Elektromagnetinių bangų poveikis patogeniniams virusams ir susijusiems mechanizmams: apžvalga žurnale „Virusologija“

Patogeninės virusinės infekcijos tapo didele visuomenės sveikatos problema visame pasaulyje. Virusai gali užkrėsti visus ląstelinius organizmus ir sukelti įvairaus laipsnio sužalojimus bei žalą, dėl kurių gali išsivystyti ligos ir net mirtis. Dėl didelio patogeniškumo virusų, tokių kaip sunkios ūminės respiracinės sindromo koronavirusas 2 (SARS-CoV-2), paplitimo reikia skubiai sukurti veiksmingus ir saugius patogeninių virusų inaktyvavimo metodus. Tradiciniai patogeninių virusų inaktyvavimo metodai yra praktiški, tačiau turi tam tikrų apribojimų. Dėl didelės skvarbos, fizinio rezonanso ir taršos nebuvimo elektromagnetinės bangos tapo potencialia patogeninių virusų inaktyvavimo strategija ir sulaukia vis daugiau dėmesio. Šiame straipsnyje pateikiama naujausių leidinių apie elektromagnetinių bangų poveikį patogeniniams virusams ir jų mechanizmams apžvalga, taip pat apie elektromagnetinių bangų naudojimo patogeniniams virusams inaktyvuoti perspektyvas, taip pat naujas tokias inaktyvavimo idėjas ir metodus.
Daugelis virusų plinta greitai, ilgai išlieka, yra labai patogeniški ir gali sukelti pasaulines epidemijas bei rimtą pavojų sveikatai. Prevencija, aptikimas, testavimas, likvidavimas ir gydymas yra pagrindiniai žingsniai siekiant sustabdyti viruso plitimą. Greitas ir efektyvus patogeninių virusų eliminavimas apima profilaktinį, apsauginį ir šaltinio pašalinimą. Patogeninių virusų inaktyvavimas fiziologiniu sunaikinimu, siekiant sumažinti jų užkrečiamumą, patogeniškumą ir dauginimosi pajėgumą, yra veiksmingas jų eliminavimo būdas. Tradiciniai metodai, įskaitant aukštą temperatūrą, chemines medžiagas ir jonizuojančiąją spinduliuotę, gali veiksmingai inaktyvuoti patogeninius virusus. Tačiau šie metodai vis dar turi tam tikrų apribojimų. Todėl vis dar skubiai reikia kurti novatoriškas patogeninių virusų inaktyvavimo strategijas.
Elektromagnetinių bangų emisija pasižymi didele skvarba, greitu ir tolygiu kaitinimu, rezonansu su mikroorganizmais ir plazmos išsiskyrimu, todėl tikimasi, kad ji taps praktiniu patogeninių virusų inaktyvavimo metodu [1, 2, 3]. Elektromagnetinių bangų gebėjimas inaktyvuoti patogeninius virusus buvo įrodytas praėjusiame amžiuje [4]. Pastaraisiais metais elektromagnetinių bangų naudojimas patogeniniams virusams inaktyvuoti sulaukia vis daugiau dėmesio. Šiame straipsnyje aptariamas elektromagnetinių bangų poveikis patogeniniams virusams ir jų veikimo mechanizmams, kuris gali būti naudingas vadovas fundamentiniams ir taikomiesiems tyrimams.
Virusų morfologinės savybės gali atspindėti tokias funkcijas kaip išgyvenimas ir užkrečiamumas. Įrodyta, kad elektromagnetinės bangos, ypač itin aukšto dažnio (UHF) ir itin aukšto dažnio (EHF) elektromagnetinės bangos, gali sutrikdyti virusų morfologiją.
Bakteriofagas MS2 (MS2) dažnai naudojamas įvairiose tyrimų srityse, tokiose kaip dezinfekcijos vertinimas, kinetinis modeliavimas (vandens tirpale) ir virusinių molekulių biologinis apibūdinimas [5, 6]. Wu nustatė, kad 2450 MHz ir 700 W mikrobangos sukėlė MS2 vandens fagų agregaciją ir reikšmingą susitraukimą po 1 minutės tiesioginio apšvitinimo [1]. Po tolesnių tyrimų taip pat buvo pastebėtas MS2 fago paviršiaus įtrūkimas [7]. Kaczmarczyk [8] koronaviruso 229E (CoV-229E) mėginių suspensijas 0,1 s apšvietė milimetrinėmis bangomis, kurių dažnis buvo 95 GHz, o galios tankis – 70–100 W/cm2. Šiurkščiame sferiniame viruso apvalkale gali būti didelių skylių, dėl kurių prarandamas jo turinys. Elektromagnetinių bangų poveikis gali būti žalingas virusinėms formoms. Tačiau morfologinių savybių, tokių kaip forma, skersmuo ir paviršiaus lygumas, pokyčiai po viruso poveikio elektromagnetine spinduliuote nežinomi. Todėl svarbu išanalizuoti morfologinių ypatybių ir funkcinių sutrikimų ryšį, kuris gali suteikti vertingų ir patogių rodiklių virusų inaktyvacijai įvertinti [1].
