La taille des virus : implications pour les mesures prophylactiques

Les stratégies conçues pour limiter le contact avec le pathogène, telles que la distanciation physique ou l'utilisation d'équipements de protection, sont la première ligne de défense contre les épidémies virales.  Lorsque la voie d'entrée du virus est nos voies respiratoires, la connaissance de la manière dont le virus se transmet dans l'air est essentielle pour appliquer des stratégies efficaces. Les virus ne peuvent survivre que dans un environnement aqueux, ils sont donc en fait toujours transmis par les particules aqueuses que nous excrétions naturellement, et non sous forme de particules uniques.  Ici, l'épidémiologie nous enseigne que la taille minimale des particules aqueuses dans lesquelles le virus conserve son potentiel infectieux fait une énorme différence dans le taux de transmission [2]. Les gouttelettes est le terme utilisé pour décrire les particules respiratoires de plus de 5 µm. Ils sont principalement produits lorsque nous parlons, crions, chantons ou éternuons, ne se projettent pas très loin et ont tendance à tomber rapidement au sol. Les particules de moins de 5 µm de diamètre sont appelées aérosols car elles ont la capacité de rester en suspension dans l'air beaucoup plus longtemps que les gouttelettes et peuvent parcourir des distances beaucoup plus longues. Ainsi, les virus respiratoires capables de conserver un potentiel infectieux dans les aérosols ont généralement un taux de transmission beaucoup plus élevé que ceux qui ne peuvent conserver l'infectiosité que dans les gouttelettes.  À cet égard, la pandémie de SARS-CoV-2 a prouvé être un exemple classique. Au début de la pandémie, alors que la transmission du virus était considérée comme se faisant uniquement par gouttelettes, des mesures d'atténuation telles que la désinfection des mains et les masques chirurgicaux étaient jugées suffisantes pour prévenir la propagation de la maladie. Alors qu'il devenait de plus en plus clair que la transmission était également aéroportée, les recommandations devenaient plus strictes, avec des pays comme l'Autriche rendant le port de masques respiratoires (N95 ou FFP2) obligatoire dans les espaces publics fermés [3].  Les masques respiratoires sont testés pour leur efficacité de filtration en utilisant des aérosols de particules de chlorure de sodium et sont qualifiés pour filtrer ≥95 % des particules de plus de 300 nm [4]. Bien qu'ils offrent une protection significative à l'utilisateur, ils ne constituent pas une barrière absolue contre un virus contenu dans un aérosol de taille nanométrique. C'est pourquoi la pandémie de SARS-CoV-2 a également vu le développement rapide de filtres HEPA portables, qui sont qualifiés pour retenir ≥99,97 % des particules inférieures à 300 nm, pour la purification de l'air de la pièce [5].  Les virus d'origine hydrique, qui utilisent généralement notre système digestif comme portail d'entrée, constituent un défi différent. Le poliovirus, l'hépatite A et les norovirus sont parmi les plus petits virus humains connus, mesurant en moyenne environ 30 nm de diamètre (Figure 1). Comme ils n'utilisent pas de particules porteuses, mais sont directement infectieux, un système de filtration de l'eau doit garantir que les particules de la taille du virus lui-même sont bloquées.  Ici, des progrès sont réalisés dans le développement de nanofiltres innovants (par exemple, des filtres en cellulose nanofibrillée), qui ont ajouté une fonctionnalisation spécifique pour augmenter la rétention des virus. Comme les virus ont tendance à être chargés négativement, la fonctionnalisation visant à augmenter la charge nette de la membrane filtrante peut augmenter leur capacité de filtration. À cet égard, l' analyseur électrocinétique SurPASS 3 d'Anton Paar est utilisé pour caractériser le potentiel zêta des filtres à eau antiviraux [6] [7]. 

La figure 3 montre les résultats de DLS obtenus sur trois vaccins antiviraux différents soumis à des perturbations simulées de la chaîne du froid. Des échantillons d'un vaccin contre l'encéphalite à tiques (TBE), composé de virions inactivés adsorbés sur des microparticules d'alumine, d'un vaccin contre l'influenza basé sur des cellules, et d'un vaccin à nanoparticules d'ARNm/lipides contre le SARS-CoV-2 ont été soumis soit à une incubation de 18 heures à 50 °C, soit à un cycle de congélation-dégel unique. Les résultats montrent que le vaccin TBE s'agrège significativement en réponse au gel-dégel et encore plus nettement après un traitement thermique. En revanche, le vaccin SARS-CoV-2 s'agrège légèrement après un traitement thermique et plus fortement après un cycle de congélation-dégel unique. Le vaccin contre la grippe montre le comportement d'agrégation le plus complexe. L'échantillon non traité présente une distribution de taille des particules bimodale, avec un pic mineur à environ 30 nm de diamètre représentant probablement des virions fractionnés, et un pic majeur autour de 250 nm montrant des agrégats viraux. Alors qu'un seul cycle de gel-dégel entraîne une diminution significative du pic de 30 nm (virions éclatés), le traitement thermique a l'effet inverse et augmente plutôt la proportion de virions éclatés dans la distribution – ce qui suggère une désagrégation ou une fragmentation. De manière cruciale, même les différences qui semblent subtiles dans les graphiques de distribution de la taille des particules s'avèrent statistiquement significatives en raison de l'excellente répétabilité de la technique.  Au-delà du produit lui-même, le contrôle de la qualité des vaccins devrait également inclure une évaluation des propriétés du conteneur de stockage. Les composants protéiques et lipidiques du vaccin sont susceptibles d'adsorption sur les parois du flacon ou de la seringue, ce qui peut potentiellement entraîner une perte de matériau ou même une agrégation/dégradation du produit. Ainsi, la caractérisation de la surface intérieure du conteneur potentiel zêta par le analyseur électrocinétique SurPASS 3 peut aider à minimiser la réactogénicité. À noter, une cellule de mesure spécifique pour les seringues standard a été développée pour le SurPASS 3 afin de faciliter de telles mesures. 

