重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2(SARS-CoV-2)のパンデミックに対応して、布製のフェイスカバー、綿のスクラブ、デニムパンツの温水洗浄のウイルス消毒効果をテストするための実験室プロトコルが開発されました。Phi6ウイルス(バクテリオファージ)は、消毒効果をテストするための生物として使用されました。
このプロトコルは、ウイルス消毒に関するデータを生成する洗濯研究を実施するための実験室プロセスの例を提供します。このプロトコルは、コロナウイルス病2019(COVID-19)のパンデミック時の研究用に開発されましたが、他のウイルス消毒研究に適応できるフレームワークとなることを目的としています。これは、試験ウイルスの調製、試験材料の接種、洗濯プロセスによる洗浄されたアイテムの視覚的および完全性の変化の評価、およびウイルス量の減少の定量化の手順を示しています。さらに、プロトコルは、実験が汚染によって偏っていないことを確認するために必要な品質管理サンプルと、複数の洗濯サイクル後の個人用保護具(PPE)アイテムの物質的完全性を追跡するために記録する必要がある測定/観察について概説しています。プロトコルで提示された代表的な結果は、綿のスクラブ、デニム、および綿のフェイスカバー材料に接種されたPhi6バクテリオファージを使用し、温水洗浄および乾燥プロセスがすべてのサンプルのウイルス量の3ログ(99.9%)の減少で達成されたことを示しています(3ログの削減は、米国環境保護庁の製品性能試験ガイドライン810.2200の消毒剤性能指標です)。ウイルス量の減少は、PPEアイテムのさまざまな場所で均一でした。このウイルス消毒有効性試験プロトコルの結果は、科学界が他の種類の試験ウイルスおよび洗浄手順に対するホームロンダリングの有効性を調査するのに役立つはずです。
コロナウイルス病2019(COVID-19)のパンデミックは、前例のない世界的なサプライチェーンの混乱を引き起こし、必須の個人用保護具(PPE)を含む多くのアイテムの重大な不足につながりました1,2,3。リスクの高い職業の人々は、推奨される危機能力戦略を使用して適応する必要があり、一般の人々は、主にソース管理のためだけでなく、着用者に呼吸保護を提供するために、布素材のフェイスカバーなどの非専門アイテムの使用を採用しました。米国では、特殊な呼吸用保護具(すなわち、N95などのフィルタリング式フェースピース呼吸器(FFR))は、供給不足時にこれらのリスクの高い職業(ヘルスケアなど)の一部のために予約されていました4。重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2(SARS-Cov-2)の感染についてほとんど知られていなかったとき、パンデミック5の初期には、他のさまざまな種類の衣類材料もバリア保護と見なされていました。着用者保護に使用される生地の多様性に伴い、これらのアイテムの使用、再利用、および消毒/除染について疑問が生じました。米国では、フェイスカバーやその他の衣料品の定期的な家庭用機械洗浄により、これらの表面のウイルスが非感染性になることが一般に認められていましたが、この主張を検証するデータはほとんど存在せず、テスト用の公開された実験室プロトコルが不足していました。ここで紹介する研究プロトコルの目的は、ウイルス消毒に関するデータを生成する洗濯研究を実施するための実験室プロセスの例を提供することです。このプロトコルはCOVID-19パンデミック時の研究のために開発されましたが、他のウイルス消毒研究に適応できるフレームワークとなることを目的としています。
病気の伝染における衣服の役割は、定量化するのが難しい概念です。家庭衛生に関する国際科学フォーラムは、感染症の蔓延における衣服の役割のレビューと家庭衛生慣行のリスク評価を実施することにより、この困難な課題を試みました6。この研究には、ウールや綿などのさまざまな種類の布地でのさまざまなウイルス株の生存を調べたいくつかの科学的研究のレビューが含まれていました7,8,9,10,11。各研究は、ワクシニア、ポリオウイルス、呼吸器合胞体ウイルス、ヘルペスウイルス、インフルエンザウイルスなど、さまざまな種類のウイルスに焦点を当てていました。布地上のさまざまなウイルスの生存時間は、ウイルスと材料の組み合わせに応じて30分から5か月の範囲でした。いくつかの研究はまた、材料から手へのウイルス汚染の移動を示しました。出版物の一部として、効果的な洗濯は感染を減らすための重要な管理技術として議論されましたが、病気の負担を減らすための洗濯の影響の大きさは特定のウイルス汚染物質に依存し、定量化が困難であると認識しました7,8,9,10,11。
