARS-CoV-2 IC19株を、IAV感染の治療に使用した場合よりも高い効果で不活性化した。50％PGを室温で1分間処理した後、SARS-CoV-2の感染力は1,000倍以上低下し、持続的な殺ウイルス活性が確認された。

また、エンベロープ型二本鎖デオキシリボ核酸（DNA）g-ヘルペスウイルスEpstein Barr（EBV）の感染性を効果的に低下させた。SARS-CoV-2やIAVと同様に、PGはEBVに対しても強い殺ウイルス効果を示し、50%PGとのインキュベーションによりウイルス力価が1,000倍以上減少することが明らかになった。

感染性を調べる生物発光ベースのアッセイでは、PGがすべての偽ウイルスの細胞感染能力を劇的に阻害し、脆弱な細胞への侵入を用量依存的に制限することが示された。PGは一貫して感染性を低下させるが、この効果を引き出すのに必要な量は、偽ウイルスの放出する様々な糖タンパク質で異なっていた。これは、SARS-CoV-2、EBV、IAVウイルス粒子に対するPGの特異的効力が様々であることを反映している。

PG蒸気は、空気中に浮遊するSARS-CoV-2およびIAVの感染力を用量依存的に減弱させ、1メートル以内の距離では感染を排除した。ネブライザーのPGと同様に、溶液のPGと比較して、蒸気の方がより効果的な殺ウイルス活性を示しました。

空気中に浮遊するSARS-CoV-2およびIAVの効率的かつ迅速なPGによる不活性化は、会話や咳によって排出される予測量を超えるウイルス濃度で観察された。さらに、人間の咳の回数に相当する量のIAVをトンネル内に噴霧した場合、1.5 mg PG/Lの空気で効果的に感染性を除去できることがわかった。

結論

PG蒸気は、エアロゾル、媒介物、飛沫伝播などの複数の経路を介して異なるウイルス感染を制限する優れた候補であることがわかった。総合すると、この研究結果は、特に他の噴霧システムや消毒剤と比較した場合、PGが経済的かつ効果的で、摂取しても吸い込んでも安全であることを示している。感染予防ツールおよび殺ウイルス剤としてのPGの将来的な実装は、さらなる調査に値する。