Instruments :

• Analyseur de taille de particules : Litesizer 500
• Analyseur électrocinétique pour l'analyse de la surface des solides : SurPASS 3

Rapports d'application :

• Lui donner sa meilleure chance : Contrôle qualité des vaccins antiviraux avec le Litesizer
• Histoire de succès/Entretien : Kernal Biologics, Thomas Colace
• Liposomes : Mesures de taille avec le Litesizer 500
• Surfaces autodésinfectantes - Corrélation entre l’activité antimicrobienne et le potentiel zêta
• Études du potentiel zêta sur le traitement de surface des cylindres de seringues préremplies

[1] Déclaration conjointe de l'OIT, de la FAO, du FIDA et de l'OMS, "Impact de la COVID-19 sur les moyens de subsistance des personnes, leur santé et nos systèmes alimentaires," 13 octobre 2020. [En ligne]. Disponible : www.who.int/news/item/13-10-2020-impact-of-covid-19-on-people's-livelihoods-their-health-and-our-food-systems. [Consulté le 24 mars 2022]. [2] K. Randall, E. T. Ewing, L. C. Marr, J. L. Jimenez et L. Bourouiba, "Comment en sommes-nous arrivés là : que sont les gouttelettes et les aérosols et jusqu'où vont-ils ?" Une perspective historique sur la transmission des maladies infectieuses respiratoires," Interface Focus, vol. 11, p. 20210049, 2021.  [3] D. Lewis, "Pourquoi l'OMS a mis deux ans à dire que le COVID est aéroporté," Nature, vol. 604, pp. 26-31, 2022. [4] L. Brosseau et R. Berry Ann, "Masques N95 et masques chirurgicaux," 2009. [En ligne]. Disponible : blogs.cdc.gov/niosh-science-blog/2009/10/14/n95/. [Consulté le 11 avril 2022]. [5] T. Thompson, "Les données du monde réel montrent que les filtres nettoient le virus causant la COVID de l'air," Nature, 6 octobre 2021.  [6] G. P. Szekeres, Z. Nemeth, K. Schrantz, K. Nemeth, M. Schabikowski, J. Traber, W. Pronk, K. Hernadi et T. Graule, "Filtres à eau en cellulose revêtus de cuivre pour la rétention des virus," ACS Omega, vol. 3, pp. 446-454, 2018. [7] T. Sinclair, D. Robles, B. Raza, S. van den Hengel, S. Rutjes, A. de Roda Husman, J. de Grooth, W. de Vos et H. Roesink, "Réduction des virus par des membranes de microfiltration modifiées avec un polymère cationique pour des applications d'eau potable," Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, vol. 551, pp. 33-41, 2018.  [8] M. F. Bachmann et G. T. Jennings, "Administration de vaccins : une question de taille, de géométrie, de cinétique et de motifs moléculaires," Nature Reviews Immunology, vol. 10, pp. 787-796, 2010.  [9] J. Jia, Y. Zhang, Y. Xin, C. Jiang, B. Yan et S. Zhai, "Interactions entre les nanoparticules et les cellules dendritiques : du point de vue de l'immunothérapie contre le cancer," Frontiers in Oncology, vol. 8, p. 404, 2018.  [10] K. J. Hassett , J. Higgins, A. Woods, B. Levy, Y. Xia, C. J. Hsiao, E. Acosta, Ö. Almarsson, M. J. Moore et L. A. Brito, "Impact de la taille des nanoparticules lipidiques sur l'immunogénicité des vaccins à ARNm," Journal of Controlled Release, vol. 335, pp. 237-246, 2021.  [11] X. An, M. Martinez-Paniagua, A. Rezvan, S. R. Sefat, M. Fathi, S. Singh, S. Biswas, M. Pourpak , C. Yee, X. Liu et N. Varadarajan, "La vaccination intranasale en dose unique déclenche une immunité systémique et muqueuse contre le SARS-CoV-2," iScience, vol. 24, p. 103037, 2021.