دانشمندان ویروس کرونا و آنفولانزا را در آزمایشگاه با امواج صوتی از بین میبرند
امواج صوتی که هماکنون در اسکنهای پزشکی استفاده میشوند، ممکن است هدف جدید و شگفتانگیزی داشته باشند: ویروسها.
در آزمایشهای آزمایشگاهی، دانشمندان نشان دادهاند که چگونه امواج فراصوت (اولتراسوند) میتوانند ویروس آنفولانزای A (H1N1) و SARS-CoV-2 (عامل بیماری کووید-۱۹) را تخریب کنند.
آزمایشها نشان داد که ارتعاشات میکروسکوپی ناشی از امواج فراصوت برای پاره کردن غشای اطراف ذرات ویروسی کافی است. این فرایند ویروسها را غیرفعال میکند.
این پژوهش به رهبری تیمی از دانشگاه سائوپائولو در برزیل انجام شده است. روزی این روش میتواند جایگزینی برای داروهای ضدویروسی و مواد ضدعفونیکننده شیمیایی در برابر ویروسهای پوششدار (enveloped viruses) باشد. این ویروسها غشای بیرونی دارند که در برابر حمله آسیبپذیر است.
مبارزه با ویروس با یک فریاد
«ادمیر مارتینز برونو»، فیزیکدان محاسباتی از دانشگاه سائوپائولو، میگوید: «این کار مثل مبارزه با ویروس با یک فریاد است.»
وی افزود: «در این مطالعه ثابت کردیم که انرژی امواج صوتی باعث تغییرات مورفولوژیکی (شکلی) در ذرات ویروسی میشود تا زمانی که منفجر شوند. این پدیده قابل مقایسه با چیزی است که برای پاپکورن اتفاق میافتد.»
آزمایشهای آزمایشگاهی با دستگاههای فراصوتی انجام شد که در بیمارستانها استفاده میشوند. ویروسها در معرض فرکانسهای فراصوت در محدوده ۳ تا ۲۰ مگاهرتز قرار گرفتند.
شواهد واضح از تخریب فیزیکی
محققان از تغییرات فیزیکی تصاویر لحظهای (اسنپشات) گرفتند. سپس آزمایش کردند که آیا نمونههای تیمارشدهٔ SARS-CoV-2 همچنان میتوانند سلولهای میزبان مدل (سلولهای Ver-E6) را آلوده کنند یا نه.
شواهد واضحی از تخریب فیزیکی پوششهای ویروسی وجود داشت. در نتیجه، توانایی SARS-CoV-2 برای آلوده کردن سلولهای میزبان مدل به شدت کاهش یافت.
اصل تشدید صوتی
این روش بر اساس «تشدید صوتی» (acoustic resonance) کار میکند. هم فرکانس فراصوت و هم شکل ذرات ویروسی اهمیت دارند.
ایده این است که فرکانس موج صوتی با فرکانس ارتعاشی طبیعی پوشش ویروسی هماهنگ میشود. این هماهنگی باعث تشدید ارتعاشات میشود که پوشش ویروس را نابود میکند.
اساساً فقط ویروس به انرژی امواج صوتی پاسخ میدهد، نه سلولهای میزبان.
در شرایط آزمایش شده، ذرات ویروسی بسیار آسیبپذیرتر از سلولهای اطراف به نظر میرسیدند.
تحلیلها تأیید کرد که دما و pH سلولهای اطراف پایدار مانده است. این موضوع آسیب حرارتی یا شیمیایی را به عنوان دلیل تخریب ذرات ویروسی رد میکند.
شکل کروی ویروس کلید موفقیت است
محققان همچنین اشاره میکنند که ذرات ویروسی مورد آزمایش کروی هستند. این شکل بهینه برای حساسیت به فراصوت است.
برونو میگوید: «این پدیده کاملاً هندسی است.»
وی توضیح داد: «ذرات کروی، مانند بسیاری از ویروسهای پوششدار، انرژی موج فراصوت را مؤثرتر جذب میکنند. این تجمع انرژی در داخل ذره است که باعث تغییرات در ساختار پوشش ویروسی میشود تا زمانی که پاره شود.»
اگر این ذرات مثلثی یا مربعی بودند، اثرات یکسان نبود.
تفاوت با روش اولتراسوند معمولی
برونو توضیح میدهد: «فراصوت در حال حاضر برای استریل کردن تجهیزات دندانپزشکی و جراحی استفاده میشود. اما این کار از طریق پدیده فیزیکی متفاوتی به نام کاویتاسیون (cavitation) انجام میشود که مواد بیولوژیکی را نابود میکند.»
وی افزود: «کاویتاسیون در فرکانسهای پایین رخ میدهد. هم ویروسها و هم بافتها را از طریق ترکیدن حبابهای گاز نابود میکند. اما تشدید صوتی در فرکانسهای بالا عمل میکند.»
روش فراصوت با تشدید صوتی میتواند برخی محدودیتهای درمانهای دارویی را برطرف کند.
روش جدید اثرات مخرب مشابهی در سلولهای میزبان مدل یا محلول اطراف در شرایط آزمایشگاهی نشان نداد.
مزیت کلیدی: هدف قرار دادن ساختار فیزیکی، نه مسیر مولکولی
از آنجا که هدف یک ساختار فیزیکی است (نه یک مسیر مولکولی خاص)، محققان امیدوارند این روش بتواند با جهشهای ویروس بهتر مقابله کند. زیرا جهشها شکل فیزیکی ذرات ویروسی را تغییر نمیدهند.
تیم تحقیقاتی امیدوار است روش جدید آنها در سایر عفونتهای ویروسی نیز مؤثر باشد. آنها قبلاً بررسی اینکه چگونه میتوان ویروسهای دنگی، زیکا و چیکونگونیا را به همین روش هدف قرار داد را آغاز کردهاند.
مزایای فراصوت
فراصوت معمولاً بدون درد، غیرتهاجمی، نسبتاً آسان برای استفاده و قابل هدفگیری دقیق است. محققان در حال بررسی روشهای جدید مختلفی برای استفاده از آن هستند. از جمله برای تسکین درد در مغز و درمان سرطان.
اما هنوز درمان نیست
یافته حاضر هیجانانگیز است، اما هنوز به مرحله درمان نرسیده است. کارهای زیادی باقی مانده، از جمله تنظیم دقیقتر فرکانسهای فراصوت.
این مطالعه به آزمایشهای آزمایشگاهی محدود بود. هیچ آزمایشی روی حیوانات یا انسان انجام نشد. همچنین فقط روی دو نوع ویروس مختلف آزمایش شده است.
این نقطه شروع قوی است، اما هنوز برای این فناوری روزهای اولیه محسوب میشود.
«فلاویو پروتاسیو وراس»، فارماکولوژیست از دانشگاه سائوپائولو، میگوید: «اگرچه هنوز تا استفاده بالینی فاصله زیادی داریم، این یک استراتژی امیدوارکننده در برابر ویروسهای پوششدار به طور کلی است. زیرا تولید داروهای ضدویروسی شیمیایی پیچیده است و نتایج دشواری به همراه دارد.»
وی افزود: «علاوه بر این، این یک راهحل سبز (دوستدار محیط زیست) است. زباله تولید نمیکند، تأثیر محیطی ندارد و مقاومت ویروسی را نیز ایجاد نمیکند.»
این پژوهش در مجله Scientific Reports منتشر شده است.