Viruso struktūrą paprastai sudaro vidinė nukleorūgštis (RNR arba DNR) ir išorinis kapsidas. Nukleorūgštys lemia virusų genetines ir replikacijos savybes. Kapsidas yra išorinis sluoksnis, sudarytas iš reguliariai išsidėsčiusių baltymų subvienetų, pagrindinis virusinių dalelių karkasas ir antigeninis komponentas, taip pat apsaugantis nukleorūgštis. Dauguma virusų turi apvalkalo struktūrą, sudarytą iš lipidų ir glikoproteinų. Be to, apvalkalo baltymai lemia receptorių specifiškumą ir yra pagrindiniai antigenai, kuriuos gali atpažinti šeimininko imuninė sistema. Visa struktūra užtikrina viruso vientisumą ir genetinį stabilumą.
Tyrimai parodė, kad elektromagnetinės bangos, ypač UHF elektromagnetinės bangos, gali pažeisti ligas sukeliančių virusų RNR. Wu [1] tiesiogiai paveikė MS2 viruso vandeninę terpę 2450 MHz mikrobangomis 2 minutes ir analizavo baltymą A, kapsidės baltymą, replikazės baltymą ir skilimo baltymą koduojančius genus gelio elektroforezės ir atvirkštinės transkripcijos polimerazės grandininės reakcijos (RT-PGR) metodu. Šie genai buvo laipsniškai sunaikinami didėjant galios tankiui ir net išnyko esant didžiausiam galios tankiui. Pavyzdžiui, baltymo A geno (934 bp) raiška reikšmingai sumažėjo po 119 ir 385 W galios elektromagnetinių bangų poveikio ir visiškai išnyko, kai galios tankis buvo padidintas iki 700 W. Šie duomenys rodo, kad elektromagnetinės bangos, priklausomai nuo dozės, gali sunaikinti virusų nukleorūgščių struktūrą.
Naujausi tyrimai parodė, kad elektromagnetinių bangų poveikis patogeniniams virusiniams baltymams daugiausia grindžiamas jų netiesioginiu terminiu poveikiu mediatoriams ir netiesioginiu poveikiu baltymų sintezei dėl nukleorūgščių sunaikinimo [1, 3, 8, 9]. Tačiau aterminis poveikis taip pat gali pakeisti virusinių baltymų poliškumą ar struktūrą [1, 10, 11]. Tiesioginis elektromagnetinių bangų poveikis fundamentaliems struktūriniams / nestruktūriniams baltymams, tokiems kaip patogeninių virusų kapsidės baltymai, apvalkalo baltymai ar smaigalio baltymai, dar reikalauja tolesnių tyrimų. Neseniai buvo pasiūlyta, kad 2 minutės elektromagnetinės spinduliuotės, kurios dažnis yra 2,45 GHz, o galia – 700 W, gali sąveikauti su skirtingomis baltymų krūvių frakcijomis, sudarydamos karštuosius taškus ir virpesinius elektrinius laukus per grynai elektromagnetinį poveikį [12].
Patogeninio viruso apvalkalas yra glaudžiai susijęs su jo gebėjimu užkrėsti ar sukelti ligas. Keli tyrimai parodė, kad UHF ir mikrobangų elektromagnetinės bangos gali sunaikinti ligas sukeliančių virusų apvalkalus. Kaip minėta pirmiau, koronaviruso 229E viruso apvalkale galima aptikti aiškias skyles po 0,1 sekundės trukmės poveikio 95 GHz milimetrine banga, kurios galios tankis yra 70–100 W/cm2 [8]. Elektromagnetinių bangų rezonansinio energijos perdavimo poveikis gali sukelti pakankamai įtempio, kad sunaikintų viruso apvalkalo struktūrą. Apvalkaluotų virusų atveju, plyšus apvalkalui, užkrečiamumas ar tam tikras aktyvumas paprastai sumažėja arba visiškai prarandamas [13, 14]. Yang [13] 15 minučių veikė H3N2 (H3N2) gripo virusą ir H1N1 (H1N1) gripo virusą atitinkamai 8,35 GHz, 320 W/m² ir 7 GHz, 308 W/m² mikrobangomis. Norint palyginti patogeninių virusų, paveiktų elektromagnetinėmis bangomis, ir fragmentuoto modelio, užšaldyto ir kelis ciklus nedelsiant atšildyto skystame azote, RNR signalus, buvo atlikta RT-PGR. Rezultatai parodė, kad abiejų modelių RNR signalai yra labai nuoseklūs. Šie rezultatai rodo, kad po mikrobangų spinduliuotės poveikio sutrikdoma viruso fizinė struktūra, o apvalkalo struktūra sunaikinama.
