Účinky elektromagnetických vĺn na patogénne vírusy a súvisiace mechanizmy: prehľad v časopise Journal of Virology

Patogénne vírusové infekcie sa stali hlavným problémom verejného zdravia na celom svete. Vírusy môžu infikovať všetky bunkové organizmy a spôsobiť rôzne stupne poškodenia a poranenia, čo vedie k ochoreniu a dokonca k smrti. Vzhľadom na rozšírenie vysoko patogénnych vírusov, ako je koronavírus 2 (SARS-CoV-2), existuje naliehavá potreba vyvinúť účinné a bezpečné metódy na inaktiváciu patogénnych vírusov. Tradičné metódy inaktivácie patogénnych vírusov sú praktické, ale majú určité obmedzenia. Vďaka vlastnostiam vysokej penetračnej sily, fyzikálnej rezonancie a absencie znečistenia sa elektromagnetické vlny stali potenciálnou stratégiou na inaktiváciu patogénnych vírusov a priťahujú čoraz väčšiu pozornosť. Tento článok poskytuje prehľad nedávnych publikácií o vplyve elektromagnetických vĺn na patogénne vírusy a ich mechanizmoch, ako aj o perspektívach využitia elektromagnetických vĺn na inaktiváciu patogénnych vírusov, ako aj o nových nápadoch a metódach takejto inaktivácie.
Mnohé vírusy sa rýchlo šíria, pretrvávajú dlho, sú vysoko patogénne a môžu spôsobiť globálne epidémie a vážne zdravotné riziká. Prevencia, detekcia, testovanie, eradikácia a liečba sú kľúčovými krokmi na zastavenie šírenia vírusu. Rýchla a účinná eliminácia patogénnych vírusov zahŕňa profylaktické, ochranné a eliminačné opatrenia. Inaktivácia patogénnych vírusov fyziologickou deštrukciou s cieľom znížiť ich infekčnosť, patogenitu a reprodukčnú schopnosť je účinnou metódou ich eliminácie. Tradičné metódy vrátane vysokej teploty, chemikálií a ionizujúceho žiarenia dokážu účinne inaktivovať patogénne vírusy. Tieto metódy však stále majú určité obmedzenia. Preto je stále naliehavo potrebné vyvinúť inovatívne stratégie na inaktiváciu patogénnych vírusov.
Emisia elektromagnetických vĺn má výhody vysokej penetračnej schopnosti, rýchleho a rovnomerného ohrevu, rezonancie s mikroorganizmami a uvoľňovania plazmy a očakáva sa, že sa stane praktickou metódou inaktivácie patogénnych vírusov [1,2,3]. Schopnosť elektromagnetických vĺn inaktivovať patogénne vírusy bola preukázaná v minulom storočí [4]. V posledných rokoch priťahuje čoraz väčšiu pozornosť využitie elektromagnetických vĺn na inaktiváciu patogénnych vírusov. Tento článok rozoberá vplyv elektromagnetických vĺn na patogénne vírusy a ich mechanizmy, čo môže slúžiť ako užitočný návod pre základný a aplikovaný výskum.
Morfologické charakteristiky vírusov môžu odrážať funkcie, ako je prežitie a infekčnosť. Bolo preukázané, že elektromagnetické vlny, najmä elektromagnetické vlny ultravysokej frekvencie (UHF) a ultravysokej frekvencie (EHF), môžu narušiť morfológiu vírusov.
Bakteriofág MS2 (MS2) sa často používa v rôznych oblastiach výskumu, ako je hodnotenie dezinfekcie, kinetické modelovanie (vodné) a biologická charakterizácia vírusových molekúl [5, 6]. Wu zistil, že mikrovlny pri 2450 MHz a 700 W spôsobili agregáciu a významné zmenšenie vodných fágov MS2 po 1 minúte priameho ožiarenia [1]. Po ďalšom skúmaní sa pozorovalo aj narušenie povrchu fága MS2 [7]. Kaczmarczyk [8] vystavil suspenzie vzoriek koronavírusu 229E (CoV-229E) milimetrovým vlnám s frekvenciou 95 GHz a hustotou výkonu 70 až 100 W/cm2 počas 0,1 s. V drsnom guľovitom obale vírusu sa nachádzajú veľké otvory, čo vedie k strate jeho obsahu. Vystavenie elektromagnetickým vlnám môže byť deštruktívne pre vírusové formy. Zmeny morfologických vlastností, ako je tvar, priemer a hladkosť povrchu, po vystavení vírusu elektromagnetickému žiareniu však nie sú známe. Preto je dôležité analyzovať vzťah medzi morfologickými znakmi a funkčnými poruchami, čo môže poskytnúť cenné a vhodné indikátory na posúdenie inaktivácie vírusu [1].
