中文网站
Οι παθογόνες ιογενείς λοιμώξεις έχουν γίνει ένα σημαντικό πρόβλημα δημόσιας υγείας παγκοσμίως. Οι ιοί μπορούν να μολύνουν όλους τους κυτταρικούς οργανισμούς και να προκαλέσουν ποικίλους βαθμούς τραυματισμού και βλάβης, οδηγώντας σε ασθένειες, ακόμη και θάνατο. Με την επικράτηση ιών υψηλής παθογένειας, όπως ο κορονοϊός 2 του σοβαρού οξέος αναπνευστικού συνδρόμου (SARS-CoV-2), υπάρχει επείγουσα ανάγκη να αναπτυχθούν αποτελεσματικές και ασφαλείς μέθοδοι για την απενεργοποίηση παθογόνων ιών. Οι παραδοσιακές μέθοδοι απενεργοποίησης παθογόνων ιών είναι πρακτικές, αλλά έχουν ορισμένους περιορισμούς. Με τα χαρακτηριστικά της υψηλής διεισδυτικής ισχύος, του φυσικού συντονισμού και της μη ρύπανσης, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα έχουν γίνει μια πιθανή στρατηγική για την απενεργοποίηση παθογόνων ιών και προσελκύουν αυξανόμενη προσοχή. Αυτό το άρθρο παρέχει μια επισκόπηση πρόσφατων δημοσιεύσεων σχετικά με την επίδραση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στους παθογόνους ιούς και τους μηχανισμούς τους, καθώς και τις προοπτικές χρήσης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων για την απενεργοποίηση παθογόνων ιών, καθώς και νέες ιδέες και μεθόδους για τέτοια απενεργοποίηση.
Πολλοί ιοί εξαπλώνονται γρήγορα, επιμένουν για μεγάλο χρονικό διάστημα, είναι εξαιρετικά παθογόνοι και μπορούν να προκαλέσουν παγκόσμιες επιδημίες και σοβαρούς κινδύνους για την υγεία. Η πρόληψη, η ανίχνευση, οι εξετάσεις, η εξάλειψη και η θεραπεία είναι βασικά βήματα για την αναχαίτιση της εξάπλωσης του ιού. Η ταχεία και αποτελεσματική εξάλειψη των παθογόνων ιών περιλαμβάνει προφυλακτική, προστατευτική και εξάλειψη της πηγής. Η απενεργοποίηση των παθογόνων ιών μέσω φυσιολογικής καταστροφής για τη μείωση της μολυσματικότητας, της παθογένειας και της αναπαραγωγικής τους ικανότητας είναι μια αποτελεσματική μέθοδος για την εξάλειψή τους. Οι παραδοσιακές μέθοδοι, συμπεριλαμβανομένης της υψηλής θερμοκρασίας, των χημικών ουσιών και της ιονίζουσας ακτινοβολίας, μπορούν να απενεργοποιήσουν αποτελεσματικά τους παθογόνους ιούς. Ωστόσο, αυτές οι μέθοδοι εξακολουθούν να έχουν ορισμένους περιορισμούς. Επομένως, εξακολουθεί να υπάρχει επείγουσα ανάγκη ανάπτυξης καινοτόμων στρατηγικών για την απενεργοποίηση των παθογόνων ιών.
Η εκπομπή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων έχει τα πλεονεκτήματα της υψηλής διεισδυτικής ισχύος, της ταχείας και ομοιόμορφης θέρμανσης, του συντονισμού με μικροοργανισμούς και της απελευθέρωσης πλάσματος, και αναμένεται να γίνει μια πρακτική μέθοδος για την απενεργοποίηση παθογόνων ιών [1,2,3]. Η ικανότητα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων να απενεργοποιούν παθογόνους ιούς αποδείχθηκε τον τελευταίο αιώνα [4]. Τα τελευταία χρόνια, η χρήση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων για την απενεργοποίηση παθογόνων ιών έχει προσελκύσει αυξανόμενη προσοχή. Αυτό το άρθρο συζητά την επίδραση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στους παθογόνους ιούς και τους μηχανισμούς τους, το οποίο μπορεί να χρησιμεύσει ως χρήσιμος οδηγός για βασική και εφαρμοσμένη έρευνα.
Τα μορφολογικά χαρακτηριστικά των ιών μπορούν να αντικατοπτρίζουν λειτουργίες όπως η επιβίωση και η μολυσματικότητα. Έχει αποδειχθεί ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, ιδιαίτερα τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα εξαιρετικά υψηλής συχνότητας (UHF) και εξαιρετικά υψηλής συχνότητας (EHF), μπορούν να διαταράξουν τη μορφολογία των ιών.
Ο βακτηριοφάγος MS2 (MS2) χρησιμοποιείται συχνά σε διάφορους ερευνητικούς τομείς, όπως η αξιολόγηση της απολύμανσης, η κινητική μοντελοποίηση (υδατική) και ο βιολογικός χαρακτηρισμός ιικών μορίων [5, 6]. Ο Wu διαπίστωσε ότι τα μικροκύματα στα 2450 MHz και 700 W προκάλεσαν συσσωμάτωση και σημαντική συρρίκνωση των υδρόβιων φάγων MS2 μετά από 1 λεπτό άμεσης ακτινοβολίας [1]. Μετά από περαιτέρω έρευνα, παρατηρήθηκε επίσης ένα σπάσιμο στην επιφάνεια του φάγου MS2 [7]. Ο Kaczmarczyk [8] εξέθεσε εναιωρήματα δειγμάτων κορωνοϊού 229E (CoV-229E) σε χιλιοστομετρικά κύματα με συχνότητα 95 GHz και πυκνότητα ισχύος 70 έως 100 W/cm2 για 0,1 s. Μεγάλες οπές μπορούν να βρεθούν στο τραχύ σφαιρικό κέλυφος του ιού, γεγονός που οδηγεί στην απώλεια του περιεχομένου του. Η έκθεση σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορεί να είναι καταστροφική για τις ιικές μορφές. Ωστόσο, οι αλλαγές στις μορφολογικές ιδιότητες, όπως το σχήμα, η διάμετρος και η ομαλότητα της επιφάνειας, μετά την έκθεση στον ιό με ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία είναι άγνωστες. Επομένως, είναι σημαντικό να αναλυθεί η σχέση μεταξύ μορφολογικών χαρακτηριστικών και λειτουργικών διαταραχών, η οποία μπορεί να παράσχει πολύτιμους και βολικούς δείκτες για την αξιολόγηση της απενεργοποίησης του ιού [1].