Viruso aktyvumą galima apibūdinti jo gebėjimu užkrėsti, replikuotis ir transkribuoti. Virusinis užkrečiamumas arba aktyvumas paprastai įvertinamas matuojant viruso titrus naudojant plokštelių tyrimus, audinių kultūros vidutinę užkrečiamąją dozę (TCID50) arba liuciferazės reporterio geno aktyvumą. Tačiau jį taip pat galima įvertinti tiesiogiai išskiriant gyvą virusą arba analizuojant viruso antigeną, viruso dalelių tankį, viruso išgyvenamumą ir kt.
Pranešta, kad UHF, SHF ir EHF elektromagnetinės bangos gali tiesiogiai inaktyvuoti virusinius aerozolius arba vandenyje plintančius virusus. Wu [1] 1,7 min. veikė laboratorinio purkštuvo generuojamą MS2 bakteriofago aerozolį 2450 MHz dažnio ir 700 W galios elektromagnetinėmis bangomis, o MS2 bakteriofago išgyvenamumas buvo tik 8,66 %. Panašiai kaip MS2 virusinio aerozolio atveju, 91,3 % vandeninio MS2 buvo inaktyvuota per 1,5 minutės po tos pačios elektromagnetinių bangų dozės poveikio. Be to, elektromagnetinės spinduliuotės gebėjimas inaktyvuoti MS2 virusą teigiamai koreliavo su galios tankiu ir ekspozicijos laiku. Tačiau, kai deaktyvavimo efektyvumas pasiekia maksimalią vertę, deaktyvavimo efektyvumo negalima pagerinti didinant ekspozicijos laiką ar galios tankį. Pavyzdžiui, MS2 viruso minimalus išgyvenamumas po 2450 MHz ir 700 W elektromagnetinių bangų poveikio buvo nuo 2,65 % iki 4,37 %, o ilgėjant ekspozicijos laikui reikšmingų pokyčių nerasta. Siddharta [3] apšvitino ląstelių kultūros suspensiją, kurioje yra hepatito C viruso (HCV) / 1 tipo žmogaus imunodeficito viruso (ŽIV-1), elektromagnetinėmis bangomis, kurių dažnis buvo 2450 MHz, o galia – 360 W. Jie nustatė, kad viruso titrai reikšmingai sumažėjo po 3 minučių poveikio, o tai rodo, kad elektromagnetinių bangų spinduliuotė yra veiksminga prieš HCV ir ŽIV-1 infekciją ir padeda užkirsti kelią viruso perdavimui net ir tada, kai jos veikiamos kartu. Apšvitinus HCV ląstelių kultūras ir ŽIV-1 suspensijas mažos galios elektromagnetinėmis bangomis, kurių dažnis yra 2450 MHz, 90 W arba 180 W, viruso titras, nustatytas pagal liuciferazės reporterio aktyvumą, nepakito, o viruso infekciškumas reikšmingai pasikeitė. Esant 600 ir 800 W galiai 1 minutę, abiejų virusų infekciškumas reikšmingai nesumažėjo, o manoma, kad tai susiję su elektromagnetinių bangų spinduliuotės galia ir kritinės temperatūros poveikio laiku.
Kaczmarczyk [8] pirmasis pademonstravo EHF elektromagnetinių bangų mirtingumą prieš vandenyje plintančius patogeninius virusus 2021 m. Jie 2 sekundes veikė koronaviruso 229E arba polioviruso (PV) mėginius elektromagnetinėmis bangomis, kurių dažnis buvo 95 GHz, o galios tankis – nuo ​​70 iki 100 W/cm2. Dviejų patogeninių virusų inaktyvavimo efektyvumas buvo atitinkamai 99,98 % ir 99,375 %. Tai rodo, kad EHF elektromagnetinės bangos turi plačias taikymo perspektyvas virusų inaktyvavimo srityje.