Štruktúra vírusu sa zvyčajne skladá z vnútornej nukleovej kyseliny (RNA alebo DNA) a vonkajšej kapsidy. Nukleové kyseliny určujú genetické a replikačné vlastnosti vírusov. Kapsida je vonkajšia vrstva pravidelne usporiadaných proteínových podjednotiek, základná štruktúra a antigénna zložka vírusových častíc a tiež chráni nukleové kyseliny. Väčšina vírusov má obalovú štruktúru zloženú z lipidov a glykoproteínov. Okrem toho obalové proteíny určujú špecifickosť receptorov a slúžia ako hlavné antigény, ktoré imunitný systém hostiteľa dokáže rozpoznať. Kompletná štruktúra zabezpečuje integritu a genetickú stabilitu vírusu.
Výskum ukázal, že elektromagnetické vlny, najmä UHF elektromagnetické vlny, môžu poškodiť RNA vírusov spôsobujúcich choroby. Wu [1] priamo vystavil vodné prostredie vírusu MS2 mikrovlnám s frekvenciou 2450 MHz počas 2 minút a analyzoval gény kódujúce proteín A, kapsidový proteín, replikázový proteín a štiepny proteín pomocou gélovej elektroforézy a reverznej transkripčnej polymerázovej reťazovej reakcie (RT-PCR). Tieto gény boli postupne ničené so zvyšujúcou sa hustotou výkonu a pri najvyššej hustote výkonu dokonca zmizli. Napríklad expresia génu proteínu A (934 bp) sa významne znížila po vystavení elektromagnetickým vlnám s výkonom 119 a 385 W a úplne zmizla, keď sa hustota výkonu zvýšila na 700 W. Tieto údaje naznačujú, že elektromagnetické vlny môžu v závislosti od dávky zničiť štruktúru nukleových kyselín vírusov.
Nedávne štúdie ukázali, že účinok elektromagnetických vĺn na patogénne vírusové proteíny je založený najmä na ich nepriamom tepelnom účinku na mediátory a ich nepriamom účinku na syntézu bielkovín v dôsledku deštrukcie nukleových kyselín [1, 3, 8, 9]. Atermické účinky však môžu tiež zmeniť polaritu alebo štruktúru vírusových proteínov [1, 10, 11]. Priamy účinok elektromagnetických vĺn na základné štrukturálne/neštrukturálne proteíny, ako sú kapsidové proteíny, obalové proteíny alebo hrotové proteíny patogénnych vírusov, si stále vyžaduje ďalšie štúdium. Nedávno sa predpokladá, že 2 minúty elektromagnetického žiarenia s frekvenciou 2,45 GHz a výkonom 700 W môžu interagovať s rôznymi frakciami proteínových nábojov prostredníctvom tvorby horúcich miest a oscilujúcich elektrických polí prostredníctvom čisto elektromagnetických efektov [12].
Obal patogénneho vírusu úzko súvisí s jeho schopnosťou infikovať alebo spôsobiť ochorenie. Niekoľko štúdií uvádza, že elektromagnetické vlny UHF a mikrovlny môžu zničiť obaly vírusov spôsobujúcich ochorenie. Ako už bolo spomenuté vyššie, vo vírusovom obale koronavírusu 229E je možné po 0,1 sekunde vystavenia milimetrovej vlne s frekvenciou 95 GHz a hustotou výkonu 70 až 100 W/cm2 zistiť zreteľné diery [8]. Účinok rezonančného prenosu energie elektromagnetických vĺn môže spôsobiť dostatočné napätie na zničenie štruktúry vírusového obalu. V prípade obalených vírusov sa po pretrhnutí obalu infekčnosť alebo určitá aktivita zvyčajne znižuje alebo úplne stráca [13, 14]. Yang [13] vystavil vírus chrípky H3N2 (H3N2) a vírus chrípky H1N1 (H1N1) mikrovlnám s frekvenciou 8,35 GHz, 320 W/m² a 7 GHz, 308 W/m² počas 15 minút. Na porovnanie RNA signálov patogénnych vírusov vystavených elektromagnetickým vlnám a fragmentovaného modelu zmrazeného a okamžite rozmrazeného v tekutom dusíku počas niekoľkých cyklov bola vykonaná RT-PCR. Výsledky ukázali, že RNA signály oboch modelov sú veľmi konzistentné. Tieto výsledky naznačujú, že fyzikálna štruktúra vírusu je narušená a štruktúra obalu je zničená po vystavení mikrovlnnému žiareniu.
