折叠covid:麻省理工学院称,超声会损害冠状病毒

超声损伤冠状病毒

超声波有可能损害冠状病毒,一个新的麻省理工学院的研究发现。信用:麻省理工学院新闻,来自iStockphoto的图像

模拟显示,医学成像频率的超声波可以导致病毒的外壳和尖刺塌陷和破裂。

冠状病毒的结构是一个全太熟悉的图像,其密集的表面受体类似于棘手的冠。这些类似穗状蛋白质锁定在健康的细胞上并引发病毒的侵袭RNA.。虽然普遍了解病毒的几何和感染策略,但对其物理完整性很少。

研究人员的一项新研究麻省理工学院美国麻省理工学院机械工程系(Department of Mechanical Engineering)认为,冠状病毒可能容易受到超声振动的影响,超声振动的频率与医学诊断成像所用的频率相同。

通过计算机模拟,该团队将病毒的机械响应模拟了一系列超声频率的振动。他们发现,25到100兆赫之间的振动触发了病毒的壳和尖峰,以崩溃并开始破裂在毫秒内。在空气和水中的病毒模拟中看到了这种效果。

结果是初步的,基于有关病毒物理性质的有限数据。尽管如此,研究人员表示他们的发现是冠心病可能的超声治疗的第一次提示,包括新颖SARS-CoV-2病毒。究竟可以施加究竟超声波,以及如何在人体复杂性中损害病毒的有效性,是科学家必须解决的主要问题。

“We’ve proven that under ultrasound excitation the coronavirus shell and spikes will vibrate, and the amplitude of that vibration will be very large, producing strains that could break certain parts of the virus, doing visible damage to the outer shell and possibly invisible damage to the RNA inside,” says Tomasz Wierzbicki, professor of applied mechanics at MIT. “The hope is that our paper will initiate a discussion across various disciplines.”

团队的结果在线出现在线固体力学与物理杂志。Wierzbicki的合著者是麻省理工学院的李伟、刘宇明和朱俊儿。

折叠病毒3D图像

折叠病毒的3D图像,右,在最大振动幅度的瞬间捕获。为了清楚起见,从左边的颜色编码的绘图中取出尖峰。信贷:由研究人员提供

尖壳

随着Covid-19大流行举办世界各地,威尔茨比基寻求有助于对病毒的科学了解。他的小组的重点是坚实和结构力学,以及如何在各种压力和菌株下骨折的研究。通过这种观点,他想知道可以了解什么是关于病毒的骨折潜力。

Wierzbicki的团队开始模拟新型冠状病毒及其对振动的机械反应。他们利用固体力学和物理学的简单概念,基于科学文献中的有限信息,如病毒外壳和尖刺的显微图像,构建了病毒结构的几何和计算模型。

来自以前的研究,科学家们已经绘制了冠状病毒的一般结构 - 一个S HIV,流感和新的SARS-COV-2菌株的病毒家族。该结构由脂质蛋白的光滑壳体组成,并密集填充,类似于从壳体突出的掺杂剂的受体。

通过考虑到这种几何形状,该团队将病毒设计为薄的弹性壳,覆盖约100个弹性尖峰。随着病毒确切的物理性质不确定,研究人员模拟了这种简单结构的行为,跨越壳和尖峰的一系列弹性。

Wierzbicki说:“我们不知道这些尖峰的材料属性,因为它们非常小——大约10纳米高。”“更不清楚的是病毒内部是什么,它不是空的,而是充满了RNA, RNA本身被蛋白质衣壳包围。所以这个模型需要很多假设。”

“我们觉得这种弹性模型是一个很好的起点,”威尔茨比克说。“问题是,会导致病毒破裂的压力和菌株是什么?”

电晕的崩溃

为了回答这个问题,研究人员将声学振动引入模拟中,并观察到如何通过病毒结构在一系列超声频率上通过病毒结构扭曲。

该团队从100 Megahertz的振动开始,或每秒1亿周期,他们估计是壳牌的自然振动频率,基于病毒物理性质的内容。

当它们暴露于100MHz的超声激发病毒时,初始无法检测到病毒的自然振动。但是在毫秒的外部振动中,以病毒自然振荡的频率谐振,导致壳体和尖峰向内扣,类似于它在地面反弹时的球。

由于研究人员增加了振动的振幅或强度,壳可以骨折 - 一种称为谐振的声现象,也解释了如果他们在右边的音高和音量唱歌,歌剧歌手如何破解葡萄酒杯。在25MHz和50MHz的较低频率下,病毒卷曲和裂缝甚至更快,均在空气的模拟环境中均匀,水的密度与体内的流体相似。

“这些频率和强度在安全用于医学成像的范围内,”Wierzbicki说。

为了改进和验证他们的模拟,该团队正在与西班牙的微生物学家一起使用,他们正在使用原子力显微镜,观察超声振动对专门在猪中发现的冠状病毒的影响。如果超声波可以被实验证明损伤冠状病毒,包括SARS-COV-2,如果可以显示这种损坏具有治疗效果,则该团队设想超声波,这已用于分解肾结石并通过释放药物脂质体可以利用以治疗和可能预防冠状病毒感染。研究人员还设想了适合手机和其他便携式设备的微型超声传感器,可能能够屏蔽来自病毒的人。

Wierzbicki强调,还有更多的研究需要做,以确认超声波是否可以作为一种有效的治疗和预防冠状病毒的策略。他的团队正在用新的实验数据改进现有的模拟,他计划将重点放在新型快速变异的SARS-CoV-2病毒的具体机制上。

“我们看着一般的冠状病毒家族,现在看着Covid-19的形态和几何形状,”威尔茨比基说。“目前的批判情况中可能是巨大的潜力。”

参考:“受体对冠心病谐振和瞬态谐波振动的影响”由Tomasz Wierzbicki,Wei Li,Yuming Liu和Juner朱,1921年2月18日,固体力学与物理杂志
DOI: 10.1016 / j.jmps.2021.104369

3评论在“倒塌的covid:麻省理工学院称,超声会损害冠状病毒”

  1. 甜美,声音的力量

  2. “研究人员还设想了适合手机和其他便携式设备的微型超声传感器,可能能够屏蔽来自病毒的人。”
    然后你的医生可以说“有一个应用程序”。

  3. 生物共鸣,杀死,听起来正确和熟悉。所有生命形式都有自己的频率。Helga Clark。

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