UHF virusų inaktyvavimo efektyvumas taip pat buvo įvertintas įvairiose terpėse, tokiose kaip motinos pienas ir kai kurios namuose dažniausiai naudojamos medžiagos. Tyrėjai anestezijos kaukes, užterštas adenovirusu (ADV), 1 tipo poliovirusu (PV-1), 1 herpesvirusu (HV-1) ir rinovirusu (RHV), paveikė 2450 MHz dažnio ir 720 vatų galios elektromagnetine spinduliuote. Jie pranešė, kad ADV ir PV-1 antigenų tyrimai tapo neigiami, o HV-1, PIV-3 ir RHV titrai sumažėjo iki nulio, o tai rodo visišką visų virusų inaktyvavimą po 4 minučių poveikio [15, 16]. Elhafi [17] tiesiogiai paveikė paukščių infekcinio bronchito virusu (IBV), paukščių pneumovirusu (APV), Niukaslio ligos virusu (NDV) ir paukščių gripo virusu (AIV) užkrėstus tepinėlius 2450 MHz, 900 W mikrobangų krosnelėje. Iš jų APV ir IBV taip pat buvo aptikti trachėjos organų kultūrose, gautose iš 5-osios kartos viščiukų embrionų. Nors viruso izoliuoti nepavyko, viruso nukleorūgštis vis tiek buvo aptikta RT-PGR metodu. Ben-Shoshan [18] tiesiogiai paveikė 2450 MHz, 750 W elektromagnetinėmis bangomis 15 citomegaloviruso (CMV) teigiamų motinos pieno mėginių 30 sekundžių. Antigeno aptikimas naudojant „Shell-Vial“ parodė visišką CMV inaktyvaciją. Tačiau esant 500 W galiai, 2 iš 15 mėginių nebuvo visiškai inaktyvuoti, o tai rodo teigiamą koreliaciją tarp inaktyvacijos efektyvumo ir elektromagnetinių bangų galios.
Taip pat verta paminėti, kad Yang [13] numatė rezonansinį dažnį tarp elektromagnetinių bangų ir virusų, remdamasis nusistovėjusiais fiziniais modeliais. H3N2 viruso dalelių, kurių tankis 7,5 × 1014 m-3, suspensija, pagaminta virusui jautrių Madin Darby šunų inkstų ląstelių (MDCK), 15 minučių buvo tiesiogiai veikiama 8 GHz dažnio ir 820 W/m² galios elektromagnetinėmis bangomis. H3N2 viruso inaktyvavimo lygis pasiekė 100 %. Tačiau esant teorinei 82 W/m² ribai, buvo inaktyvuota tik 38 % H3N2 viruso, o tai rodo, kad EM sukeltos viruso inaktyvavimo efektyvumas yra glaudžiai susijęs su galios tankiu. Remdamasi šiuo tyrimu, Barbora [14] apskaičiavo rezonansinių dažnių diapazoną (8,5–20 GHz) tarp elektromagnetinių bangų ir SARS-CoV-2 ir padarė išvadą, kad 7,5 × 1014 m-3 SARS-CoV-2, veikiamas elektromagnetinių bangų, kurių dažnis yra 10–17 GHz, o galios tankis – 14,5 ± 1 W/m2, maždaug 15 minučių, sukels 100 % deaktyvaciją. Neseniai Wang [19] atliktas tyrimas parodė, kad SARS-CoV-2 rezonansiniai dažniai yra 4 ir 7,5 GHz, o tai patvirtina, kad egzistuoja rezonansiniai dažniai, nepriklausomi nuo viruso titro.
Apibendrinant galima teigti, kad elektromagnetinės bangos gali paveikti aerozolius ir suspensijas, taip pat virusų aktyvumą ant paviršių. Nustatyta, kad inaktyvavimo efektyvumas yra glaudžiai susijęs su elektromagnetinių bangų dažniu ir galia bei terpe, naudojama virusui augti. Be to, virusų inaktyvavimui labai svarbūs elektromagnetiniai dažniai, pagrįsti fiziniais rezonansais [2, 13]. Iki šiol elektromagnetinių bangų poveikis patogeninių virusų aktyvumui daugiausia buvo sutelktas į užkrečiamumo pokyčius. Dėl sudėtingo mechanizmo keli tyrimai parodė elektromagnetinių bangų poveikį patogeninių virusų replikacijai ir transkripcijai.
Mechanizmai, kuriais elektromagnetinės bangos inaktyvuoja virusus, yra glaudžiai susiję su viruso tipu, elektromagnetinių bangų dažniu ir galia bei viruso augimo aplinka, tačiau iki šiol iš esmės nėra ištirti. Naujausi tyrimai daugiausia dėmesio skyrė terminio, aterminio ir struktūrinio rezonansinio energijos perdavimo mechanizmams.