Aktivitu vírusu možno charakterizovať jeho schopnosťou infikovať, replikovať sa a transkribovať. Infekčnosť alebo aktivita vírusu sa zvyčajne hodnotí meraním vírusových titrov pomocou plakových testov, mediánovej infekčnej dávky v tkanivových kultúrach (TCID50) alebo aktivity luciferázového reportérového génu. Dá sa však hodnotiť aj priamo izoláciou živého vírusu alebo analýzou vírusového antigénu, hustoty vírusových častíc, prežitia vírusu atď.
Bolo hlásené, že elektromagnetické vlny UHF, SHF a EHF môžu priamo inaktivovať vírusové aerosóly alebo vírusy prenášané vodou. Wu [1] vystavil aerosól bakteriofága MS2 generovaný laboratórnym nebulizérom elektromagnetickým vlnám s frekvenciou 2450 MHz a výkonom 700 W počas 1,7 minúty, pričom miera prežitia bakteriofága MS2 bola iba 8,66 %. Podobne ako pri vírusovom aerosóle MS2 bolo 91,3 % vodného MS2 inaktivovaných do 1,5 minúty po vystavení rovnakej dávke elektromagnetických vĺn. Okrem toho bola schopnosť elektromagnetického žiarenia inaktivovať vírus MS2 pozitívne korelovaná s hustotou výkonu a časom expozície. Keď však účinnosť deaktivácie dosiahne svoju maximálnu hodnotu, nemožno ju zlepšiť zvýšením času expozície ani zvýšením hustoty výkonu. Napríklad vírus MS2 mal minimálnu mieru prežitia 2,65 % až 4,37 % po vystavení elektromagnetickým vlnám s frekvenciou 2450 MHz a výkonom 700 W a so zvyšujúcim sa časom expozície sa nezistili žiadne významné zmeny. Siddharta [3] ožiarili suspenziu bunkovej kultúry obsahujúcu vírus hepatitídy C (HCV)/vírus ľudskej imunodeficiencie typu 1 (HIV-1) elektromagnetickými vlnami s frekvenciou 2450 MHz a výkonom 360 W. Zistili, že titre vírusu po 3 minútach expozície výrazne klesli, čo naznačuje, že žiarenie elektromagnetických vĺn je účinné proti infekčnosti HCV a HIV-1 a pomáha predchádzať prenosu vírusu aj pri spoločnej expozícii. Pri ožiarení bunkových kultúr HCV a suspenzií HIV-1 elektromagnetickými vlnami s nízkym výkonom s frekvenciou 2450 MHz, 90 W alebo 180 W sa nepozorovala žiadna zmena titra vírusu, určená aktivitou luciferázového reportéra, a pozorovala sa významná zmena infekčnosti vírusu. Pri výkone 600 a 800 W počas 1 minúty sa infekčnosť oboch vírusov významne neznížila, čo pravdepodobne súvisí s výkonom žiarenia elektromagnetických vĺn a časom expozície kritickej teplote.
Kaczmarczyk [8] prvýkrát preukázal letalitu EHF elektromagnetických vĺn proti patogénnym vírusom prenášaným vodou v roku 2021. Vzorky koronavírusu 229E alebo poliovírusu (PV) vystavili elektromagnetickým vlnám s frekvenciou 95 GHz a hustotou výkonu 70 až 100 W/cm2 počas 2 sekúnd. Účinnosť inaktivácie oboch patogénnych vírusov bola 99,98 % a 99,375 %, čo naznačuje, že EHF elektromagnetické vlny majú široké využitie v oblasti inaktivácie vírusov.
