O strukturi koronavirusa dosad se jako puno doznalo, no o njezinom fizičkom integritetu, s druge strane, malo toga se zna. No, to je promijenila studija znanstvenika s MIT-ja koja sugerira da su koronavirusi možda ranjivi na vibracije uzrokovane ultrazvučnim valovima i to na frekvencijama koje se koriste i za medicinsku dijagnostiku.
Pročitajte i ovo
Putem računalnih simulacija, tim s MIT-ja modelirao je mehaničku reakciju koronavirusa na vibracije sa šireg frekvencijskog područja. Otkrili su da vibracije između 25 i 100 megaHertza pokreću urušavanje i pucanje opne virusa i njegovih šiljastih proteina i to u djeliću milisekunde. Taj efekt zabilježen je u simulacijama virusa u zraku i u vodi.
Dobiveni rezultati preliminarnog su karaktera i bazirani na ograničenim podacima koji se odnose na fizičke karakteristike virusa. Ipak, znanstvenici kažu da je njihovo istraživanje prvi korak prema mogućem liječenju za koronaviruse na bazi ultrazvuka, a to uključuje i novi koronavirus, odnosno SARS-CoV-2.
Kako bi se točno ti ultrazvučni valovi primijenili na pacijentu i koliko bi bili učinkoviti u oštećivnaju virusa unutar kompleksnog ljudskog tkiva, važna su pitanja na koja znanstvenici tek trebaju pronaći odgovore u daljenjem radu.
Dokazali smo da će pod ultrazvučnim pobuđivanjem opna koronavirusa i njegovih šiljaka vibrirati te da će amplituda tih vibracija biti vrlo velika, proizvodeći pritisak koji može slomiti dijelove virusa, čineći vidljivu štetu na opni te moguće i oku nevidljivu štetu RNK u samom virusu, kaže Tomasz Wierzbicki, profesor primijenjene mehanike na MIT-ju.
Znanstvenici su koristili jednostavne koncepte mehanike i fizike čvrstih objekata kako bi konstruirali geometrijski računalni model strukture virusa, koji su bazirali na ograničenim informacijama iz znanstvene literature, poput mikroskopskih slika opne virusa i njegovih šiljastih proteina.
Isto tako, temeljem prethodnih studija mapirali su generalnu strukturu obitelji koronavirusa, u koju spadaju i virusi HIV-a, influence te SARS-CoV-2 soj. Struktura koju su konstruirali sastoji se od proteina lipida te zgusnutih šiljastih receptora koji strše iz vanjske opne virusa.
S takvom geometrijom u vidu, tim je modelirao virus kao tanku elastičnu ljusku prekrivenu s oko 100 elastičnih šiljaka. Obzirom da su stvarne fizičke karakteristike virusa nepoznate, MIT-jevci su simulirali ponašanje te jednostavne strukture na različitim razinama elastičnosti, kako same ljuske, tako i šiljaka koji iz nje strše.
Uvjereni smo da je taj elastični model dobra početna točka. Pravo pitanje je kakvi su stresovi i naprezanja koja će uzrokovati puknuće virusa?, kaže Wierzbicki.
Kako bi odgovorili na to pitanje, izložili su taj elastični model akustičnim vibracijama u simulacijama te promatrali kako zvučni valovi stvaraju mreškanja kroz model virusa na čitavom nizu zvučnih frekvencija.
Počeli su sa frekvencijom od 100 Mhz, odnosno milijun ciklusa u sekundi, jer su pretpostavili da je to prirodna frekvencija na kojoj vibrira i opna koronavirusa, a tu pretpostavku bazirali su na poznatim informacijama o fizičkoj strukturi koronavirusa.
Isprva se nije ništa dogodilo, no nakon što je prošla frakcija milisekunde, vanjske vibracije rezonirale su s prirodnom frekvencijom virusa te uzrokovale urušavanje opne i šiljaka virusa.
Kako su spuštali frekvenciju niže, efekt na virus je bio dramatičniji pa se tako na frekvencijma između 50 i 25 Mhz, virus još brže urušio, kako u simuliranim uvjetima u zraku, tako i u vodi slične gustoće onoj tekućinama u ljudskom tijelu.
Te frekvencije i intenziteti su u rangu koji se na siguran način koristi u dijagnostičke svrhe, pojasnio je Wierzbicki.
Znanstvenici se nadaju da će njihova studija potaknuti multidisciplinarnu raspravu.
Studija je objavljena u znanstvenom časopisu Journal of the Mechanics and Physics of Solids.
Izvor: MIT
