Ультразвук уничтожил вирусы COVID-19 и гриппа в лабораторных условиях

Новости МирТесен

Бразильские физики и вирусологи установили, что высокочастотный ультразвук способен разрушать липидную оболочку респираторных вирусов, тем самым снижая их способность к заражению клеток. Используя обычный диагностический аппарат ультразвукового исследования, исследователи определили резонансную частоту, которая приводит к фрагментации частиц SARS-CoV-2 и вируса гриппа. Это излучение, безопасное для человека, воздействует на патогены как на физическое средство, против которого вирусы не могут приобрести устойчивость посредством мутаций.

Врачи обычно используют для борьбы с вирусными инфекциями химические лекарства и вакцины, но патогены обладают способностью к быстрой мутации и преодолению иммунной защиты. Методы физической дезинфекции, например, обработка ультрафиолетовым излучением или применение промышленных низкочастотных ультразвуковых волн (которые вызывают кавитацию – разрушительное закипание жидкости), эффективно стерилизуют поверхности, но могут травмировать живые ткани. Ранее не существовало физического инструмента, позволяющего уничтожать вирусы непосредственно в организме пациента, не нанося вреда его собственным клеткам.

Авторы исследования, опубликованного в журнале Scientific Reports, в ходе экспериментов были протестированы обычные медицинские УЗИ-сканеры, применяемые в клиниках для обследования внутренних органов. Эти устройства функционируют на частотах от трех до 20 мегагерц, используя при этом небольшую мощность акустических волн. Физики воздействовали ультразвуком на чашки Петри, содержащие образцы живого коронавируса (включая штаммы «Ухань», «гамма» и «дельта») и вируса гриппа А (H1N1).

Для определения размера частиц применяли метод лазерной динамической световой рассеяния, а их структуру исследовали с использованием сканирующей электронной и атомно-силовой микроскопии. На завершающем этапе биологи оценили, не утратили ли вирусы способность вызывать инфекцию: они провели попытку заражения культуры клеток почек обезьяны (линия Vero-E6) обработанными патогенами. В качестве контроля, аналогичное получасовое облучение ультразвуком было применено и к самой культуре живых клеток. В течение всех этапов непрерывно измерялись температура и кислотность (pH) среды.

В ходе исследования было установлено, что воздействие ультразвука с частотой 7,5 мегагерца в течение 5–30 минут приводит к деформации вирусов или их полному разрушению. При рассмотрении под микроскопом сферические вирусы напоминали разорванный попкорн: их липидная оболочка была повреждена, и содержимое – нуклеопротеины – оказалось высвобожденным. Вследствие этого, способность штамма коронавируса, известного как «уханьский», проникать в клетки значительно снизилась, практически достигнув нуля.

Температура и pH в пробирках не изменились во время облучения. Это свидетельствует о том, что деструкция вирусных частиц произошла не вследствие нагревания или химической реакции, а только под воздействием механических факторов.

Согласно результатам исследований, причиной разрушения послужил акустический резонанс. Определенные физические характеристики вируса – его нанометровый размер, толщина оболочки и упругость – оказались в резонанс с мегагерцовыми частотами ультразвукового аппарата. Вирус поглотил кинетическую энергию акустической волны, что привело к его интенсивным вибрациям и последующему разрушению. Микроскопические исследования показали, что клетки млекопитающих не реагируют на данную частоту: клеточные культуры, подвергшиеся облучению, сохранили обычный внешний вид и не получили повреждений.

Изучение взаимодействия вирусов с окружающей средой сдвигает акцент с биохимических процессов на механические. Какой бы мутации ни подвергался вирус, он продолжает оставаться наноразмерной сферой с липидной оболочкой, обладающей чувствительностью к акустическим колебаниям. Ученые предполагают, что ультразвуковая терапия в перспективе может стать универсальным методом дезинфекции дыхательных путей и других органов, исключающим использование медикаментозных препаратов.