Účinnosť inaktivácie vírusov UHF bola tiež hodnotená v rôznych médiách, ako je materské mlieko a niektoré materiály bežne používané v domácnosti. Výskumníci vystavili anestetické masky kontaminované adenovírusom (ADV), poliovírusom typu 1 (PV-1), herpesvírusom 1 (HV-1) a rinovírusom (RHV) elektromagnetickému žiareniu s frekvenciou 2450 MHz a výkonom 720 wattov. Uviedli, že testy na antigény ADV a PV-1 sa stali negatívnymi a titre HV-1, PIV-3 a RHV klesli na nulu, čo naznačuje úplnú inaktiváciu všetkých vírusov po 4 minútach expozície [15, 16]. Elhafi [17] priamo vystavil výtery infikované vírusom infekčnej bronchitídy hydiny (IBV), vtáčím pneumovírusom (APV), vírusom Newcastleskej choroby (NDV) a vírusom vtáčej chrípky (AIV) mikrovlnnej rúre s frekvenciou 2450 MHz a výkonom 900 W. Medzi nimi boli APV a IBV dodatočne detegované v kultúrach tracheálnych orgánov získaných z kuracích embryí 5. generácie. Hoci vírus nebolo možné izolovať, vírusová nukleová kyselina bola stále detegovaná pomocou RT-PCR. Ben-Shoshan [18] priamo vystavil elektromagnetické vlny s frekvenciou 2450 MHz a intenzitou 750 W 15 vzorkám materského mlieka pozitívnym na cytomegalovírus (CMV) počas 30 sekúnd. Detekcia antigénu pomocou Shell-Vial preukázala úplnú inaktiváciu CMV. Pri 500 W však 2 z 15 vzoriek nedosiahli úplnú inaktiváciu, čo naznačuje pozitívnu koreláciu medzi účinnosťou inaktivácie a silou elektromagnetických vĺn.
Za zmienku tiež stojí, že Yang [13] predpovedal rezonančnú frekvenciu medzi elektromagnetickými vlnami a vírusmi na základe zavedených fyzikálnych modelov. Suspenzia častíc vírusu H3N2 s hustotou 7,5 × 1014 m-3, produkovaná vírusovo citlivými bunkami psích obličiek Madin Darby (MDCK), bola priamo vystavená elektromagnetickým vlnám s frekvenciou 8 GHz a výkonom 820 W/m² počas 15 minút. Úroveň inaktivácie vírusu H3N2 dosiahla 100 %. Avšak pri teoretickom prahu 82 W/m2 bolo inaktivovaných iba 38 % vírusu H3N2, čo naznačuje, že účinnosť inaktivácie vírusu sprostredkovanej elektromagnetickým žiarením úzko súvisí s hustotou výkonu. Na základe tejto štúdie Barbora [14] vypočítala rezonančný frekvenčný rozsah (8,5 – 20 GHz) medzi elektromagnetickými vlnami a SARS-CoV-2 a dospela k záveru, že 7,5 × 1014 m-3 SARS-CoV-2 vystavených elektromagnetickým vlnám. Vlna s frekvenciou 10 – 17 GHz a hustotou výkonu 14,5 ± 1 W/m2 po dobu približne 15 minút povedie k 100 % deaktivácii. Nedávna štúdia Wanga [19] ukázala, že rezonančné frekvencie SARS-CoV-2 sú 4 a 7,5 GHz, čo potvrdzuje existenciu rezonančných frekvencií nezávislých od titra vírusu.
Záverom možno povedať, že elektromagnetické vlny môžu ovplyvniť aerosóly a suspenzie, ako aj aktivitu vírusov na povrchoch. Zistilo sa, že účinnosť inaktivácie úzko súvisí s frekvenciou a výkonom elektromagnetických vĺn a médiom použitým na rast vírusu. Okrem toho sú elektromagnetické frekvencie založené na fyzikálnych rezonanciách veľmi dôležité pre inaktiváciu vírusov [2, 13]. Doteraz sa vplyv elektromagnetických vĺn na aktivitu patogénnych vírusov zameriaval najmä na zmenu infekčnosti. Vzhľadom na komplexný mechanizmus niekoľko štúdií uvádza vplyv elektromagnetických vĺn na replikáciu a transkripciu patogénnych vírusov.
Mechanizmy, ktorými elektromagnetické vlny inaktivujú vírusy, úzko súvisia s typom vírusu, frekvenciou a silou elektromagnetických vĺn a rastovým prostredím vírusu, ale zostávajú do značnej miery nepreskúmané. Nedávny výskum sa zameral na mechanizmy tepelného, ​​atermálneho a štrukturálneho rezonančného prenosu energie.
