Медицинский ультразвук научили уничтожать вирусы COVID-19 и гриппа без вреда для клеток

Врачи десятилетиями полагаются на химические препараты и вакцины, но вирусы быстро мутируют и обходят иммунную защиту. Физические методы дезинфекции — например, ультрафиолет или промышленный низкочастотный ультразвук — эффективно стерилизуют поверхности, но повреждают живые ткани. До сих пор у медиков не было безопасного физического инструмента, который мог бы уничтожать вирусы прямо внутри организма.

Как проверяли ультразвук на вирусах

Авторы работы из Бразилии протестировали стандартные медицинские УЗИ-сканеры, которые клиники применяют для осмотра внутренних органов. Эти аппараты работают на высоких частотах — от 3 до 20 мегагерц — при малой мощности акустической волны. Физики облучали ультразвуком чашки Петри со взвесями живого коронавируса (штаммы «Ухань», «гамма» и «дельта») и вируса гриппа А (H1N1).

Размер частиц после облучения измеряли методом лазерного динамического рассеяния света, а структуру изучали с помощью сканирующего электронного и атомно-силового микроскопов. Затем биологи проверяли, сохранили ли вирусы инфекционность: они пытались заразить обработанными патогенами культуру клеток почек обезьяны (линия Vero-E6). Контрольную культуру тех же клеток тоже подвергли аналогичному получасовому облучению УЗИ. Во время всех процедур датчики непрерывно фиксировали температуру и кислотность жидкости.

Вирусы «лопаются как попкорн»

Эксперимент показал, что после 5–30 минут УЗИ-терапии на частоте 7,5 мегагерца вирусы теряют форму или распадаются на фрагменты. Под микроскопом сферические частицы выглядели как лопнувший попкорн: их липидная оболочка порвалась, а внутренние нуклеопротеины вышли наружу. После такой обработки способность уханьского штамма коронавируса проникать в клетки упала почти до нуля.

Показатели температуры и pH в пробирках оставались неизменными на протяжении всего облучения. Это доказывает, что вирусные частицы разрушились не от нагрева или химической реакции, а исключительно от механического воздействия. Ученые установили, что причиной стал акустический резонанс: физические параметры вируса — его нанометровый размер, толщина оболочки и упругость — идеально совпали с мегагерцовыми частотами аппарата УЗИ. Частица поглотила кинетическую энергию волны, начала сильно вибрировать и разорвалась.

Микроскопия подтвердила, что клетки млекопитающих эту частоту игнорируют: облученные контрольные клеточные культуры сохранили нормальную морфологию и не получили никаких повреждений.

Новая эра борьбы с вирусами

Исследование переводит борьбу с вирусами из области биохимии в область механики. Независимо от того, как мутирует вирус, он остается наноразмерной сферой с липидной оболочкой, уязвимой для акустического резонанса. Авторы полагают, что в будущем ультразвуковая терапия может стать универсальным способом очистки дыхательных путей и других органов от патогенов без применения тяжелой фармакологии.