Человечество долгое время противостояло вирусным заболеваниям с помощью вакцин и лекарственных средств. Однако вирусы, такие как Covid-19 и грипп, известны своей способностью быстро изменяться и находить способы обходить иммунную защиту организма. Традиционные методы дезинфекции вроде ультрафиолета или мощного промышленного ультразвука отлично справляются со стерилизацией поверхностей, но при применении в живых тканях могут нанести вред здоровым клеткам и органам. До недавнего времени в арсенале ученых не было доступных безопасных физических средств, которые могли бы избирательно разрушать вирусные частицы внутри человеческого тела, не затрагивая его собственные клетки.
Медицинский УЗИ-сканер: привычное устройство — новые возможности
Исследователи обратили внимание на стандартные медицинские аппараты УЗИ, которые широко используются для обследования внутренних органов и не несут угрозы тканям человеческого организма. Данные устройства работают на частотах от трех до двадцати мегагерц и создают слабое акустическое воздействие. В эксперименте ученые облучали ультразвуком растворы живого коронавируса (в том числе штаммы ухань, гамма и дельта), а также вируса гриппа А типа H1N1, находящихся в чашках Петри.
После ультразвуковой обработки специалисты анализировали размеры вирусных частиц с помощью современных методов оценки размера и структуры — лазерного рассеяния света, электронного и атомно-силового микроскопа. Для проверки изменений вирусов исследовали их способность заражать культуру клеток почек обезьяны линии Vero-E6. В качестве контроля такие же клетки подвергались аналогичному облучению ультразвуком на протяжении получаса. В ходе эксперимента строго контролировали температуру и кислотность среды, чтобы исключить химические или тепловые эффекты.
Результаты эксперимента: вирусы без шансов
Поражающие выводы: уже спустя 5-30 минут воздействия ультразвука на частоте 7,5 мегагерца вирусные частицы начинали терять структурную целостность — форма и оболочка разрушались, вирусы распадались на отдельные составляющие. Под микроскопом можно было наблюдать, как оболочки вирусных частиц взрывались, напоминая лопающийся попкорн, а внутренние структуры выходили наружу. После такого воздействия способность коронавируса заражать клетки оказалась практически равной нулю.
Исследователи зафиксировали, что ни температура раствора, ни кислотность не менялись, что доказывает — вирусы разрушались исключительно из-за механического воздействия ультразвуковых волн, а не под действием тепла или химии.
Механизм разрушения: сила акустического резонанса
Ультразвуковой аппарат вызывает у вирусных частиц вибрацию с резонансной частотой. Вирусы — это структуры нанометровых размеров, с определенной толщи оболочкой и свойствами упругости. Эти характеристики точно совпадают с характеристиками волн, излучаемых медицинским УЗИ. В результате вирусная частица начинает интенсивно вибрировать, поглощая энергию звука, что приводит к разрыву оболочки и разрушению ее внутренней структуры. При этом здоровые клетки млекопитающих не восприимчивы к этим частотам, что подтверждено анализом клеток: их морфология остается без изменений, повреждения отсутствуют.
Вперед к новым перспективам ультразвуковой терапии
Итоги исследования вдохновляют на смелый взгляд в будущее современной медицины: борьба с вирусами может перейти из сферы сложной биохимии в область физики, открывая путь новым видам терапии. Исключительная уязвимость вирусов к акустическому резонансу не зависит от видоизменения их генома. Это означает, что ультразвук теоретически способен воздействовать на любые штаммы, даже если вирусы мутируют. Такие методы потенциально дадут возможность безопасно очищать дыхательные пути и внутренние органы от патогенов, не прибегая к тяжелым лекарствам и агрессивным химическим препаратам.
Новые исследования открывают перед медициной блестящие возможности и дарят надежду на эффективные и безопасные методы борьбы с Covid-19, гриппом и другими вирусами. Будущее противостояния инфекциям может стать более безболезненным и щадящим для организма, а привычный медицинский УЗИ-сканер обретет новое, удивительное предназначение.
