In vitro efficacy of an automatic UVC-LED device for disinfection of the stethoscope diaphragm against bacteria, fungi and enveloped respiratory viruses
275 nmで発光する自動UVC-LED装置は、ゲノムに甚大な損傷を与えて感染性を消失させることにより、聴診器のダイアフラム上の広範な薬剤耐性菌、真菌、およびエンベロープを持つ呼吸器ウイルスを効果的に不活化し、不確実な化学的消毒に代わる、操作者に依存しない信頼性の高い選択肢を提供した。
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聴診器は医学において最も信頼されている道具の一つであり、鼓動する心臓や呼吸のリズムを聴き取るためのシンプルな器具である。しかし、患者のケアにおけるその重要性にもかかわらず、それはまた、一日に数十回も人の間を移動する「静かな旅人」でもある。何十年もの間、科学者たちは、聴診器のゴム製ダイアフラム（膜）が患者の皮膚や衣服から細菌、真菌、ウイルスを拾い上げ、感染の架け橋となる可能性があることを知っていた。医師は患者の間で器具を清浄にするよう訓練されているが、多忙なクリニックの現実がしばしばそれを妨げる。清浄作業は、誰かがワイプを取り出し、化学溶液を見つけ、時間をかけて拭き取るという、人間の記憶に依存している。その行動の連鎖が途切れたとき、器具には汚染が残り、次の診察を受ける人へと目に見えない「連れ」を運んでしまうのである。
この問題を解決するために、研究者たちは異なる種類の光に目を向けた。化学薬品や人間の記憶に頼る代わりに、彼らは「紫外線C（UVC）」と呼ばれる特定の種類の不可視光を利用した装置をテストしている。この光は、生細胞内の遺伝物質を直撃し、その指示系統をかき乱すことで、細胞が繁殖できないように作用する。ボタンを押せば自動的に光が仕事を行うため、人がワイプを用意したり、清浄することを忘れたりする必要がなくなる。問題は、小型の自動装置が、一般的な薬に対して耐性を獲得した菌を含む幅広い危険な病原体を死滅させるのに十分な量の光を、聴診器の湾曲した表面に届けられるかどうかである。
イタリアのシエナ大学とVisMederiの研究チームは、まさにこの目的のために設計された新しい自動装置のテストに着手した。この装置には、275ナノメートルのピーク波長で光る3つの小さな発光ダイオードが収められている。この周波数は、遺伝物質にダメージを与えるのに非常に効果的であることで知られている。装置は聴診器のダイアフラムを保持し、150秒間の一定のサイクルを実行するように作られている。これが機能するかどうかを確認するため、研究者たちは実際の患者や汚れた病院の部屋は使用しなかった。代わりに、聴診器の表面を模した透明なクオーツ・ディスクの上に、9種類の細菌と真菌、および4種類の呼吸器ウイルスを含む液滴を置いた、制御された実験室環境を作成した。彼らは、医学界で最も手強いものの一部、すなわち多剤耐性を持つ酵母であるCandida auris（カンジダ・オーリス）、光による殺菌が極めて困難なことで知られるカビ、そして多くの化学物質に耐性を持つ素早く増殖する細菌を含めた。また、硬い表面の上で数日間生存することが知られている、インフルエンザやその他の呼吸器疾患を引き起こすウイルスについてもテストを行った。
結果は決定的なものであった。わずか150秒のサイクルの後、研究者たちはディスク上に置いた液滴の中に、生存している細菌や真菌を一切見つけることができなかった。装置はこれらの病原体の数を少なくとも5桁以上減少させた。これは、彼らの測定機器の検出限界を下回るほどの高い減少レベルである。この結果は、カビや薬剤耐性を持つ酵母を含む、テストされた最も耐性の強い生物に対しても同様であった。ウイルスについても、結果は同様に明白であった。4種類の呼吸器ウイルスは、細胞への感染能力を完全に失った。研究者たちは、細胞培養の中でウイルスを増殖させる試みによってこれを測定したが、光照射後、ウイルスは最低濃度であっても細胞を病気にさせることができなかった。
ウイルスに正確に何が起きたのかを理解するために、科学者たちは単に病原体が生きているかどうか以上に深く観察した。彼らは、長いRNA鎖で構成されるインフルエンザウイルスの遺伝コードを調べた。彼らはコードを読み取るために2つの異なる方法を用いた。第一の方法は、本の中の単語一つを確認するような、非常に短い遺伝コードの断片を探すものであった。この短いチェックでは、ごくわずかな変化しか見られず、ほとんどの遺伝物質がまだ存在していることを示唆していた。しかし、第二の方法は、章全体を読み取ろうとするような、より長い範囲のコードを対象としたものであった。これらの長いセクションを読み取ろうとしたとき、信号は完全に消失した。長い遺伝の鎖は、使い物にならないほど小さな断片へと粉砕されていたのである。これは、光がウイルスを単に隠したり見つけにくくしたりしたのではなく、複製に必要な指示書を物理的に粉砕したことを裏付けている。短い遺伝片が生き残ったのは、それらが小さすぎて、壊れるほどのダメージを受けるのに十分な光を浴びなかったためであるが、長く機能的な鎖は破壊され、ウイルスを無害にしたのである。
この研究は、私たちが通常どのように病原体をテストしているかと、どのように消毒を考えるべきかという決定的な違いを浮き彫りにしている。現代の多くの検査は、表面が汚染されていると言うために、小さな遺伝コードの断片を探すことに依存している。今回の新しい研究は、そのような検査がUVC処理後に誤解を招く可能性があることを示している。つまり、ウイルスが死滅していても、その小さな断片を検出し続け、実際には安全であるにもかかわらず、まだ危険であるかのように見せてしまう可能性があるのだ。この自動装置は、薬剤や光に耐性を持つものを含む、意図的に幅広く設定された病原体パネルを、操作者に依存することなく単一のサイクルで除去できることを証明した。研究者たちは、清潔なラボでの結果は強力であったものの、次のステップは、装置が現実世界の汚れや体液に覆われた聴診器に対しても同様にうまく機能するかどうかを確認することだと指摘している。それまでは、この研究は、自動化された光のサイクルが、人間の努力がしばしば失敗する事柄、すなわち、患者間の医療器具の完全かつ信頼性の高いリセットを実現できるという説得力のある証明を提供している。
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