Tepelný efekt sa chápe ako zvýšenie teploty spôsobené vysokorýchlostnou rotáciou, zrážkami a trením polárnych molekúl v tkanivách pod vplyvom elektromagnetických vĺn. Vďaka tejto vlastnosti môžu elektromagnetické vlny zvýšiť teplotu vírusu nad prah fyziologickej tolerancie, čo spôsobí jeho smrť. Vírusy však obsahujú málo polárnych molekúl, čo naznačuje, že priame tepelné účinky na vírusy sú zriedkavé [1]. Naopak, v médiu a prostredí je oveľa viac polárnych molekúl, ako sú molekuly vody, ktoré sa pohybujú v súlade so striedavým elektrickým poľom budeným elektromagnetickými vlnami a generujú teplo trením. Toto teplo sa potom prenáša na vírus, čím sa zvyšuje jeho teplota. Keď sa prekročí prah tolerancie, nukleové kyseliny a proteíny sa ničia, čo v konečnom dôsledku znižuje infekčnosť a dokonca inaktivuje vírus.
Niekoľko skupín uviedlo, že elektromagnetické vlny môžu znížiť infekčnosť vírusov prostredníctvom tepelnej expozície [1, 3, 8]. Kaczmarczyk [8] vystavil suspenzie koronavírusu 229E elektromagnetickým vlnám s frekvenciou 95 GHz s hustotou výkonu 70 až 100 W/cm² počas 0,2 – 0,7 s. Výsledky ukázali, že zvýšenie teploty o 100 °C počas tohto procesu prispelo k deštrukcii morfológie vírusu a zníženiu jeho aktivity. Tieto tepelné účinky možno vysvetliť pôsobením elektromagnetických vĺn na okolité molekuly vody. Siddharta [3] ožaroval suspenzie bunkových kultúr obsahujúcich HCV rôznych genotypov, vrátane GT1a, GT2a, GT3a, GT4a, GT5a, GT6a a GT7a, elektromagnetickými vlnami s frekvenciou 2450 MHz a výkonom 90 W a 180 W, 360 W, 600 W a 800 Ut. So zvýšením teploty kultivačného média buniek z 26 °C na 92 ​​°C elektromagnetické žiarenie znížilo infekčnosť vírusu alebo ho úplne inaktivovalo. HCV bol však vystavený elektromagnetickým vlnám krátkodobo pri nízkom výkone (90 alebo 180 W, 3 minúty) alebo vyššom výkone (600 alebo 800 W, 1 minúta), pričom nedošlo k významnému zvýšeniu teploty a nebola pozorovaná žiadna významná zmena infekčnosti ani aktivity vírusu.
Vyššie uvedené výsledky naznačujú, že tepelný účinok elektromagnetických vĺn je kľúčovým faktorom ovplyvňujúcim infekčnosť alebo aktivitu patogénnych vírusov. Okrem toho početné štúdie ukázali, že tepelný účinok elektromagnetického žiarenia inaktivuje patogénne vírusy účinnejšie ako UV-C a konvenčné vykurovanie [8, 20, 21, 22, 23, 24].
Okrem tepelných účinkov môžu elektromagnetické vlny zmeniť aj polaritu molekúl, ako sú mikrobiálne proteíny a nukleové kyseliny, čo spôsobuje rotáciu a vibráciu molekúl, čo vedie k zníženej životaschopnosti alebo dokonca k smrti [10]. Predpokladá sa, že rýchle prepínanie polarity elektromagnetických vĺn spôsobuje polarizáciu proteínov, čo vedie ku krúteniu a zakriveniu štruktúry proteínov a v konečnom dôsledku k denaturácii proteínov [11].
Netermálny účinok elektromagnetických vĺn na inaktiváciu vírusu zostáva kontroverzný, ale väčšina štúdií preukázala pozitívne výsledky [1, 25]. Ako sme už spomenuli, elektromagnetické vlny môžu priamo preniknúť do obalového proteínu vírusu MS2 a zničiť nukleovú kyselinu vírusu. Okrem toho sú aerosóly vírusu MS2 oveľa citlivejšie na elektromagnetické vlny ako vodný MS2. Vzhľadom na menej polárne molekuly, ako sú molekuly vody, v prostredí obklopujúcom aerosóly vírusu MS2, môžu atermické účinky hrať kľúčovú úlohu v inaktivácii vírusu sprostredkovanej elektromagnetickými vlnami [1].