Η ιική δομή συνήθως αποτελείται από ένα εσωτερικό νουκλεϊκό οξύ (RNA ή DNA) και ένα εξωτερικό καψίδιο. Τα νουκλεϊκά οξέα καθορίζουν τις γενετικές και αντιγραφικές ιδιότητες των ιών. Το καψίδιο είναι το εξωτερικό στρώμα των κανονικά διατεταγμένων πρωτεϊνικών υπομονάδων, το βασικό σκελετό και αντιγονικό συστατικό των ιικών σωματιδίων, και προστατεύει επίσης τα νουκλεϊκά οξέα. Οι περισσότεροι ιοί έχουν μια δομή περιβλήματος που αποτελείται από λιπίδια και γλυκοπρωτεΐνες. Επιπλέον, οι πρωτεΐνες του περιβλήματος καθορίζουν την εξειδίκευση των υποδοχέων και χρησιμεύουν ως τα κύρια αντιγόνα που μπορεί να αναγνωρίσει το ανοσοποιητικό σύστημα του ξενιστή. Η πλήρης δομή διασφαλίζει την ακεραιότητα και τη γενετική σταθερότητα του ιού.
Έρευνες έχουν δείξει ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, ιδιαίτερα τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα UHF, μπορούν να βλάψουν το RNA των ιών που προκαλούν ασθένειες. Ο Wu [1] εξέθεσε απευθείας το υδατικό περιβάλλον του ιού MS2 σε μικροκύματα 2450 MHz για 2 λεπτά και ανέλυσε τα γονίδια που κωδικοποιούν την πρωτεΐνη Α, την πρωτεΐνη καψιδίου, την πρωτεΐνη ρεπλικάσης και την πρωτεΐνη διάσπασης με ηλεκτροφόρηση πηκτής και αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης αντίστροφης μεταγραφής (RT-PCR). Αυτά τα γονίδια καταστράφηκαν προοδευτικά με την αυξανόμενη πυκνότητα ισχύος και εξαφανίστηκαν ακόμη και στην υψηλότερη πυκνότητα ισχύος. Για παράδειγμα, η έκφραση του γονιδίου της πρωτεΐνης Α (934 bp) μειώθηκε σημαντικά μετά από έκθεση σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα με ισχύ 119 και 385 W και εξαφανίστηκε εντελώς όταν η πυκνότητα ισχύος αυξήθηκε στα 700 W. Αυτά τα δεδομένα δείχνουν ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορούν, ανάλογα με τη δόση, να καταστρέψουν τη δομή των νουκλεϊκών οξέων των ιών.
Πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει ότι η επίδραση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στις παθογόνες ιικές πρωτεΐνες βασίζεται κυρίως στην έμμεση θερμική τους επίδραση στους μεσολαβητές και στην έμμεση επίδρασή τους στη σύνθεση πρωτεϊνών λόγω της καταστροφής των νουκλεϊκών οξέων [1, 3, 8, 9]. Ωστόσο, οι αθερμικές επιδράσεις μπορούν επίσης να αλλάξουν την πολικότητα ή τη δομή των ιικών πρωτεϊνών [1, 10, 11]. Η άμεση επίδραση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σε θεμελιώδεις δομικές/μη δομικές πρωτεΐνες, όπως οι πρωτεΐνες καψιδίου, οι πρωτεΐνες περιβλήματος ή οι πρωτεΐνες ακίδας παθογόνων ιών, απαιτεί περαιτέρω μελέτη. Πρόσφατα έχει προταθεί ότι 2 λεπτά ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας σε συχνότητα 2,45 GHz με ισχύ 700 W μπορούν να αλληλεπιδράσουν με διαφορετικά κλάσματα πρωτεϊνικών φορτίων μέσω του σχηματισμού θερμών σημείων και ταλαντωτικών ηλεκτρικών πεδίων μέσω καθαρά ηλεκτρομαγνητικών επιδράσεων [12].
Το περίβλημα ενός παθογόνου ιού σχετίζεται στενά με την ικανότητά του να μολύνει ή να προκαλεί ασθένειες. Αρκετές μελέτες έχουν αναφέρει ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα UHF και μικροκυμάτων μπορούν να καταστρέψουν τα περιβλήματα των ιών που προκαλούν ασθένειες. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, διακριτές οπές μπορούν να ανιχνευθούν στο ιικό περίβλημα του κορωνοϊού 229E μετά από έκθεση 0,1 δευτερολέπτου στο χιλιοστομετρικό κύμα των 95 GHz σε πυκνότητα ισχύος 70 έως 100 W/cm2 [8]. Η επίδραση της συντονισμένης μεταφοράς ενέργειας των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων μπορεί να προκαλέσει αρκετή πίεση για να καταστρέψει τη δομή του περιβλήματος του ιού. Για τους ιούς με περίβλημα, μετά τη ρήξη του περιβλήματος, η μολυσματικότητα ή κάποια δραστηριότητα συνήθως μειώνεται ή χάνεται εντελώς [13, 14]. Ο Yang [13] εξέθεσε τον ιό της γρίπης H3N2 (H3N2) και τον ιό της γρίπης H1N1 (H1N1) σε μικροκύματα στα 8,35 GHz, 320 W/m² και 7 GHz, 308 W/m², αντίστοιχα, για 15 λεπτά. Για να συγκριθούν τα σήματα RNA παθογόνων ιών που εκτέθηκαν σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα και ένα κατακερματισμένο μοντέλο που καταψύχθηκε και αποψύχθηκε αμέσως σε υγρό άζωτο για αρκετούς κύκλους, πραγματοποιήθηκε RT-PCR. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα σήματα RNA των δύο μοντέλων είναι πολύ συνεπή. Αυτά τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η φυσική δομή του ιού διαταράσσεται και η δομή του περιβλήματος καταστρέφεται μετά την έκθεση σε ακτινοβολία μικροκυμάτων.
