Ультразвуковые волны высокой частоты способны уничтожать респираторные вирусы
Новое исследование показало, что высокочастотный медицинский ультразвук способен разрушать респираторные вирусы, такие как коронавирус и грипп, используя механический резонанс для уничтожения их защитной оболочки без вреда для здоровых клеток организма.
Новое исследование израильских ученых продемонстрировало, что высокочастотные ультразвуковые волны, представляющие собой звуковые колебания чрезвычайно высокой частоты, неразличимые человеческим ухом, способны разрушать структуру респираторных вирусов, включая коронавирус и грипп. Таким образом ультразвук нейтрализует патогены и препятствует успешному заражению ими клеток организма. Данное открытие закладывает фундаментальную основу для потенциального внедрения ультразвуковой терапии — метода, хорошо знакомого по стандартной медицинской диагностике, — в качестве инновационного метода борьбы с вирусными инфекциями.
Главное преимущество подобного терапевтического подхода заключается в том, что он не опирается на токсичные химические вещества, способные нанести ущерб здоровым тканям тела, и не использует биологические лекарства на основе белков или живых клеток. Речь идет о физическом воздействии, позволяющем существенно снизить выраженность побочных эффектов, которые обычно сопровождают медикаментозное лечение. Вирусы представляют собой колоссальную проблему для общественного здравоохранения, во многом из-за высокой скорости изменения их генетического материала. Стремительный темп мутаций позволяет патогенам быстро трансформироваться в новые штаммы, формируя лекарственную устойчивость и преодолевая защитный барьер вакцин.
Физические методы против биологической угрозы
Наряду с традиционными биологическими решениями, такими как вакцины и противовирусные препараты, научное сообщество активно изучает методы физического воздействия на вирусы. Известные физические способы инактивации патогенов, включая ультрафиолетовое излучение или низкочастотный ультразвук, в настоящее время применяются главным образом для стерилизации поверхностей в лабораторных условиях. Причиной тому служит их высокая токсичность для живых организмов: ультрафиолет повреждает кожные покровы и способен спровоцировать развитие онкологических заболеваний, тогда как низкочастотный ультразвук функционирует посредством кавитации — процесса образования в жидкости микроскопических пузырьков, которые мгновенно схлопываются под воздействием давления.
«В процессе кавитации происходит выделение тепла, локальные разрушения среды и образование опасных химических частиц — свободных радикалов, что делает данный механизм непригодным для применения внутри живых тканей и клеток», — отмечают исследователи.
Стремясь найти более безопасную альтернативу, авторы работы решили проверить, способен ли стандартный медицинский ультразвук в диапазоне частот от 3 до 20 мегагерц — то есть от 3 до 20 миллионов колебаний в секунду — повреждать вирусные частицы без образования разрушительных кавитационных пузырьков. Результаты научной работы были официально опубликованы в профильном международном журнале Scientific Reports.
Механизм «эффекта попкорна»
В ходе эксперимента исследователи подвергали растворы со взвесью вирусов воздействию ультразвуковых волн, используя стандартное медицинское оборудование, применяемое в больницах и клиниках. Ученые протестировали образцы вирусов гриппа, а также несколько вариаций коронавируса, начиная с первоначального штамма и заканчивая такими мутациями, как «гамма» и «дельта». Состояние частиц оценивалось при помощи высокомощных микроскопов, позволяющих визуализировать объекты нанометрового масштаба, а параллельно специалисты проверяли способность вирусов заражать клеточные культуры в лабораторных условиях.
Результаты однозначно показали, что ультразвуковые волны наносят критический ущерб структурной целостности патогенов. Под воздействием звуковых волн защитная внешняя оболочка вируса деформировалась, сминалась и полностью разрушалась. Это явление было зафиксировано при помощи микроскопической съемки и получило образное название «эффект попкорна». Вследствие такого физического разрушения способность коронавируса инфицировать клетки резко снизилась, а общий вирусный титр в образцах упал до минимальных значений.
Резонанс вместо нагрева
Ключевое открытие исследования заключается в понимании природы самого процесса: ученые доказали, что разрушение вирусов не было вызвано нагревом жидкости или изменением уровня ее кислотности. Звуковые волны повреждали патогены исключительно за счет механического резонанса. Подобно тому как оперная певица способна расколоть стеклянный бокал, взяв ноту на его собственной резонансной частоте, ультразвуковые волны создавали внутри вирусной оболочки циклическую вибрацию, которая постепенно усиливалась до тех пор, пока защитный слой не разрушался. При этом клетки самого организма-хозяина оставались абсолютно неповрежденными.
Полученные данные открывают перспективы для создания принципиально новых методов лечения вирусных эпидемий. Несмотря на то что все эксперименты пока проводились in vitro вне живого организма, успешное прохождение доклинических и клинических этапов может в будущем позволить комбинировать ультразвуковую терапию с лекарственными препаратами для эффективного подавления инфекций.