洗濯プロセスは、化学的、物理的、および熱処理プロセスを使用して微生物を破壊します。たとえば、石鹸と洗剤は土壌を分離し、化学的に媒介された抗菌作用を与える可能性があります。物理的には、希釈と攪拌はウイルス量の減少に役立つ可能性があります。温度と洗剤の有無にかかわらず、工業用および家庭用の洗浄サイクルを使用して綿見本に対するヒトコロナウイルスHCoV-OC43の持続性を調べた研究では、洗剤なしで非加熱水で洗浄した場合、検出可能なウイルスは見つかりませんでしたが、土壌負荷(人工唾液)の存在下では、家庭用洗浄サイクルでは、サンプルの洗剤が検出されないウイルス負荷が必要です12。熱水自体もまた、いくつかの微生物を破壊する効果的な手段を提供することができる13、14。
現在の洗濯慣行の状態を要約した最近の出版物では、布地の構成、保管条件、汚れの負荷、洗濯の温度と時間、乾燥温度などの多くの要因が、洗濯の世界的な慣行で異なることが特定されました15。洗濯は人口の大部分にとって一般的な洗浄方法ですが、既存の慣行のこの大きな違いにより、アイテムがウイルスによって汚染されている可能性がある場合に、これを安全かつ効果的に行う方法についての詳細なガイダンスを発行することは困難でまばらです。COVID-19のパンデミックの間、米国疾病予防管理センター(CDC)は、住宅所有者のためにアイテムを洗浄する方法に関するガイダンスを発行しました16,17。この洗濯ガイダンスの多くは、細菌消毒に関するいくつかの古い研究18,19に基づいており、エンベロープウイルスが洗剤を含む水中で不活化されていることを発見したいくつかのベンチトップ研究によって裏付けられています20,21。ガイダンスは、1)洗剤の製造元の指示に従って、2)最も暖かい適切な水設定を使用し、3)アイテムを完全に乾燥させることに要約できます。これらの推奨事項の理論的根拠は、洗剤で可能な限り暖かいサイクルで洗浄し、完全に(可能であれば熱で)乾燥させると、SARS-CoV-2ウイルスが殺されるというものでした。
洗濯プロセスにおける膨大な数の可能なバリエーションは、変数を分離し、特定のプロセスのウイルス消毒効果をテストできるようにするために、ここに示されているような統一されたプロトコルを必要とします。このプロトコルと説明ビデオの組み合わせの目的は、他の調査研究で複製するための実験室ベースの温水洗浄プロセスを実証することです。さらに、このウイルス消毒効果試験の結果は、ウイルスベースのパンデミック時のホームロンダリングの有効性に対する消費者の信頼を高めるはずです。
このプロトコルは、フルサイズのPPE /衣料品からのウイルス消毒の洗濯効果を評価するための体系的な実験室試験を実行するために開発されました。この手順では、ウイルスの準備、試験材料の接種、洗濯プロセスによるアイテムの変更の評価、および洗濯(洗濯機の洗浄と乾燥)プロセスの結果としてのウイルス量の減少の定量化のための重要なステップの概要を説明します。さらに、プロトコルは、実験が汚染によって偏っていないことを確認するために必要な品質管理サンプルと、複数の洗濯サイクル後のPPEアイテムの材料の完全性を追跡するために記録する必要がある測定/観察について概説しています。Phi6を使用した結果は、このプロトコルで使用された温水洗浄プロセスが、すべてのサンプル(フェイスカバー、スクラブ、デニムパンツ)のウイルス量の3ログを超える減少を達成したことを示しています。ウイルス量の減少はまた、PPE /衣料品のさまざまな場所で均一でした。3対数の削減を実証するために、このプロトコルでは、すべての状況で土壌負荷を代表するとは限らない、高いウイルス量と安定化剤(牛肉抽出物)を使用する必要があります。