Η δραστηριότητα ενός ιού μπορεί να χαρακτηριστεί από την ικανότητά του να μολύνει, να αναπαράγεται και να μεταγράφει. Η μολυσματικότητα ή η δραστηριότητα του ιού συνήθως αξιολογείται μετρώντας τους ιικούς τίτλους χρησιμοποιώντας δοκιμασίες πλάκας, μέση μολυσματική δόση καλλιέργειας ιστών (TCID50) ή δραστηριότητα γονιδίου αναφοράς λουσιφεράσης. Μπορεί όμως επίσης να αξιολογηθεί απευθείας με την απομόνωση ζωντανού ιού ή με την ανάλυση του ιικού αντιγόνου, της πυκνότητας των ιικών σωματιδίων, της επιβίωσης του ιού κ.λπ.
Έχει αναφερθεί ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα UHF, SHF και EHF μπορούν να απενεργοποιήσουν άμεσα ιικά αερολύματα ή υδατογενείς ιούς. Ο Wu [1] εξέθεσε αερόλυμα βακτηριοφάγου MS2 που δημιουργήθηκε από εργαστηριακό νεφελοποιητή σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα συχνότητας 2450 MHz και ισχύος 700 W για 1,7 λεπτά, ενώ το ποσοστό επιβίωσης του βακτηριοφάγου MS2 ήταν μόνο 8,66%. Όπως και με το ιικό αερολύματα MS2, το 91,3% του υδατικού MS2 απενεργοποιήθηκε εντός 1,5 λεπτού μετά την έκθεση στην ίδια δόση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Επιπλέον, η ικανότητα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας να απενεργοποιεί τον ιό MS2 συσχετίστηκε θετικά με την πυκνότητα ισχύος και τον χρόνο έκθεσης. Ωστόσο, όταν η απόδοση απενεργοποίησης φτάσει στη μέγιστη τιμή της, η απόδοση απενεργοποίησης δεν μπορεί να βελτιωθεί αυξάνοντας τον χρόνο έκθεσης ή αυξάνοντας την πυκνότητα ισχύος. Για παράδειγμα, ο ιός MS2 είχε ελάχιστο ποσοστό επιβίωσης από 2,65% έως 4,37% μετά από έκθεση σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα 2450 MHz και 700 W, και δεν βρέθηκαν σημαντικές αλλαγές με την αύξηση του χρόνου έκθεσης. Ο Siddharta [3] ακτινοβόλησε ένα εναιώρημα κυτταροκαλλιέργειας που περιείχε τον ιό της ηπατίτιδας C (HCV)/ιό ανθρώπινης ανοσοανεπάρκειας τύπου 1 (HIV-1) με ηλεκτρομαγνητικά κύματα συχνότητας 2450 MHz και ισχύος 360 W. Διαπίστωσαν ότι οι τίτλοι του ιού μειώθηκαν σημαντικά μετά από 3 λεπτά έκθεσης, υποδεικνύοντας ότι η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία είναι αποτελεσματική έναντι της μολυσματικότητας του HCV και του HIV-1 και βοηθά στην πρόληψη της μετάδοσης του ιού ακόμη και όταν εκτίθενται μαζί. Κατά την ακτινοβόληση κυτταροκαλλιεργειών HCV και εναιωρημάτων HIV-1 με ηλεκτρομαγνητικά κύματα χαμηλής ισχύος συχνότητας 2450 MHz, 90 W ή 180 W, δεν παρατηρήθηκε καμία αλλαγή στον τίτλο του ιού, που καθορίστηκε από τη δραστικότητα αναφοράς λουσιφεράσης, και παρατηρήθηκε σημαντική αλλαγή στη μολυσματικότητα του ιού. Στα 600 και 800 W για 1 λεπτό, η μολυσματικότητα και των δύο ιών δεν μειώθηκε σημαντικά, κάτι που πιστεύεται ότι σχετίζεται με την ισχύ της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και τον χρόνο έκθεσης σε κρίσιμη θερμοκρασία.
Ο Kaczmarczyk [8] κατέδειξε για πρώτη φορά τη θνησιμότητα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων EHF έναντι υδατογενών παθογόνων ιών το 2021. Εξέθεσαν δείγματα κορωνοϊού 229E ή ιού πολιομυελίτιδας (PV) σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα συχνότητας 95 GHz και πυκνότητας ισχύος 70 έως 100 W/cm2 για 2 δευτερόλεπτα. Η απόδοση απενεργοποίησης των δύο παθογόνων ιών ήταν 99,98% και 99,375%, αντίστοιχα, γεγονός που υποδηλώνει ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα EHF έχουν ευρείες προοπτικές εφαρμογής στον τομέα της απενεργοποίησης ιών.
