Znanstvenici ultrazvukom “razbili” viruse gripe i COVID-a u laboratoriju

Ultrazvučni valovi, tehnologija koja se već desetljećima koristi u medicinskoj dijagnostici, mogli bi imati neočekivanu primjenu u borbi protiv virusa. U laboratorijskim pokusima znanstvenici sa Sveučilišta u São Paulu pokazali su da ultrazvuk može fizički oštetiti virusne čestice influence A (H1N1) i virusa SARS-CoV-2, uzročnika bolesti COVID-19.

Rezultat ne znači da je pronađena nova terapija za ljude. No pokazuje da se virusi s vanjskom membranom mogu onesposobiti čistim fizičkim djelovanjem, bez lijekova i kemijskih sredstava.

Virusne čestice popuštaju pod zvučnim valovima

Istraživači su u pokusima koristili ultrazvučne uređaje kakvi se upotrebljavaju u bolnicama. Virusne uzorke izložili su frekvencijama od 3 do 20 megaherca, a zatim promatrali što se događa s njihovom građom.

Mikroskopske vibracije koje stvaraju ultrazvučni valovi bile su dovoljne da naruše vanjsku membranu virusnih čestica. Kod SARS-CoV-2 nakon tretmana je zabilježeno jasno fizičko oštećenje virusne strukture, a sposobnost virusa da zarazi laboratorijski model stanica domaćina snažno se smanjila.

Računalni fizičar Odemir Martinez Bruno sa Sveučilišta u São Paulu usporedio je taj učinak s “borbom protiv virusa vikom”. Prema njegovim riječima, energija zvučnih valova izaziva promjene u obliku virusnih čestica sve dok one ne puknu, slično kao što zrno kukuruza pukne pri nastanku kokice.

Važan detalj je da istraživači nisu vidjeli znakove da je riječ o običnom zagrijavanju uzorka ili kemijskoj promjeni okoliša. Analize su pokazale da su temperatura i pH u okolini stanica ostali stabilni. To upućuje na zaključak da je ključan bio mehanički učinak ultrazvuka na samu virusnu česticu.

Ključ je u rezonanciji, a ne u “sterilizaciji” kakvu već poznajemo

Ultrazvuk se već koristi za sterilizaciju stomatološke i kirurške opreme, ali ondje djeluje drukčiji proces. Riječ je o kavitaciji, pojavi pri kojoj se u tekućini stvaraju i urušavaju sitni mjehurići plina. Takvo urušavanje može razoriti biološki materijal, ali nije selektivno: može oštetiti i tkivo.

Ovdje je istraživače zanimao drugi mehanizam, akustična rezonancija. Ideja je da se frekvencija zvučnog vala poklopi s prirodnom frekvencijom titranja virusne membrane. Kada se to dogodi, vibracije se pojačavaju i virusna čestica postaje nestabilna.

Bruno naglašava da je učinak u velikoj mjeri povezan s geometrijom. Mnogi virusi s vanjskom membranom imaju približno kuglast oblik, a takve čestice mogu učinkovitije apsorbirati energiju ultrazvučnih valova. Ta se energija zatim nakuplja u čestici i dovodi do promjena u strukturi membrane, sve dok ona ne pukne.

Da su čestice drukčijeg oblika, primjerice trokutaste ili četvrtaste, učinak ne bi bio isti. Upravo zato istraživanje ne govori samo o ultrazvuku kao općem sredstvu za uništavanje virusa, nego o preciznom odnosu između frekvencije, oblika čestice i njezine mehaničke osjetljivosti.

Fizički napad na virus, umjesto kemijskog

Jedan od razloga zbog kojih je ova ideja zanimljiva jest to što ne cilja određeni molekularni put u virusu, kao što to čine mnogi lijekovi. Umjesto toga, cilja fizičku strukturu virusne čestice.

To bi, barem u teoriji, moglo biti važno kod virusa koji brzo mutiraju. Mutacije mogu promijeniti proteine, otežati razvoj lijekova ili smanjiti učinkovitost postojećih terapija. No osnovni oblik virusne čestice ne mora se mijenjati na isti način. Ako je ranjivost vezana uz geometriju i membranu, pristup bi mogao ostati učinkovit i kod promijenjenih virusnih varijanti.

Znanstvenici zato već istražuju može li se sličan pristup primijeniti i na druge virusne infekcije, uključujući dengu, ziku i chikungunyu. Sva tri virusa pripadaju skupini virusa s vanjskom membranom, što ih čini mogućim kandidatima za ovakav tip fizičkog napada.

Farmakolog Flávio Protásio Veras sa Sveučilišta u São Paulu ističe da je metoda još daleko od kliničke uporabe, ali da bi mogla biti obećavajuća protiv virusa s vanjskom membranom. Razvoj kemijskih antivirusnih lijekova često je spor i težak, a ultrazvuk pritom ne stvara kemijski otpad, ne opterećuje okoliš i ne bi trebao poticati razvoj virusne otpornosti na isti način kao lijekovi.

Obećavajući pokus, ali još ne liječenje

Istraživanje je zasad provedeno samo u laboratoriju. Nije testirano na životinjama ni na ljudima, a obuhvatilo je samo dvije vrste virusa. To je važna granica koju treba jasno naglasiti.

Prije bilo kakve medicinske primjene znanstvenici moraju precizno odrediti koje frekvencije najbolje djeluju, kako ih sigurno usmjeriti u živom organizmu i može li se željeni učinak postići bez oštećenja okolnih stanica i tkiva. Iako su se modelne stanice u ovim uvjetima pokazale otpornijima od virusnih čestica, laboratorijski sustav nije isto što i ljudsko tijelo.

Ultrazvuk je inače bezbolan, neinvazivan i relativno jednostavan za primjenu, zbog čega se već istražuje u različitim medicinskim područjima, od liječenja boli do onkologije. Novo istraživanje dodaje još jednu moguću primjenu: precizno onesposobljavanje virusa zvučnim valovima.

Ivan Petričević

Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.