Terminis efektas suprantamas kaip temperatūros padidėjimas, kurį sukelia greitas poliarinių molekulių sukimasis, susidūrimas ir trintis audiniuose, veikiant elektromagnetinėms bangoms. Dėl šios savybės elektromagnetinės bangos gali pakelti viruso temperatūrą virš fiziologinės tolerancijos ribos, sukeldamos viruso žūtį. Tačiau virusuose yra mažai polinių molekulių, o tai rodo, kad tiesioginis terminis poveikis virusams yra retas [1]. Priešingai, terpėje ir aplinkoje yra daug daugiau polinių molekulių, pavyzdžiui, vandens molekulių, kurios juda pagal elektromagnetinių bangų sužadintą kintamąjį elektrinį lauką ir trinties būdu generuoja šilumą. Šiluma tada perduodama virusui, kad pakeltų jo temperatūrą. Kai tolerancijos riba viršijama, sunaikinamos nukleorūgštys ir baltymai, o tai galiausiai sumažina užkrečiamumą ir netgi inaktyvuoja virusą.
Kelios grupės pranešė, kad elektromagnetinės bangos gali sumažinti virusų užkrečiamumą dėl terminio poveikio [1, 3, 8]. Kaczmarczyk [8] koronaviruso 229E suspensijas veikė 95 GHz dažnio elektromagnetinėmis bangomis, kurių galios tankis buvo nuo 70 iki 100 W/cm², 0,2–0,7 s. Rezultatai parodė, kad 100 °C temperatūros padidėjimas šio proceso metu prisidėjo prie viruso morfologijos sunaikinimo ir viruso aktyvumo sumažėjimo. Šį terminį poveikį galima paaiškinti elektromagnetinių bangų poveikiu aplinkinėms vandens molekulėms. Siddharta [3] apšvitino skirtingų genotipų, įskaitant GT1a, GT2a, GT3a, GT4a, GT5a, GT6a ir GT7a, HCV turinčias ląstelių kultūrų suspensijas 2450 MHz dažnio ir 90 W, 180 W, 360 W, 600 W ir 800 W galios elektromagnetinėmis bangomis. Padidinus ląstelių kultūros terpės temperatūrą nuo 26 °C iki 92 °C, elektromagnetinė spinduliuotė sumažino viruso užkrečiamumą arba visiškai jį inaktyvavo. Tačiau HCV buvo veikiamas elektromagnetinėmis bangomis trumpą laiką mažu galingumu (90 arba 180 W, 3 minutės) arba didesniu galingumu (600 arba 800 W, 1 minutė), tuo tarpu reikšmingo temperatūros padidėjimo ir reikšmingo viruso užkrečiamumo ar aktyvumo pokyčio nepastebėta.
Šie rezultatai rodo, kad elektromagnetinių bangų terminis poveikis yra pagrindinis veiksnys, turintis įtakos patogeninių virusų užkrečiamumui ar aktyvumui. Be to, daugybė tyrimų parodė, kad elektromagnetinės spinduliuotės terminis poveikis patogeninius virusus inaktyvuoja efektyviau nei UV-C ir įprastinis kaitinimas [8, 20, 21, 22, 23, 24].
Be šiluminio poveikio, elektromagnetinės bangos taip pat gali pakeisti molekulių, tokių kaip mikrobiniai baltymai ir nukleorūgštys, poliškumą, sukeldamos molekulių sukimąsi ir vibraciją, dėl to sumažėja gyvybingumas ar net jos žūsta [10]. Manoma, kad greitas elektromagnetinių bangų poliškumo pasikeitimas sukelia baltymų poliarizaciją, dėl kurios baltymų struktūra susisuka ir iškreivia, o galiausiai – baltymų denatūraciją [11].
Neterminis elektromagnetinių bangų poveikis virusų inaktyvacijai tebėra ginčytinas, tačiau dauguma tyrimų parodė teigiamus rezultatus [1, 25]. Kaip minėjome aukščiau, elektromagnetinės bangos gali tiesiogiai prasiskverbti pro MS2 viruso apvalkalo baltymą ir sunaikinti viruso nukleorūgštį. Be to, MS2 viruso aerozoliai yra daug jautresni elektromagnetinėms bangoms nei vandeninis MS2. Dėl mažiau polinių molekulių, tokių kaip vandens molekulės, MS2 viruso aerozolius supančioje aplinkoje, aterminis poveikis gali atlikti pagrindinį vaidmenį elektromagnetinių bangų sukeltame virusų inaktyvavime [1].