Fenomén rezonancie sa vzťahuje na tendenciu fyzikálneho systému absorbovať viac energie z okolia pri jeho prirodzenej frekvencii a vlnovej dĺžke. Rezonancia sa vyskytuje na mnohých miestach v prírode. Je známe, že vírusy rezonujú s mikrovlnami rovnakej frekvencie v obmedzenom akustickom dipólovom režime, čo je rezonančný jav [2, 13, 26]. Rezonančné režimy interakcie medzi elektromagnetickou vlnou a vírusom priťahujú čoraz väčšiu pozornosť. Účinok efektívneho štrukturálneho rezonančného prenosu energie (SRET) z elektromagnetických vĺn na uzavreté akustické oscilácie (CAV) vo vírusoch môže viesť k prasknutiu vírusovej membrány v dôsledku protichodných vibrácií jadra a kapsidy. Okrem toho celková účinnosť SRET súvisí s povahou prostredia, kde veľkosť a pH vírusovej častice určujú rezonančnú frekvenciu a absorpciu energie [2, 13, 19].
Fyzikálny rezonančný efekt elektromagnetických vĺn zohráva kľúčovú úlohu pri inaktivácii obalených vírusov, ktoré sú obklopené dvojvrstvovou membránou zabudovanou do vírusových proteínov. Výskumníci zistili, že deaktivácia H3N2 elektromagnetickými vlnami s frekvenciou 6 GHz a hustotou výkonu 486 W/m² bola spôsobená hlavne fyzickým pretrhnutím obalu v dôsledku rezonančného efektu [13]. Teplota suspenzie H3N2 sa po 15 minútach expozície zvýšila iba o 7 °C, avšak na inaktiváciu ľudského vírusu H3N2 tepelným zahrievaním je potrebná teplota nad 55 °C [9]. Podobné javy boli pozorované pri vírusoch ako SARS-CoV-2 a H3N1 [13, 14]. Okrem toho inaktivácia vírusov elektromagnetickými vlnami nevedie k degradácii vírusových RNA genómov [1, 13, 14]. Inaktiváciu vírusu H3N2 teda podporila skôr fyzikálna rezonancia ako tepelná expozícia [13].
V porovnaní s tepelným účinkom elektromagnetických vĺn si inaktivácia vírusov fyzikálnou rezonanciou vyžaduje nižšie dávkové parametre, ktoré sú pod úrovňou bezpečnostných noriem pre mikrovlny stanovené Inštitútom elektrotechnických a elektronických inžinierov (IEEE) [2, 13]. Rezonančná frekvencia a výkonová dávka závisia od fyzikálnych vlastností vírusu, ako je veľkosť častíc a elasticita, a všetky vírusy v rámci rezonančnej frekvencie môžu byť účinne zamerané na inaktiváciu. Vďaka vysokej miere penetrácie, absencii ionizujúceho žiarenia a dobrej bezpečnosti je inaktivácia vírusov sprostredkovaná atermickým účinkom CPET sľubná pre liečbu ľudských malígnych ochorení spôsobených patogénnymi vírusmi [14, 26].
Vďaka implementácii inaktivácie vírusov v kvapalnej fáze a na povrchu rôznych médií dokážu elektromagnetické vlny účinne pôsobiť na vírusové aerosóly [1, 26], čo je prelom a má veľký význam pre kontrolu prenosu vírusu a prevenciu jeho prenosu v spoločnosti. Okrem toho má objav fyzikálnych rezonančných vlastností elektromagnetických vĺn v tejto oblasti veľký význam. Pokiaľ je známa rezonančná frekvencia konkrétneho viriónu a elektromagnetických vĺn, je možné zacieliť na všetky vírusy v rezonančnom frekvenčnom rozsahu rany, čo sa nedá dosiahnuť tradičnými metódami inaktivácie vírusov [13, 14, 26]. Elektromagnetická inaktivácia vírusov je sľubný výskum s veľkou výskumnou a aplikovanou hodnotou a potenciálom.