Η αποτελεσματικότητα της απενεργοποίησης ιών με UHF έχει επίσης αξιολογηθεί σε διάφορα μέσα, όπως το μητρικό γάλα και ορισμένα υλικά που χρησιμοποιούνται συνήθως στο σπίτι. Οι ερευνητές εξέθεσαν μάσκες αναισθησίας μολυσμένες με αδενοϊό (ADV), ιό πολιομυελίτιδας τύπου 1 (PV-1), ιό έρπητα 1 (HV-1) και ρινοϊό (RHV) σε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία συχνότητας 2450 MHz και ισχύος 720 watt. Ανέφεραν ότι οι δοκιμές για τα αντιγόνα ADV και PV-1 έγιναν αρνητικές και οι τίτλοι HV-1, PIV-3 και RHV μειώθηκαν στο μηδέν, υποδεικνύοντας πλήρη απενεργοποίηση όλων των ιών μετά από 4 λεπτά έκθεσης [15, 16]. Ο Elhafi [17] εξέθεσε άμεσα επιχρίσματα μολυσμένα με τον ιό της λοιμώδους βρογχίτιδας των πτηνών (IBV), τον πνευμονοϊό των πτηνών (APV), τον ιό της νόσου του Newcastle (NDV) και τον ιό της γρίπης των πτηνών (AIV) σε φούρνο μικροκυμάτων 2450 MHz και 900 W. Έχασαν τη μολυσματικότητά τους. Μεταξύ αυτών, ο ιός APV και ο IBV ανιχνεύθηκαν επιπλέον σε καλλιέργειες τραχειακών οργάνων που ελήφθησαν από έμβρυα κοτόπουλου 5ης γενιάς. Παρόλο που ο ιός δεν μπορούσε να απομονωθεί, το ιικό νουκλεϊκό οξύ ανιχνεύθηκε με RT-PCR. Ο Ben-Shoshan [18] εξέθεσε απευθείας ηλεκτρομαγνητικά κύματα 2450 MHz, 750 W σε 15 δείγματα μητρικού γάλακτος θετικά για κυτταρομεγαλοϊό (CMV) για 30 δευτερόλεπτα. Η ανίχνευση αντιγόνου με Shell-Vial έδειξε πλήρη απενεργοποίηση του CMV. Ωστόσο, στα 500 W, 2 από τα 15 δείγματα δεν πέτυχαν πλήρη απενεργοποίηση, γεγονός που υποδηλώνει θετική συσχέτιση μεταξύ της αποτελεσματικότητας απενεργοποίησης και της ισχύος των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.
Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι ο Yang [13] προέβλεψε τη συχνότητα συντονισμού μεταξύ ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και ιών με βάση καθιερωμένα φυσικά μοντέλα. Ένα εναιώρημα σωματιδίων ιού H3N2 με πυκνότητα 7,5 × 1014 m-3, που παρήχθη από νεφρικά κύτταρα σκύλου Madin Darby (MDCK) ευαίσθητα στον ιό, εκτέθηκε απευθείας σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα με συχνότητα 8 GHz και ισχύ 820 W/m² για 15 λεπτά. Το επίπεδο απενεργοποίησης του ιού H3N2 φτάνει το 100%. Ωστόσο, σε ένα θεωρητικό όριο 82 W/m2, μόνο το 38% του ιού H3N2 απενεργοποιήθηκε, γεγονός που υποδηλώνει ότι η αποτελεσματικότητα της απενεργοποίησης του ιού που προκαλείται από ηλεκτρομαγνητικά κύματα σχετίζεται στενά με την πυκνότητα ισχύος. Με βάση αυτή τη μελέτη, ο Barbora [14] υπολόγισε το εύρος συντονισμένων συχνοτήτων (8,5–20 GHz) μεταξύ των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και του SARS-CoV-2 και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι 7,5 × 1014 m-3 SARS-CoV-2 που εκτέθηκαν σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Ένα κύμα με συχνότητα 10-17 GHz και πυκνότητα ισχύος 14,5 ± 1 W/m2 για περίπου 15 λεπτά θα οδηγήσει σε 100% απενεργοποίηση. Μια πρόσφατη μελέτη του Wang [19] έδειξε ότι οι συντονισμένες συχνότητες του SARS-CoV-2 είναι 4 και 7,5 GHz, επιβεβαιώνοντας την ύπαρξη συντονισμένων συχνοτήτων ανεξάρτητων από τον τίτλο του ιού.
Συμπερασματικά, μπορούμε να πούμε ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορούν να επηρεάσουν τα αερολύματα και τα αιωρήματα, καθώς και τη δραστηριότητα των ιών σε επιφάνειες. Διαπιστώθηκε ότι η αποτελεσματικότητα της απενεργοποίησης σχετίζεται στενά με τη συχνότητα και την ισχύ των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και το μέσο που χρησιμοποιείται για την ανάπτυξη του ιού. Επιπλέον, οι ηλεκτρομαγνητικές συχνότητες που βασίζονται σε φυσικούς συντονισμούς είναι πολύ σημαντικές για την απενεργοποίηση των ιών [2, 13]. Μέχρι σήμερα, η επίδραση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στη δραστηριότητα των παθογόνων ιών επικεντρώνεται κυρίως στην αλλαγή της μολυσματικότητας. Λόγω του πολύπλοκου μηχανισμού, αρκετές μελέτες έχουν αναφέρει την επίδραση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στην αντιγραφή και τη μεταγραφή των παθογόνων ιών.
Οι μηχανισμοί με τους οποίους τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα απενεργοποιούν τους ιούς σχετίζονται στενά με τον τύπο του ιού, τη συχνότητα και την ισχύ των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, καθώς και με το περιβάλλον ανάπτυξης του ιού, αλλά παραμένουν σε μεγάλο βαθμό ανεξερεύνητοι. Πρόσφατη έρευνα έχει επικεντρωθεί στους μηχανισμούς της θερμικής, αθερμικής και δομικής συντονισμένης μεταφοράς ενέργειας.
