Ultrazvuk može oštetiti ljusku koronavirusa
Simulacije pokazuju da ultrazvučni valovi mogu razbiti proteinske ljuske virusa i njihove šiljke. To znači da bi se mogao izradli lijek, ali i da bi se koronavirus mogao uništavati mobilnim aplikacijama

Što ako su virusi osjetljivi na ultrazvučne vibracije, i to unutar frekvencija koje se koriste u medicinskoj dijagnostici, zapitali su se istraživači s Odjela za strojarstvo MIT-a i svoja zapažanja objavili u časopisu Journal of the Mechanics and Physics of Solids.
Liječenje ultrazvukom
Kroz računalne simulacije istraživači su modelirali mehanički odgovor virusa na vibracije kroz niz ultrazvučnih frekvencija. Otkrili su da zbog vibracija između 25 i 100 megaherca ljuska viruse i njihovi šiljci pucaju u djeliću milisekunde. Ovaj se učinak vidio u simulacijama virusa u zraku i vodi.
Rezultati su preliminarni i temelje se na ograničenim podacima u vezi s fizičkim svojstvima virusa. Ipak, istraživači kažu kako su njihovi nalazi prvi nagovještaj mogućeg liječenja koronavirusa ultrazvukom, uključujući novi virus SARS-CoV-2. Kako bi se točno liječilo ultrazvukom i koliko bi to učinkovito djelovalo na viruse u ljudskom tijelu, glavna su pitanja koja će znanstvenici morati riješiti u budućnosti.
"Dokazali smo da pri ultrazvučnom uzbuđivanju ljuska i šiljci koronavirusa vibriraju. Amplitude tih vibracija su vrlo velike i čine vidljivu štetu na vanjskoj ljusci i moguće nevidljive štete na RNK virusa iznutra", objašnjava Tomasz Wierzbicki, profesor primijenjene mehanike na MIT-u.
Model strukture virusa
Istraživači s MIT-a fokusirani su na konstrukciju i mehaniku čvrstih tijela te na proučavanje loma materijala pod različitim naprezanjima i deformacijama. Tako su počeli istraživati i mehanički odgovor novog koronavirusa na vibracije. Upotrijebili su jednostavne koncepte mehanike i fizike čvrstog stanja kako bi konstruirali geometrijski i računski model strukture virusa, temeljen na ograničenim informacijama iz znanstvene literature, poput mikroskopskih slika ljuske virusa i njegovih šiljaka.
Iz prethodnih studija znanstvenici su ocrtali opću strukturu koronavirusa, obitelji virusa kojoj pripadaju HIV, gripa i SARS-CoV-2. Ova se struktura sastoji od glatke ljuske lipidnih bjelančevina i gusto nabijenih, šiljatih receptora koji vire iz ljuske.
Držeći se ove geometrije, istraživači su virus modelirali kao tanku elastičnu ljusku prekrivenu sa stotinjak elastičnih bodlji. Budući da su točna fizička svojstva virusa neistražena, istraživači su ponašanje ove jednostavne strukture simulirali elastičnim šiljcima i samom ljuskom.
"Ne znamo svojstva materijala šiljaka jer su jako sitni; jedva 10 nanometara", kaže Wierzbicki. “Još je nam je manje poznato što je unutar virusa, osim da je ispunjen s RNK okruženom proteinskom kapsidnom ljuskom. Dakle, modeliranje je zahtijevalo puno pretpostavki."
Kako su oljuštili ljusku koronavuirusa
Istraživači su u simulacije uveli akustične vibracije i promatrali kako se vibracije raznih ultrazvučnih frekvencija gibaju kroz strukturu virusa. Počeli su s vibracijama od 100 megaherca ili 100 milijuna ciklusa u sekundi. Poznati podaci ukazuju na to da bi to trebale biti prirodne frekvencije titranja ljuske.
Unutar djelića milisekunde vanjske su vibracije, rezonirajući s prirodnim oscilacijama virusa, uzrokovale su da se ljuska i šiljci počnu uvijati, poput lopte koja se ulegne kad se odbija od tla.
Povećanjem amplitude ili intenziteta vibracija ljuska bi počela pucati. Isti akustični fenomen, poznat kao rezonancija, objašnjava zašto neki operni pjevači mogu glasom rasprsnuti čašu. Na nižim frekvencijama od 25 MHz i 50 MHz virus je pucao još brže, kako u simuliranim okruženjima zraka, tako i vode.
Mobilnom aplikacijom protiv virusa
U suradnji sa španjolskim mikrobiolozima učinke ultrazvučnih vibracija proučili su na vrsti koronavirusa koji napadaju isključivo svinje. Ako se eksperimentalno može dokazati da ultrazvuk oštećuje koronaviruse, uključujući SARS-CoV-2, i ako se pokaže da ta oštećenja imaju terapeutski učinak, ultrazvukom bi se mogla liječiti i eventualno sprečavati infekcija koronavirusom.
To nije sve: istraživači također predviđaju da bi se ljudi od virusa mogli štititi minijaturnim ultrazvučnim pretvaračima, ugrađenima u telefone i druge prijenosne uređaje. Dakako, prethodno su potrebna daljnja istraživanja kako bi se potvrdilo može li ultrazvuk doista biti učinkovita strategija liječenja i prevencije protiv koronavirusa.