V porovnaní s tradičnou technológiou ničenia vírusov majú elektromagnetické vlny vďaka svojim jedinečným fyzikálnym vlastnostiam charakteristiky jednoduchej, účinnej a praktickej ochrany životného prostredia pri ničení vírusov [2, 13]. Pretrváva však mnoho problémov. Po prvé, moderné poznatky sú obmedzené na fyzikálne vlastnosti elektromagnetických vĺn a mechanizmus využitia energie počas emisie elektromagnetických vĺn nebol zverejnený [10, 27]. Mikrovlny, vrátane milimetrových vĺn, sa široko používajú na štúdium inaktivácie vírusov a jej mechanizmov, avšak štúdie elektromagnetických vĺn na iných frekvenciách, najmä na frekvenciách od 100 kHz do 300 MHz a od 300 GHz do 10 THz, neboli publikované. Po druhé, mechanizmus ničenia patogénnych vírusov elektromagnetickými vlnami nebol objasnený a študovali sa iba sférické a tyčinkovité vírusy [2]. Okrem toho sú vírusové častice malé, bezbunkové, ľahko mutujú a rýchlo sa šíria, čo môže zabrániť inaktivácii vírusov. Technológia elektromagnetických vĺn sa stále potrebuje zlepšovať, aby sa prekonala prekážka inaktivácie patogénnych vírusov. Vysoká absorpcia žiarivej energie polárnymi molekulami v médiu, ako sú molekuly vody, vedie k strate energie. Okrem toho môže byť účinnosť SRET ovplyvnená niekoľkými neidentifikovanými mechanizmami u vírusov [28]. Účinok SRET môže tiež modifikovať vírus, aby sa prispôsobil svojmu prostrediu, čo vedie k odolnosti voči elektromagnetickým vlnám [29].
V budúcnosti je potrebné ďalej zdokonaľovať technológiu inaktivácie vírusov pomocou elektromagnetických vĺn. Základný vedecký výskum by sa mal zamerať na objasnenie mechanizmu inaktivácie vírusov elektromagnetickými vlnami. Napríklad by sa mal systematicky objasniť mechanizmus využitia energie vírusov pri vystavení elektromagnetickým vlnám, podrobný mechanizmus netermálneho pôsobenia, ktoré ničí patogénne vírusy, a mechanizmus SRET efektu medzi elektromagnetickými vlnami a rôznymi typmi vírusov. Aplikovaný výskum by sa mal zamerať na to, ako zabrániť nadmernej absorpcii radiačnej energie polárnymi molekulami, študovať vplyv elektromagnetických vĺn rôznych frekvencií na rôzne patogénne vírusy a študovať netermálne účinky elektromagnetických vĺn pri ničení patogénnych vírusov.
Elektromagnetické vlny sa stali sľubnou metódou na inaktiváciu patogénnych vírusov. Technológia elektromagnetických vĺn má výhody nízkeho znečistenia, nízkych nákladov a vysokej účinnosti inaktivácie patogénnych vírusov, čo dokáže prekonať obmedzenia tradičnej antivírusovej technológie. Na určenie parametrov technológie elektromagnetických vĺn a objasnenie mechanizmu inaktivácie vírusov je však potrebný ďalší výskum.
Určitá dávka elektromagnetického žiarenia môže zničiť štruktúru a aktivitu mnohých patogénnych vírusov. Účinnosť inaktivácie vírusov úzko súvisí s frekvenciou, hustotou výkonu a dobou expozície. Okrem toho medzi potenciálne mechanizmy patria tepelné, atermálne a štrukturálne rezonančné účinky prenosu energie. V porovnaní s tradičnými antivírusovými technológiami má inaktivácia vírusov založená na elektromagnetických vlnách výhody jednoduchosti, vysokej účinnosti a nízkeho znečistenia. Preto sa inaktivácia vírusov sprostredkovaná elektromagnetickými vlnami stala sľubnou antivírusovou technikou pre budúce aplikácie.
U Yu. Vplyv mikrovlnného žiarenia a studenej plazmy na aktivitu bioaerosólov a súvisiace mechanizmy. Pekinská univerzita. rok 2013.
Sun CK, Tsai YC, Chen Ye, Liu TM, Chen HY, Wang HC a kol. Rezonančná dipólová väzba mikrovĺn a obmedzené akustické oscilácie v bakulovírusoch. Vedecká správa 2017; 7(1):4611.
Siddharta A, Pfaender S, Malassa A, Doerrbecker J, Anggakusuma, Engelmann M a kol. Mikrovlnná inaktivácia HCV a HIV: nový prístup k prevencii prenosu vírusu medzi injekčnými užívateľmi drog. Vedecká správa 2016; 6:36619.