ミニ洗濯機とコンパクトドライヤーは、スペースに制約のある環境で実施できる反復実験の数を最適化し、実験中に使用する機器の滅菌と水量を実験室スタッフが管理できるようにするために選択されました。ミニワッシャーを使用した結果、すすぎ手順は、完全に自動化されたほとんどのホームロンダリングアプリケーションと比較して手動で行われました。先進国では洗濯機が主流であることを覚えておくことも重要ですが、手洗いは依然として世界中で実践されています15。さらに、洗濯用のお湯を利用できない人もいれば、機械乾燥ではなく手動で風乾する人もいます。洗濯慣行におけるこれらの違いは、この現在のプロトコルでは対処されていませんが、バケツとクローズラインを使用して洗浄と乾燥のステップを置き換えるなどの小さな変更で簡単に調査できます。
科学文献では、ウイルスで汚染されたフェイスカバーやストリートウェアの洗浄/消毒に本格的に焦点が当てられていません。より一般的には、研究は洗浄と乾燥を繰り返した後のフェイスカバーのろ過性能を評価しますが、ウイルス消毒の有効性は評価しません27,28。例えば、Clappらは、布製マスクと修正された手順マスクのフィットろ過効率を評価し、パフォーマンスに大きなばらつきがあり、簡単な変更でフィット感とろ過効率が向上したことを発見しました29。別の研究では、異なる材料の4つの布マスクのろ過効率を調べました30、ここでもソース管理または個人保護に焦点を当てました。これは、同じ実験室での微生物部分と機械的試験の両方の専門性の欠如が原因である可能性があります。ここで紹介するプロトコルは、消毒効果と材料の劣化の評価を提供します。
使い捨て呼吸用保護具(主にN95)のための多くの除染/消毒方法が最近科学文献31,32,33に発表されました。FFR(N95など)の主な焦点は、医療従事者やその他の最前線の職業に提供する重要な呼吸保護によるものです。呼吸器除染の主な技術には、過酸化水素蒸気(VHP)、紫外線殺菌放射線(UVGI)、およびウイルス不活性化のための湿熱(蒸気)が含まれていました。Viscusiらは、FFRとUVGIの5つの除染方法を評価しました。エチレンオキシドとVHPが最も有望な除染方法であることがわかった31。Fischerらは、SARS-CoV-2による汚染を減らす能力とN95呼吸器機能への影響について、UV光、乾熱、70%エタノール、VHPの4つの異なる除染方法を評価しました32。FFRの効果的な除染技術に関する多くの追加の研究があり、2020年に要約および公開されました33。ただし、これらの特殊な方法は、平均的な家庭や中小企業の所有者が安全に使用するようにアクセスまたは設計されていません。
このプロトコルは、SARS-CoV-2に類似し、スパイクタンパク質を持ち、すべてのテストで同様のサイズ(80-100 nm)34であるエンベロープバクテリオファージであるPhi6を使用して開発されました。Phi6は既知の病原体ではないため、一般的な微生物学的バイオセーフティレベル1(BSL-1)の実験室で操作できます。Phi6に対する有効性は、他のエンベロープウイルスの有効性を示す可能性があるが、関心のある各ウイルスについての経験的検証が必要である35。同様の非病原性ウイルス剤を使用することにより、このプロトコルを他の場所で繰り返し、将来のウイルスの流行/パンデミックの研究に使用できることが期待されています。将来の研究には、洗剤に加えて消毒剤(漂白剤など)の使用、および手洗いとライン乾燥のための標準化されたプロトコルが含まれる可能性があります。
The authors have nothing to disclose.
米国環境保護庁(EPA)は、研究開発局を通じて、EP-C-15-008の下でJacobs Technology Inc.と本書に記載されている研究を指揮しました。IAEAによってレビューされていますが、必ずしもIAEAの見解を反映しているわけではありません。公式の承認を推測するべきではありません。EPAは、商用製品またはサービスの購入または販売を推奨するものではありません。著者らは、EPA RTP微生物学の監督についてEPA請負業者のデニス・アスレット、EPA RTP微生物学ラボでこのプロジェクトに取り組んでくれたブライアン・フォード、レイチェル・バートマンズ、レスリー・メンデス・サンドバル、EPA品質保証レビューを提供してくれたラモーナ・シャーマン、EPA技術レビューを提供してくれたワース・カルフィーとシャノン・セールに感謝したい。
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 |