Rezonanso reiškinys reiškia fizinės sistemos polinkį sugerti daugiau energijos iš aplinkos natūraliu dažniu ir bangos ilgiu. Rezonansas gamtoje pasitaiko daugelyje vietų. Yra žinoma, kad virusai rezonuoja su to paties dažnio mikrobangomis riboto akustinio dipolio režimu – tai rezonanso reiškinys [2, 13, 26]. Rezonansiniai elektromagnetinės bangos ir viruso sąveikos režimai sulaukia vis daugiau dėmesio. Efektyvaus struktūrinio rezonanso energijos perdavimo (SRET) iš elektromagnetinių bangų į uždarus akustinius virpesius (CAV) poveikis virusuose gali sukelti viruso membranos plyšimą dėl priešingų šerdies ir kapsidės virpesių. Be to, bendras SRET efektyvumas yra susijęs su aplinkos pobūdžiu, kur viruso dalelės dydis ir pH atitinkamai lemia rezonansinį dažnį ir energijos absorbciją [2, 13, 19].
Elektromagnetinių bangų fizikinio rezonanso efektas vaidina pagrindinį vaidmenį inaktyvuojant apvalkalinius virusus, kuriuos supa dvisluoksnė membrana, įterpta į virusinius baltymus. Tyrėjai nustatė, kad H3N2 deaktyvavimą elektromagnetinėmis bangomis, kurių dažnis yra 6 GHz, o galios tankis – 486 W/m², daugiausia lėmė fizinis apvalkalo plyšimas dėl rezonanso efekto [13]. H3N2 suspensijos temperatūra padidėjo tik 7 °C po 15 minučių poveikio, tačiau norint inaktyvuoti žmogaus H3N2 virusą terminiu kaitinimu, reikia aukštesnės nei 55 °C temperatūros [9]. Panašūs reiškiniai pastebėti ir tokiems virusams kaip SARS-CoV-2 ir H3N1 [13, 14]. Be to, virusų inaktyvavimas elektromagnetinėmis bangomis nesukelia virusinių RNR genomų degradacijos [1, 13, 14]. Taigi, H3N2 viruso inaktyvavimą skatino fizinis rezonansas, o ne terminis poveikis [13].
Palyginti su elektromagnetinių bangų terminiu poveikiu, virusų inaktyvavimas fizikinio rezonanso būdu reikalauja mažesnių dozės parametrų, kurie yra mažesni už Elektros ir elektronikos inžinierių instituto (IEEE) nustatytus mikrobangų saugos standartus [2, 13]. Rezonansinis dažnis ir galios dozė priklauso nuo viruso fizinių savybių, tokių kaip dalelių dydis ir elastingumas, ir visi virusai, esantys rezonansinio dažnio ribose, gali būti efektyviai inaktyvuojami. Dėl didelio prasiskverbimo greičio, jonizuojančiosios spinduliuotės nebuvimo ir gero saugumo, virusų inaktyvavimas, vykstantis dėl aterminio CPET poveikio, yra perspektyvus gydant patogeninių virusų sukeltas žmonių piktybines ligas [14, 26].
Remiantis virusų inaktyvavimo įgyvendinimu skystoje fazėje ir įvairių terpių paviršiuje, elektromagnetinės bangos gali efektyviai susidoroti su virusiniais aerozoliais [1, 26], o tai yra proveržis ir labai svarbus kontroliuojant viruso perdavimą ir užkertant kelią viruso plitimui visuomenėje. Be to, šioje srityje labai svarbus elektromagnetinių bangų fizikinių rezonansinių savybių atradimas. Kol žinomas konkretaus viriono rezonansinis dažnis ir elektromagnetinės bangos, galima nukreipti dėmesį į visus virusus, esančius žaizdos rezonansinio dažnio diapazone, o to neįmanoma pasiekti tradiciniais virusų inaktyvavimo metodais [13, 14, 26]. Elektromagnetinė virusų inaktyvacija yra perspektyvus tyrimas, turintis didelę mokslinių tyrimų ir taikomąją vertę bei potencialą.