Ως θερμική επίδραση νοείται η αύξηση της θερμοκρασίας που προκαλείται από την περιστροφή υψηλής ταχύτητας, τη σύγκρουση και την τριβή πολικών μορίων στους ιστούς υπό την επίδραση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Λόγω αυτής της ιδιότητας, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορούν να αυξήσουν τη θερμοκρασία του ιού πάνω από το όριο φυσιολογικής ανοχής, προκαλώντας τον θάνατο του ιού. Ωστόσο, οι ιοί περιέχουν λίγα πολικά μόρια, γεγονός που υποδηλώνει ότι οι άμεσες θερμικές επιδράσεις στους ιούς είναι σπάνιες [1]. Αντίθετα, υπάρχουν πολύ περισσότερα πολικά μόρια στο μέσο και το περιβάλλον, όπως τα μόρια του νερού, τα οποία κινούνται σύμφωνα με το εναλλασσόμενο ηλεκτρικό πεδίο που διεγείρεται από τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, παράγοντας θερμότητα μέσω τριβής. Η θερμότητα στη συνέχεια μεταφέρεται στον ιό για να αυξήσει τη θερμοκρασία του. Όταν ξεπεραστεί το όριο ανοχής, τα νουκλεϊκά οξέα και οι πρωτεΐνες καταστρέφονται, γεγονός που τελικά μειώνει τη μολυσματικότητα και ακόμη και απενεργοποιεί τον ιό.
Αρκετές ομάδες έχουν αναφέρει ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορούν να μειώσουν τη μολυσματικότητα των ιών μέσω θερμικής έκθεσης [1, 3, 8]. Ο Kaczmarczyk [8] εξέθεσε εναιωρήματα του κορωνοϊού 229E σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα συχνότητας 95 GHz με πυκνότητα ισχύος 70 έως 100 W/cm² για 0,2-0,7 s. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η αύξηση της θερμοκρασίας κατά 100°C κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας συνέβαλε στην καταστροφή της μορφολογίας του ιού και στη μείωση της δραστηριότητας του. Αυτές οι θερμικές επιδράσεις μπορούν να εξηγηθούν από τη δράση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στα περιβάλλοντα μόρια νερού. Ο Siddharta [3] ακτινοβόλησε εναιωρήματα κυτταροκαλλιέργειας που περιείχαν HCV διαφορετικών γονότυπων, συμπεριλαμβανομένων των GT1a, GT2a, GT3a, GT4a, GT5a, GT6a και GT7a, με ηλεκτρομαγνητικά κύματα συχνότητας 2450 MHz και ισχύος 90 W και 180 W, 360 W, 600 W και 800 W. Με την αύξηση της θερμοκρασίας του μέσου κυτταροκαλλιέργειας από 26°C σε 92°C, η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μείωσε τη μολυσματικότητα του ιού ή τον αδρανοποίησε πλήρως. Ωστόσο, ο HCV εκτέθηκε σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα για μικρό χρονικό διάστημα σε χαμηλή ισχύ (90 ή 180 W, 3 λεπτά) ή υψηλότερη ισχύ (600 ή 800 W, 1 λεπτό), ενώ δεν υπήρξε σημαντική αύξηση της θερμοκρασίας και δεν παρατηρήθηκε σημαντική αλλαγή στη μολυσματικότητα ή τη δραστηριότητα του ιού.
Τα παραπάνω αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι η θερμική επίδραση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων είναι ένας βασικός παράγοντας που επηρεάζει τη μολυσματικότητα ή τη δραστηριότητα των παθογόνων ιών. Επιπλέον, πολυάριθμες μελέτες έχουν δείξει ότι η θερμική επίδραση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας απενεργοποιεί τους παθογόνους ιούς πιο αποτελεσματικά από την UV-C και τη συμβατική θέρμανση [8, 20, 21, 22, 23, 24].
Εκτός από τις θερμικές επιδράσεις, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορούν επίσης να αλλάξουν την πολικότητα μορίων όπως οι μικροβιακές πρωτεΐνες και τα νουκλεϊκά οξέα, προκαλώντας την περιστροφή και τη δόνηση των μορίων, με αποτέλεσμα τη μειωμένη βιωσιμότητα ή ακόμη και τον θάνατο [10]. Πιστεύεται ότι η ταχεία αλλαγή της πολικότητας των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων προκαλεί πόλωση των πρωτεϊνών, η οποία οδηγεί σε συστροφή και καμπυλότητα της πρωτεϊνικής δομής και, τελικά, σε μετουσίωση των πρωτεϊνών [11].
Η μη θερμική επίδραση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στην απενεργοποίηση του ιού παραμένει αμφιλεγόμενη, αλλά οι περισσότερες μελέτες έχουν δείξει θετικά αποτελέσματα [1, 25]. Όπως αναφέραμε παραπάνω, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορούν να διεισδύσουν άμεσα στην πρωτεΐνη του περιβλήματος του ιού MS2 και να καταστρέψουν το νουκλεϊκό οξύ του ιού. Επιπλέον, τα αερολύματα του ιού MS2 είναι πολύ πιο ευαίσθητα στα ηλεκτρομαγνητικά κύματα από το υδατικό MS2. Λόγω των λιγότερο πολικών μορίων, όπως τα μόρια νερού, στο περιβάλλον που περιβάλλει τα αερολύματα του ιού MS2, οι αθερμικές επιδράσεις μπορεί να διαδραματίσουν βασικό ρόλο στην απενεργοποίηση του ιού που προκαλείται από ηλεκτρομαγνητικά κύματα [1].
