Fale dźwiękowe mogą kojarzyć się z badaniem USG, a nie z walką z wirusami. Tymczasem naukowcy z Uniwersytetu w São Paulo pokazali, że odpowiednio dobrane ultradźwięki niszczą wirusy COVID-19 i grypy w warunkach laboratoryjnych. To jeszcze nie jest gotowa terapia, ale kierunek badań wygląda bardzo obiecująco.
Ultradźwięki niszczą wirusy COVID-19 i grypy w laboratorium
Zespół badaczy z Brazylii sprawdził, jak wirusy reagują na fale ultradźwiękowe o wysokiej częstotliwości. W eksperymentach wykorzystano wirusa grypy A H1N1 oraz SARS-CoV-2, czyli wirusa odpowiedzialnego za COVID-19.
Wyniki były wyraźne: mikroskopijne drgania wywołane ultradźwiękami uszkadzały otoczkę wirusa. To właśnie ta zewnętrzna błona chroni cząstkę wirusową i pomaga jej zakażać komórki. Gdy zostaje rozerwana, wirus traci zdolność działania.
Jeden z autorów badania, fizyk obliczeniowy Odemir Martinez Bruno, porównał ten mechanizm do „walki z wirusem krzykiem”. Chodzi oczywiście nie o zwykły dźwięk słyszalny dla człowieka, ale o precyzyjnie dobrane fale ultradźwiękowe.
Jak fale dźwiękowe rozrywają wirusa?
Kluczowe jest zjawisko rezonansu akustycznego. W dużym uproszczeniu działa to tak: jeśli częstotliwość fali dźwiękowej pasuje do naturalnej częstotliwości drgań otoczki wirusa, drgania zaczynają się wzmacniać. Cząstka wirusa pochłania energię, a jej struktura zostaje naruszona.
Badacze porównali to do popcornu. Ziarno nagrzewa się i w końcu pęka. Tutaj nie chodzi jednak o temperaturę, tylko o energię drgań. Wirus nie „gotuje się”, lecz zostaje mechanicznie uszkodzony.
W eksperymentach użyto ultradźwięków o częstotliwości od 3 do 20 MHz. Co ważne, były to częstotliwości z zakresu wykorzystywanego już w urządzeniach medycznych, między innymi w aparatach ultrasonograficznych.
Dlaczego wirusy były bardziej podatne niż komórki?
To jeden z najciekawszych elementów badania. Naukowcy zauważyli, że cząsteczki wirusów były znacznie bardziej wrażliwe na działanie fal niż komórki gospodarza użyte w modelu laboratoryjnym.
Duże znaczenie ma tutaj kształt. Badane wirusy mają kulistą budowę, a taka geometria sprzyja pochłanianiu energii ultradźwięków. Według badaczy to właśnie dlatego energia gromadzi się w otoczce wirusa i prowadzi do jej pęknięcia.
Gdyby cząstki miały inny kształt, na przykład bardziej kanciasty, efekt mógłby być słabszy. To pokazuje, że metoda nie działa „magicznie” na wszystko, ale zależy od fizycznych właściwości konkretnego wirusa.
To nie jest zwykła dezynfekcja ultradźwiękami
Ultradźwięki są już wykorzystywane między innymi do czyszczenia i sterylizacji sprzętu medycznego. Tam często działa inne zjawisko: kawitacja. Polega ono na powstawaniu i zapadaniu się mikroskopijnych pęcherzyków gazu. Taki proces potrafi niszczyć materiał biologiczny, ale może być też zbyt agresywny dla tkanek.
W nowym badaniu chodzi o coś innego. Naukowcy skupili się na rezonansie akustycznym przy wysokich częstotliwościach. Według autorów eksperymentów taki mechanizm może celować bardziej w same cząsteczki wirusa, bez uszkadzania komórek gospodarza w tych samych warunkach laboratoryjnych.
Badacze sprawdzili również, czy efekt nie wynikał po prostu ze zmiany temperatury albo pH. Analiza wykazała, że te parametry pozostały stabilne. To sugeruje, że wirusy nie zostały zniszczone przez ciepło ani chemiczne zmiany środowiska, lecz przez działanie mechaniczne fal ultradźwiękowych.
Czy ultradźwięki mogą zastąpić leki przeciwwirusowe?
Na razie nie. To trzeba powiedzieć jasno. Badanie wykonano w laboratorium, a nie na ludziach. Nie ma jeszcze mowy o gotowej metodzie leczenia COVID-19, grypy czy innych infekcji wirusowych.
Mimo to pomysł jest interesujący z kilku powodów.
Po pierwsze, ultradźwięki są nieinwazyjne, stosunkowo łatwe do ukierunkowania i od dawna obecne w medycynie. Po drugie, metoda nie atakuje konkretnej ścieżki biochemicznej wirusa, ale jego fizyczną strukturę. To może mieć znaczenie przy wirusach, które szybko mutują.
Jeśli wirus zmienia fragmenty swojego materiału genetycznego, lek chemiczny może działać słabiej. Ale jeśli ogólny kształt i budowa otoczki pozostają podobne, podejście oparte na rezonansie może teoretycznie zachować skuteczność. To jednak nadal hipoteza wymagająca dalszych badań.
Naukowcy chcą sprawdzić kolejne wirusy
Zespół z Uniwersytetu w São Paulo nie zamierza zatrzymywać się na SARS-CoV-2 i grypie A. Badacze rozpoczęli już prace nad tym, czy podobny mechanizm można wykorzystać przeciwko innym wirusom, między innymi wirusom denga, Zika i chikungunya.
To ważne, bo wiele groźnych patogenów ma otoczkę lipidową. Jeżeli uda się potwierdzić, że odpowiednie ultradźwięki mogą ją niszczyć bez szkodzenia komórkom, powstałaby zupełnie nowa droga walki z infekcjami.
Nie chodzi tylko o leczenie. W przyszłości taka technologia mogłaby zostać wykorzystana również jako alternatywa dla chemicznych środków dezynfekujących. Autorzy badania podkreślają, że byłoby to rozwiązanie bardziej ekologiczne, bo nie generowałoby odpadów chemicznych i nie sprzyjałoby rozwojowi oporności wirusów.
Obiecujące, ale jeszcze bardzo wczesne badania
To odkrycie brzmi efektownie, ale wymaga chłodnej oceny. Na ten moment mówimy o eksperymentach laboratoryjnych. Nie przeprowadzono jeszcze badań na zwierzętach ani na ludziach. Sprawdzono tylko dwa typy wirusów. Trzeba też precyzyjnie ustalić, jakie częstotliwości są skuteczne i bezpieczne w bardziej złożonych warunkach biologicznych.
Mimo tych ograniczeń badanie pokazuje coś ważnego: z wirusami można walczyć nie tylko chemią, ale także fizyką. Jeśli dalsze prace potwierdzą skuteczność i bezpieczeństwo tej metody, ultradźwięki mogą stać się jednym z nowych narzędzi w walce z chorobami wirusowymi.
Na razie to nie przełom gotowy do szpitali, ale mocny sygnał, że w znanych technologiach medycznych wciąż mogą kryć się zupełnie nowe zastosowania.
Badania opublikowano w czasopiśmie Scientific Reports .