Palyginti su tradicinėmis virusų naikinimo technologijomis, elektromagnetinės bangos dėl savo unikalių fizinių savybių pasižymi paprastomis, veiksmingomis ir praktiškomis aplinkos apsaugos savybėmis naikinant virusus [2, 13]. Tačiau išlieka daug problemų. Pirma, šiuolaikinės žinios apsiriboja elektromagnetinių bangų fizinėmis savybėmis, o energijos panaudojimo mechanizmas skleidžiant elektromagnetines bangas nėra atskleistas [10, 27]. Mikrobangos, įskaitant milimetrines bangas, buvo plačiai naudojamos virusų inaktyvacijai ir jos mechanizmams tirti, tačiau elektromagnetinių bangų tyrimai kitais dažniais, ypač dažniais nuo 100 kHz iki 300 MHz ir nuo 300 GHz iki 10 THz, nebuvo pateikti. Antra, patogeninių virusų naikinimo elektromagnetinėmis bangomis mechanizmas nėra išaiškintas, tirti tik sferiniai ir lazdelės formos virusai [2]. Be to, virusų dalelės yra mažos, be ląstelių, lengvai mutuoja ir greitai plinta, o tai gali užkirsti kelią virusų inaktyvacijai. Elektromagnetinių bangų technologiją dar reikia tobulinti, kad būtų įveikta patogeninių virusų inaktyvavimo kliūtis. Galiausiai, didelė spinduliuojamos energijos absorbcija terpėje esančiose polinėse molekulėse, tokiose kaip vandens molekulės, lemia energijos nuostolius. Be to, SRET veiksmingumą gali paveikti keli nenustatyti virusų mechanizmai [28]. SRET efektas taip pat gali modifikuoti virusą, kad jis prisitaikytų prie aplinkos, todėl jis tampa atsparus elektromagnetinėms bangoms [29].
Ateityje reikia toliau tobulinti virusų inaktyvavimo naudojant elektromagnetines bangas technologiją. Fundamentiniai moksliniai tyrimai turėtų būti skirti virusų inaktyvavimo elektromagnetinėmis bangomis mechanizmui išaiškinti. Pavyzdžiui, reikėtų sistemingai išaiškinti virusų energijos panaudojimo mechanizmą, kai jie veikiami elektromagnetinėmis bangomis, išsamų neterminio poveikio, kuris naikina patogeninius virusus, mechanizmą ir SRET efekto tarp elektromagnetinių bangų ir įvairių tipų virusų mechanizmą. Taikomieji tyrimai turėtų būti sutelkti į tai, kaip užkirsti kelią pernelyg didelei spinduliuotės energijos absorbcijai polinėse molekulėse, tirti skirtingų dažnių elektromagnetinių bangų poveikį įvairiems patogeniniams virusams ir tirti elektromagnetinių bangų neterminį poveikį naikinant patogeninius virusus.
Elektromagnetinės bangos tapo perspektyviu patogeninių virusų inaktyvavimo metodu. Elektromagnetinių bangų technologija pasižymi maža tarša, maža kaina ir dideliu patogeninių virusų inaktyvavimo efektyvumu, o tai gali padėti įveikti tradicinių antivirusinių technologijų apribojimus. Tačiau reikia atlikti tolesnius tyrimus, siekiant nustatyti elektromagnetinių bangų technologijos parametrus ir išaiškinti virusų inaktyvavimo mechanizmą.
Tam tikra elektromagnetinių bangų spinduliuotės dozė gali sunaikinti daugelio patogeninių virusų struktūrą ir aktyvumą. Virusų inaktyvavimo efektyvumas yra glaudžiai susijęs su dažniu, galios tankiu ir ekspozicijos laiku. Be to, galimi mechanizmai apima terminį, aterminį ir struktūrinį energijos perdavimo rezonansinį poveikį. Palyginti su tradicinėmis antivirusinėmis technologijomis, elektromagnetinių bangų pagrindu veikianti virusų inaktyvacija turi paprastumo, didelio efektyvumo ir mažos taršos pranašumų. Todėl elektromagnetinių bangų sukelta virusų inaktyvacija tapo perspektyvia antivirusine technika ateities taikymams.
U. Ju. Mikrobangų spinduliuotės ir šaltosios plazmos įtaka bioaerozolio aktyvumui ir susijusiems mechanizmams. Pekino universitetas. 2013 m.
Sun CK, Tsai YC, Chen Ye, Liu TM, Chen HY, Wang HC ir kt. Mikrobangų rezonansinis dipolinis ryšys ir riboti akustiniai virpesiai bakulovirusuose. Mokslinė ataskaita 2017; 7(1):4611.
Siddharta A, Pfaender S, Malassa A, Doerrbecker J, Anggakusuma, Engelmann M ir kt. HCV ir ŽIV inaktyvavimas mikrobangomis: naujas požiūris į viruso perdavimo tarp švirkščiamųjų narkotikų vartotojų prevenciją. Mokslinė ataskaita 2016; 6:36619.