Το φαινόμενο του συντονισμού αναφέρεται στην τάση ενός φυσικού συστήματος να απορροφά περισσότερη ενέργεια από το περιβάλλον του στη φυσική του συχνότητα και μήκος κύματος. Ο συντονισμός εμφανίζεται σε πολλά μέρη της φύσης. Είναι γνωστό ότι οι ιοί συντονίζονται με μικροκύματα της ίδιας συχνότητας σε περιορισμένη ακουστική διπολική λειτουργία, ένα φαινόμενο συντονισμού [2, 13, 26]. Οι συντονισμένοι τρόποι αλληλεπίδρασης μεταξύ ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος και ενός ιού προσελκύουν όλο και περισσότερη προσοχή. Η επίδραση της αποτελεσματικής μεταφοράς ενέργειας δομικού συντονισμού (SRET) από ηλεκτρομαγνητικά κύματα σε κλειστές ακουστικές ταλαντώσεις (CAV) σε ιούς μπορεί να οδηγήσει σε ρήξη της ιικής μεμβράνης λόγω αντίθετων δονήσεων πυρήνα-καψιδίου. Επιπλέον, η συνολική αποτελεσματικότητα του SRET σχετίζεται με τη φύση του περιβάλλοντος, όπου το μέγεθος και το pH του ιικού σωματιδίου καθορίζουν τη συχνότητα συντονισμού και την απορρόφηση ενέργειας, αντίστοιχα [2, 13, 19].
Η φυσική επίδραση συντονισμού των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων παίζει βασικό ρόλο στην απενεργοποίηση των ιών με περίβλημα, οι οποίοι περιβάλλονται από μια διπλοστιβάδα μεμβράνης ενσωματωμένη σε ιικές πρωτεΐνες. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η απενεργοποίηση του H3N2 από ηλεκτρομαγνητικά κύματα συχνότητας 6 GHz και πυκνότητας ισχύος 486 W/m² προκλήθηκε κυρίως από τη φυσική ρήξη του κελύφους λόγω της επίδρασης συντονισμού [13]. Η θερμοκρασία του εναιωρήματος H3N2 αυξήθηκε μόνο κατά 7°C μετά από 15 λεπτά έκθεσης, ωστόσο, για την απενεργοποίηση του ανθρώπινου ιού H3N2 με θερμική θέρμανση, απαιτείται θερμοκρασία άνω των 55°C [9]. Παρόμοια φαινόμενα έχουν παρατηρηθεί για ιούς όπως ο SARS-CoV-2 και ο H3N1 [13, 14]. Επιπλέον, η απενεργοποίηση των ιών από ηλεκτρομαγνητικά κύματα δεν οδηγεί στην υποβάθμιση των γονιδιωμάτων του ιικού RNA [1,13,14]. Έτσι, η απενεργοποίηση του ιού H3N2 προωθήθηκε από φυσικό συντονισμό και όχι από θερμική έκθεση [13].
Σε σύγκριση με τη θερμική επίδραση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, η απενεργοποίηση ιών μέσω φυσικού συντονισμού απαιτεί χαμηλότερες παραμέτρους δόσης, οι οποίες είναι κάτω από τα πρότυπα ασφαλείας μικροκυμάτων που έχουν θεσπιστεί από το Ινστιτούτο Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών (IEEE) [2, 13]. Η συχνότητα συντονισμού και η δόση ισχύος εξαρτώνται από τις φυσικές ιδιότητες του ιού, όπως το μέγεθος των σωματιδίων και η ελαστικότητα, και όλοι οι ιοί εντός της συχνότητας συντονισμού μπορούν να στοχευθούν αποτελεσματικά για απενεργοποίηση. Λόγω του υψηλού ρυθμού διείσδυσης, της απουσίας ιονίζουσας ακτινοβολίας και της καλής ασφάλειας, η απενεργοποίηση του ιού που προκαλείται από την αθερμική επίδραση του CPET είναι πολλά υποσχόμενη για τη θεραπεία κακοήθων ανθρώπινων ασθενειών που προκαλούνται από παθογόνους ιούς [14, 26].
Με βάση την εφαρμογή της απενεργοποίησης ιών στην υγρή φάση και στην επιφάνεια διαφόρων μέσων, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορούν να αντιμετωπίσουν αποτελεσματικά τα ιικά αερολύματα [1, 26], κάτι που αποτελεί σημαντική ανακάλυψη και έχει μεγάλη σημασία για τον έλεγχο της μετάδοσης του ιού και την πρόληψη της μετάδοσης του ιού στην κοινωνία. Επιπλέον, η ανακάλυψη των φυσικών ιδιοτήτων συντονισμού των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων έχει μεγάλη σημασία σε αυτόν τον τομέα. Εφόσον είναι γνωστή η συχνότητα συντονισμού ενός συγκεκριμένου ιού και τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, όλοι οι ιοί εντός του εύρους συχνότητας συντονισμού του τραύματος μπορούν να στοχευθούν, κάτι που δεν μπορεί να επιτευχθεί με τις παραδοσιακές μεθόδους απενεργοποίησης ιών [13,14,26]. Η ηλεκτρομαγνητική απενεργοποίηση ιών είναι μια πολλά υποσχόμενη έρευνα με μεγάλη ερευνητική και εφαρμοσμένη αξία και δυνατότητες.
