Коронавирус - это микроорганизм с плотно упакованными поверхностными рецепторами, напоминающими колючую корону. Эти шиповидные белки прикрепляются к здоровым клеткам и запускают вторжение вирусной РНК. Хотя геометрия вируса и стратегия заражения в целом понятны, мало что известно о его физической целостности.
Новое исследование, проведенное учеными из отдела машиностроения Массачусетского технологического института, предполагает, что коронавирусы могут быть уязвимы для ультразвуковых колебаний в пределах частот, используемых в медицинской диагностической визуализации. При моделировании установлено, что ультразвуковые волны на частотах медицинской визуализации могут вызвать разрыв оболочки и шипов вируса Команда ученых исследовала механическую реакцию вируса на вибрации в диапазоне ультразвуковых частот. Было обнаружено, что вибрации от 25 до 100 мегагерц заставляли оболочку вируса и шипы разрушаться в течение доли миллисекунды.
Результаты предварительные и основаны на ограниченных данных о физических свойствах вируса. Тем не менее, исследователи утверждают, что их результаты являются новым направлением возможного лечения от коронавирусов с помощью ультразвука, включая новый вирус SARS-CoV-2.
Ранее группа ученых, которая занимаясь механикой твердого тела и конструкций объектов, а также изучением того, как материалы разрушаются при различных напряжениях и деформациях, задавались вопросом, что можно узнать о потенциале разрушения вируса.
Используя концепцию механики и физики твердых тел для построения геометрической и вычислительной модели структуры вируса, команда создала модель вируса в виде тонкой эластичной оболочки, покрытой примерно 100 эластичными шипами.
Когда ученые подвергли вирус ультразвуковому возбуждению с частотой 100 МГц (естественные колебания вируса), в течение доли миллисекунды внешние колебания вошли в резонанс с частотой собственных колебаний вируса, заставляли оболочку и шипы искривляться внутрь, подобно мячу, который покрывается ямочками при отскоке от земли.
По мере увеличения амплитуды или интенсивность вибраций, оболочка разрушалась - акустическое явление, известное как резонанс, которое также объясняет, как оперные певцы могут расколоть рюмку, если поют с правильной высотой тона и громкости.
На более низких частотах 25 МГц и 50 МГц поверхность вируса изгибалась и разрушалась еще быстрее, как в моделируемой среде воздуха, так и в воде, которая по плотности аналогична жидкостям в организме.
Как именно можно применять ультразвук и насколько эффективно он может повредить вирус в рамках сложной структуры человеческого тела, - это одни из основных вопросов, который ученым еще предстоит решать в будущем.
Необходимо провести еще достаточно много исследований, чтобы подтвердить, может ли УЗИ быть эффективной стратегией лечения и профилактики коронавирусов. По мере того как его команда работает над улучшением существующих симуляций новыми экспериментальными данными, работа будет сосредоточена на конкретной механике нового, быстро мутирующего вируса SARS-CoV-2.
Пока исследования произведены на параметрах модели общего семейства коронавирусов, а теперь конкретно будет рассмотрена морфология и геометрия Covid-19. Потенциал научной работы может быть очень важным в текущей критической ситуации.