Yan SX, Wang RN, Cai YJ, Song YL, Qv HL. Výskum a experimentálne pozorovanie kontaminácie nemocničných dokumentov mikrovlnnou dezinfekciou [J] Chinese Medical Journal. 1987; 4:221-2.
Sun Wei, Predbežná štúdia mechanizmu inaktivácie a účinnosti dichlórizokyanátu sodného proti bakteriofágu MS2. Univerzita v Sichuane, 2007.
Yang Li, Predbežná štúdia inaktivačného účinku a mechanizmu účinku o-ftalaldehydu na bakteriofág MS2. Univerzita v Sichuane. 2007.
Wu Ye, pani Yao. Inaktivácia vírusu prenášaného vzduchom in situ mikrovlnným žiarením. Chinese Science Bulletin. 2014;59(13):1438-45.
Kachmarchik LS, Marsai KS, Shevchenko S., Pilosof M., Levy N., Einat M. a kol. Koronavírusy a vírusy detskej obrny sú citlivé na krátke impulzy cyklotrónového žiarenia v pásme W. Letter on environmental chemistry. 2021;19(6):3967-72.
Yonges M, Liu VM, van der Vries E, Jacobi R, Pronk I, Boog S a kol. Inaktivácia vírusu chrípky pre štúdie antigenicity a testy rezistencie na fenotypové inhibítory neuraminidázy. Journal of Clinical Microbiology. 2010;48(3):928-40.
Zou Xinzhi, Zhang Lijia, Liu Yujia, Li Yu, Zhang Jia, Lin Fujia a kol. Prehľad mikrovlnnej sterilizácie. Guangdongská veda o mikroživinách. 2013;20(6):67-70.
Li Jizhi. Netermálne biologické účinky mikrovĺn na potravinárske mikroorganizmy a technológia mikrovlnnej sterilizácie [JJ Southwestern Nationalities University (prírodovedné vydanie). 2006; 6:1219–22.
Afagi P, Lapolla MA, Gandhi K. Denaturácia spike proteínu SARS-CoV-2 po atermickom mikrovlnnom ožiarení. Vedecká správa 2021; 11(1):23373.
Yang SC, Lin HC, Liu TM, Lu JT, Hong WT, Huang YR a kol. Efektívny štrukturálny rezonančný prenos energie z mikrovĺn do obmedzených akustických oscilácií vo vírusoch. Vedecká správa 2015; 5:18030.
Barbora A, Minnes R. Cielená antivírusová terapia s použitím neionizujúceho žiarenia pre SARS-CoV-2 a príprava na vírusovú pandémiu: metódy, postupy a praktické poznámky pre klinické použitie. PLOS One. 2021;16(5):e0251780.
Yang Huiming. Mikrovlnná sterilizácia a faktory, ktoré ju ovplyvňujú. Čínsky lekársky časopis. 1993;(04):246-51.
Page WJ, Martin WG Prežitie mikróbov v mikrovlnných rúrach. You can J Microorganisms. 1978;24(11):1431-3.
Elhafi G., Naylor SJ, Savage KE, Jones RS Mikrovlnná alebo autoklávová úprava ničí infekčnosť vírusu infekčnej bronchitídy a vtáčieho pneumovírusu, ale umožňuje ich detekciu pomocou polymerázovej reťazovej reakcie s reverznou transkriptázou. choroba hydiny. 2004;33(3):303-6.
Ben-Shoshan M., Mandel D., Lubezki R., Dollberg S., Mimouni FB Mikrovlnná eradikácia cytomegalovírusu z materského mlieka: pilotná štúdia. lawflake medicine. 2016;11:186-7.
Wang PJ, Pang YH, Huang SY, Fang JT, Chang SY, Shih SR a kol. Mikrovlnná rezonančná absorpcia vírusu SARS-CoV-2. Vedecká správa 2022; 12(1): 12596.
Sabino CP, Sellera FP, Sales-Medina DF, Machado RRG, Durigon EL, Freitas-Junior LH a ďalší. Smrteľná dávka SARS-CoV-2 v UV-C (254 nm). Svetelná diagnostika Photodyne Ther. 2020;32:101995.
Storm N, McKay LGA, Downs SN, Johnson RI, Birru D, de Samber M a ďalší. Rýchla a úplná inaktivácia SARS-CoV-2 pomocou UV-C. Vedecká správa 2020; 10(1):22421.