Σε σύγκριση με την παραδοσιακή τεχνολογία εξόντωσης ιών, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα έχουν τα χαρακτηριστικά απλής, αποτελεσματικής και πρακτικής προστασίας του περιβάλλοντος κατά την εξόντωση ιών λόγω των μοναδικών φυσικών ιδιοτήτων τους [2, 13]. Ωστόσο, πολλά προβλήματα παραμένουν. Πρώτον, η σύγχρονη γνώση περιορίζεται στις φυσικές ιδιότητες των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και ο μηχανισμός αξιοποίησης ενέργειας κατά την εκπομπή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων δεν έχει αποκαλυφθεί [10, 27]. Τα μικροκύματα, συμπεριλαμβανομένων των χιλιοστομετρικών κυμάτων, έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως για τη μελέτη της απενεργοποίησης ιών και των μηχανισμών της, ωστόσο, δεν έχουν αναφερθεί μελέτες ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σε άλλες συχνότητες, ειδικά σε συχνότητες από 100 kHz έως 300 MHz και από 300 GHz έως 10 THz. Δεύτερον, ο μηχανισμός εξόντωσης παθογόνων ιών από ηλεκτρομαγνητικά κύματα δεν έχει διευκρινιστεί και έχουν μελετηθεί μόνο σφαιρικοί και ραβδόμορφοι ιοί [2]. Επιπλέον, τα σωματίδια του ιού είναι μικρά, χωρίς κύτταρα, μεταλλάσσονται εύκολα και εξαπλώνονται γρήγορα, γεγονός που μπορεί να αποτρέψει την απενεργοποίηση του ιού. Η τεχνολογία ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων χρειάζεται ακόμη βελτίωση για να ξεπεραστεί το εμπόδιο της απενεργοποίησης παθογόνων ιών. Τέλος, η υψηλή απορρόφηση ακτινοβολούμενης ενέργειας από πολικά μόρια στο μέσο, όπως τα μόρια νερού, έχει ως αποτέλεσμα την απώλεια ενέργειας. Επιπλέον, η αποτελεσματικότητα του SRET μπορεί να επηρεαστεί από διάφορους άγνωστους μηχανισμούς σε ιούς [28]. Το φαινόμενο SRET μπορεί επίσης να τροποποιήσει τον ιό ώστε να προσαρμοστεί στο περιβάλλον του, με αποτέλεσμα την αντίσταση στα ηλεκτρομαγνητικά κύματα [29].
Στο μέλλον, η τεχνολογία απενεργοποίησης ιών χρησιμοποιώντας ηλεκτρομαγνητικά κύματα χρειάζεται περαιτέρω βελτίωση. Η βασική επιστημονική έρευνα θα πρέπει να στοχεύει στη διαλεύκανση του μηχανισμού απενεργοποίησης ιών από ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Για παράδειγμα, ο μηχανισμός χρήσης της ενέργειας των ιών όταν εκτίθενται σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα, ο λεπτομερής μηχανισμός της μη θερμικής δράσης που σκοτώνει παθογόνους ιούς και ο μηχανισμός του φαινομένου SRET μεταξύ ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και διαφόρων τύπων ιών θα πρέπει να διασαφηνιστούν συστηματικά. Η εφαρμοσμένη έρευνα θα πρέπει να επικεντρωθεί στον τρόπο πρόληψης της υπερβολικής απορρόφησης ενέργειας ακτινοβολίας από πολικά μόρια, στη μελέτη της επίδρασης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων διαφορετικών συχνοτήτων σε διάφορους παθογόνους ιούς και στη μελέτη των μη θερμικών επιδράσεων των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στην καταστροφή παθογόνων ιών.
Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα έχουν γίνει μια πολλά υποσχόμενη μέθοδος για την απενεργοποίηση παθογόνων ιών. Η τεχνολογία ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων έχει τα πλεονεκτήματα της χαμηλής ρύπανσης, του χαμηλού κόστους και της υψηλής απόδοσης απενεργοποίησης παθογόνων ιών, γεγονός που μπορεί να ξεπεράσει τους περιορισμούς της παραδοσιακής τεχνολογίας προστασίας από ιούς. Ωστόσο, απαιτείται περαιτέρω έρευνα για τον προσδιορισμό των παραμέτρων της τεχνολογίας ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και την αποσαφήνιση του μηχανισμού απενεργοποίησης ιών.
Μια ορισμένη δόση ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας κυμάτων μπορεί να καταστρέψει τη δομή και τη δραστηριότητα πολλών παθογόνων ιών. Η αποτελεσματικότητα της απενεργοποίησης των ιών σχετίζεται στενά με τη συχνότητα, την πυκνότητα ισχύος και τον χρόνο έκθεσης. Επιπλέον, οι πιθανοί μηχανισμοί περιλαμβάνουν θερμικές, αθερμικές και δομικές επιδράσεις συντονισμού της μεταφοράς ενέργειας. Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές τεχνολογίες κατά των ιών, η απενεργοποίηση ιών που βασίζεται σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα έχει τα πλεονεκτήματα της απλότητας, της υψηλής απόδοσης και της χαμηλής ρύπανσης. Επομένως, η απενεργοποίηση ιών που προκαλείται από ηλεκτρομαγνητικά κύματα έχει γίνει μια πολλά υποσχόμενη τεχνική κατά των ιών για μελλοντικές εφαρμογές.
U Yu. Επίδραση της μικροκυματικής ακτινοβολίας και του ψυχρού πλάσματος στη δραστηριότητα των βιοαεροζόλ και στους σχετικούς μηχανισμούς. Πανεπιστήμιο Πεκίνου. Έτος 2013.
Sun CK, Tsai YC, Chen Ye, Liu TM, Chen HY, Wang HC et al. Συντονισμένη διπολική σύζευξη μικροκυμάτων και περιορισμένες ακουστικές ταλαντώσεις σε βακουλοϊούς. Επιστημονική έκθεση 2017; 7(1):4611.
Siddharta A, Pfaender S, Malassa A, Doerrbecker J, Anggakusuma, Engelmann M, et al. Απενεργοποίηση του HCV και του HIV με μικροκύματα: μια νέα προσέγγιση για την πρόληψη της μετάδοσης του ιού μεταξύ των χρηστών ενέσιμων ναρκωτικών. Επιστημονική έκθεση 2016; 6:36619.