Yan SX, Wang RN, Cai YJ, Song YL, Qv HL. Ligoninės dokumentų užterštumo mikrobangų dezinfekavimu tyrimas ir eksperimentinis stebėjimas [J] Kinų medicinos žurnalas. 1987; 4:221-2.
Sun Wei. Preliminarus natrio dichlorizocianato inaktyvavimo mechanizmo ir veiksmingumo prieš bakteriofagą MS2 tyrimas. Sičuano universitetas. 2007 m.
Yang Li. Preliminarus o-ftalaldehido inaktyvavimo efekto ir veikimo mechanizmo tyrimas bakteriofagui MS2. Sičuano universitetas. 2007.
Wu Ye, ponia Yao. Ore plintančio viruso inaktyvavimas in situ mikrobangų spinduliuote. Kinijos mokslo biuletenis. 2014; 59 (13): 1438–45.
Kachmarchik LS, Marsai KS, Shevchenko S., Pilosof M., Levy N., Einat M. ir kt. Koronavirusai ir poliovirusai yra jautrūs trumpiems W diapazono ciklotrono spinduliuotės impulsams. Laiškas apie aplinkos chemiją. 2021;19(6):3967-72.
Yonges M, Liu VM, van der Vries E, Jacobi R, Pronk I, Boog S ir kt. Gripo viruso inaktyvavimas antigeniškumo tyrimams ir atsparumo fenotipiniams neuraminidazės inhibitoriams tyrimams. Klinikinės mikrobiologijos žurnalas. 2010;48(3):928-40.
Zou Xinzhi, Zhang Lijia, Liu Yujia, Li Yu, Zhang Jia, Lin Fujia ir kt. Mikrobangų sterilizavimo apžvalga. Guangdongo mikroelementų mokslas. 2013;20(6):67-70.
Li Jizhi. Neterminis biologinis mikrobangų poveikis maisto mikroorganizmams ir sterilizavimo mikrobangomis technologija [JJ Pietvakarių tautybių universitetas (gamtos mokslų leidimas). 2006; 6:1219–22.
Afagi P., Lapolla MA, Gandhi K. SARS-CoV-2 smaigalio baltymo denatūracija aterminės mikrobangų spinduliuotės metu. Mokslinė ataskaita 2021; 11(1):23373.
Yang SC, Lin HC, Liu TM, Lu JT, Hong WT, Huang YR ir kt. Efektyvus struktūrinis rezonansinis energijos perdavimas iš mikrobangų į ribotus akustinius virpesius virusuose. Mokslinė ataskaita 2015; 5:18030.
Barbora A, Minnes R. Tikslinė antivirusinė terapija nejonizuojančiosios spinduliuotės terapija SARS-CoV-2 gydymui ir pasiruošimas virusinei pandemijai: metodai, metodika ir praktinės pastabos klinikiniam taikymui. PLOS One. 2021;16(5):e0251780.
Yang Huiming. Sterilizavimas mikrobangų krosnelėje ir jį įtakojantys veiksniai. Kinų medicinos žurnalas. 1993;(04):246-51.
Page WJ, Martin WG Mikrobų išgyvenimas mikrobangų krosnelėse. Galite J Microorganisms. 1978;24(11):1431-3.
Elhafi G., Naylor SJ, Savage KE, Jones RS. Apdorojimas mikrobangų krosnelėje arba autoklave sunaikina infekcinio bronchito viruso ir paukščių pneumoviruso užkrečiamumą, tačiau leidžia juos aptikti naudojant atvirkštinės transkriptazės polimerazės grandininę reakciją. poultry disease. 2004;33(3):303-6.
Ben-Shoshan M., Mandel D., Lubezki R., Dollberg S., Mimouni FB. Citomegaloviruso išnaikinimas iš motinos pieno mikrobangų krosnelėje: bandomasis tyrimas. Breastling medicine. 2016;11:186-7.
Wang PJ, Pang YH, Huang SY, Fang JT, Chang SY, Shih SR ir kt. SARS-CoV-2 viruso mikrobangų rezonansinė absorbcija. Mokslinė ataskaita 2022; 12(1): 12596.
Sabino CP, Sellera FP, Sales-Medina DF, Machado RRG, Durigon EL, Freitas-Junior LH ir kt. Mirtina SARS-CoV-2 UV-C (254 nm) dozė. Šviesos diagnostika Photodyne Ther. 2020;32:101995.
Storm N, McKay LGA, Downs SN, Johnson RI, Birru D, de Samber M ir kt. Greitas ir visiškas SARS-CoV-2 inaktyvavimas UV-C spinduliuote. Mokslinė ataskaita 2020; 10(1):22421.