Yan SX, Wang RN, Cai YJ, Song YL, Qv HL. Διερεύνηση και Πειραματική Παρατήρηση της Μόλυνσης Νοσοκομειακών Εγγράφων με Απολύμανση με Μικροκύματα [J] Chinese Medical Journal. 1987; 4:221-2.
Sun Wei Προκαταρκτική μελέτη του μηχανισμού απενεργοποίησης και της αποτελεσματικότητας του διχλωροϊσοκυανικού νατρίου έναντι του βακτηριοφάγου MS2. Πανεπιστήμιο Sichuan. 2007.
Yang Li Προκαταρκτική μελέτη της επίδρασης απενεργοποίησης και του μηχανισμού δράσης της ο-φθαλαλδεΰδης στον βακτηριοφάγο MS2. Πανεπιστήμιο Sichuan. 2007.
Wu Ye, κα Yao. Απενεργοποίηση ενός αερομεταφερόμενου ιού in situ με ακτινοβολία μικροκυμάτων. Κινεζικό Επιστημονικό Δελτίο. 2014;59(13):1438-45.
Kachmarchik LS, Marsai KS, Shevchenko S., Pilosof M., Levy N., Einat M. et al. Οι κορωνοϊοί και οι ιοί πολιομυελίτιδας είναι ευαίσθητοι σε βραχείς παλμούς ακτινοβολίας κυκλοτρονίου ζώνης W. Επιστολή για την περιβαλλοντική χημεία. 2021;19(6):3967-72.
Yonges M, Liu VM, van der Vries E, Jacobi R, Pronk I, Boog S, et al. Απενεργοποίηση του ιού της γρίπης για μελέτες αντιγονικότητας και δοκιμασίες αντοχής σε φαινοτυπικούς αναστολείς νευραμινιδάσης. Journal of Clinical Microbiology. 2010;48(3):928-40.
Zou Xinzhi, Zhang Lijia, Liu Yujia, Li Yu, Zhang Jia, Lin Fujia, et al. Επισκόπηση της αποστείρωσης σε φούρνο μικροκυμάτων. Επιστήμη μικροθρεπτικών στοιχείων του Γκουανγκντόνγκ. 2013; 20 (6): 67-70.
Li Jizhi. Μη θερμικές βιολογικές επιδράσεις των μικροκυμάτων σε μικροοργανισμούς τροφίμων και τεχνολογία αποστείρωσης με μικροκύματα [Πανεπιστήμιο JJ Southwestern Nationalities (Έκδοση Φυσικών Επιστημών). 2006; 6:1219–22.
Afagi P, Lapolla MA, Gandhi K. Αποδιάταξη πρωτεΐνης αιχμής SARS-CoV-2 κατά την αθερμική ακτινοβολία μικροκυμάτων. Επιστημονική έκθεση 2021; 11(1):23373.
Yang SC, Lin HC, Liu TM, Lu JT, Hong WT, Huang YR, et al. Αποδοτική δομική συντονισμένη μεταφορά ενέργειας από μικροκύματα σε περιορισμένες ακουστικές ταλαντώσεις σε ιούς. Επιστημονική έκθεση 2015; 5:18030.
Barbora A, Minnes R. Στοχευμένη αντιιική θεραπεία με μη ιονίζουσα ακτινοβολία για τον SARS-CoV-2 και προετοιμασία για μια ιογενή πανδημία: μέθοδοι, μέθοδοι και σημειώσεις πρακτικής για κλινική εφαρμογή. PLOS One. 2021;16(5):e0251780.
Yang Huiming. Αποστείρωση με μικροκύματα και παράγοντες που την επηρεάζουν. Κινέζικο Ιατρικό Περιοδικό. 1993;(04):246-51.
Page WJ, Martin WG Επιβίωση μικροβίων σε φούρνους μικροκυμάτων. Μπορείτε να J Microorganisms. 1978;24(11):1431-3.
Elhafi G., Naylor SJ, Savage KE, Jones RS Η επεξεργασία με μικροκύματα ή αυτόκλειστο καταστρέφει τη μολυσματικότητα του ιού της λοιμώδους βρογχίτιδας και του πνευμονοϊού των πτηνών, αλλά επιτρέπει την ανίχνευσή τους χρησιμοποιώντας αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης αντίστροφης μεταγραφάσης. ασθένεια πουλερικών. 2004;33(3):303-6.
Ben-Shoshan M., Mandel D., Lubezki R., Dollberg S., Mimouni FB Εξάλειψη του κυτταρομεγαλοϊού από το μητρικό γάλα σε μικροκύματα: πιλοτική μελέτη. Ιατρική θηλασμού. 2016;11:186-7.
Wang PJ, Pang YH, Huang SY, Fang JT, Chang SY, Shih SR, κ.ά. Απορρόφηση συντονισμού μικροκυμάτων του ιού SARS-CoV-2. Επιστημονική Έκθεση 2022; 12(1): 12596.
Sabino CP, Sellera FP, Sales-Medina DF, Machado RRG, Durigon EL, Freitas-Junior LH, κ.λπ. Θανατηφόρα δόση UV-C (254 nm) του SARS-CoV-2. Φωτοδιαγνωστικά Photodyne Ther. 2020;32:101995.
Storm N, McKay LGA, Downs SN, Johnson RI, Birru D, de Samber M, κ.λπ. Ταχεία και πλήρης απενεργοποίηση του SARS-CoV-2 από την υπεριώδη ακτινοβολία UV-C. Επιστημονική Έκθεση 2020; 10(1):22421.
Ώρα δημοσίευσης: 21 Οκτωβρίου 2022
Ρυθμίσεις απορρήτου