Eine neue Studie von Forschern in MIT's Abteilung für Maschinenbau deutet darauf hin, dass Koronaviren kann anfällig für Ultraschallvibrationen sein, innerhalb der in der medizinischen Diagnostik verwendeten Frequenzen.

Durch Computersimulationen hat das Team den Virus modelliert ' mechanische Reaktion auf Vibrationen in einem Bereich von Ultraschall-Frequenzen. Sie stellte fest, dass Vibrationen zwischen 25 und 100 Megahertz den Virus ' Shell und Spikes zum Zusammenbruch und Beginnen, um innerhalb eines Bruchteils eines Millisekunden zu reißen. Dieses Die Wirkung wurde in Simulationen des Virus in der Luft und in Wasser gesehen.

Die Ergebnisse sind vorläufig und basierend auf begrenzten Daten in Bezug auf den Virus ' physikalische Eigenschaften. Trotzdem sagen die Forscher ihre Die Ergebnisse sind ein erster Hinweis auf mögliche Ultraschallbasis Behandlung von Koronaviren, einschließlich des Romans SARS-COV-2 Virus. Wie genau ultraschall könnte verwaltet werden, und Wie effektiv es würde bei der Beschädigung des Virus innerhalb der Komplexität des menschlichen Körpers, sind zwischen Die wichtigsten Fragen wissen, dass Wissenschaftler gehen müssen

"Wir haben bewährt, dass unter Ultraschallanregung das Coronavirus Shell und Spikes vibrieren wird, und die Amplitude dieser Vibration ist sehr groß, wodurch Stämme erzeugt werden, die bestimmte Teile des Virus brechen könnten, um sichtbare Schäden an der Außenschale und möglicherweise unsichtbare Schäden an der RNA innen ", sagt Tomasz Wierzbicki, Professor für angewandte Mechanik bei mit. "Die Hoffnung ist, dass unser Papier eine Diskussion über verschiedene Disziplinen initiieren wird."

Das Team Die Ergebnisse erscheinen online in der Journal der Mechanik und Physik der Feststoffe Wierzbicki Co-Autoren sind Wei Li, Yuming Liu und Juner Zhu bei mit.

eine spikige Schale

als Covid-19 Pandemie nahm die Welt auf, Wierzbicki suchte, um zum wissenschaftlichen Verständnis des Virus beizutragen. Seine Gruppe Fokus liegt in solider und struktureller Mechanik und das Studium von Wie Materialbrüche unter verschiedenen Belastungen und Belastungen. Mit dieser Perspektive fragte er sich, was über das Virus gelernt werden Fraktur Potential.

Wierzbicki Team, um den Roman zu simulieren Coronavirus und seine mechanische Antwort auf Vibrationen. Sie Einfache einfache Konzepte der Mechanik und der Physik von Festkörper, um ein geometrisches und rechnerisches Modell des Virus " Struktur, welche sie Basierend auf begrenzten Informationen in der wissenschaftlichen Literatur, wie z. B. mikroskopischen Bildern des Virus ' Shell und Spikes.

Aus früheren Studien haben Wissenschaftler die allgemeine Struktur des Coronavirus - Eine Familie von Viren, die HIV, Influenza und der Roman SARS-COV-2 Belastung. Dieses Die Struktur besteht aus einer glatten Hülle von Lipidproteinen und dicht gepackt, Spike-Like Rezeptoren, die aus der Hautschale hervorstehen.

Mit dieser Geometrie im Hinblick auf das Team modellierte das Virus als dünne elastische Muschel, die in etwa 100 elastischen Spikes bedeckt war. als Virus ' Die exakten physikalischen Eigenschaften sind unsicher, die Forscher simulierten das Verhalten dieser einfachen Struktur über eine Reihe von Elastizität für die Shell und den Spikes.

"We nicht kennen die materiellen Eigenschaften der Spikes Weil Sie sind so winzig - ca. 10 Nanometer hoch," Wierzbicki sagt. "Auch mehr unbekannt ist was ist in dem Virus, was nicht leer ist, aber mit RNA gefüllt ist, was selbst von einem Protein-Capsid-Shell umgeben ist. So erfordern diese Modellierung viele Annahmen."

"WIR Fühlen Sie sich zuversichtlich, dass dieses elastische Modell ein guter Ausgangspunkt ist," Wierzbicki sagt. "Die Frage ist, was sind die Belastungen und Anfälle, die den Virus aufbricht?"

A Corona Zusammenbruch

Zu Beantworten Sie diese Frage, die Forscher führten akustische Vibrationen in die Simulationen ein und beobachteten Wie Die Vibrationen wurden durch den Virus ' Struktur über eine Reihe von Ultraschall-Frequenzen.

Das Team begann mit Vibrationen von 100 Megahertz oder 100 Millionen Zyklen pro Zweitens, welche sie geschätzt würde Sei die Shell's Natürliche Vibrationsfrequenz, basierend auf Was ist bekannt für den Virus ' physikalische Eigenschaften.

Wann Sie Exponierte das Virus auf 100 MHz Ultraschall-Erregungen, das Virus ' Natürliche Vibrationen waren zunächst unentschlossen. Innerhalb eines Bruchteils eines Millisekunden die äußeren Vibrationen, die mit der Häufigkeit des Virus schwächt Natürliche Schwingungen, verursacht, dass die Muschel und die Spitzen nach innen schnallen, ähnlich einer Kugel, die Grübchen ist, als sie den Boden abspringt.

Da die Forscher die Amplitude oder Intensität, der Vibrationen erhöhten, könnten die Hülle Fraktur - ein akustisches Phänomen, das als Resonanz bekannt ist, der auch erklärt, wie Opernsänger können ein Weinglas knacken, wenn Sie Singen Sie genau mit der rechten Tonhöhe und Volumen. Bei niedrigeren Frequenzen von 25 MHz und 50 MHz schnallte sich der Virus noch schneller, sowohl in simulierten Luftumgebungen als auch von Wasser, das in der Dichte zu Flüssigkeiten im Körper ähnlich ist.

"Diese Frequenzen und Intensitäten liegen in dem Bereich, der sicher für die medizinische Bildgebung verwendet wird", sagt Wierzbicki.

Zu verfeinern und validieren ihre Simulationen, das Team arbeitet mit Mikrobiologen in Spanien, die die atomare Kraftmikroskopie verwenden, um die Auswirkungen von Ultraschallschwingungen auf eine Art von Coronavirus zu beobachten exklusiv in Schweine gefunden. WENN Ultraschall kann experimentell nachgewiesen werden, um Koronaviren zu beschädigen, einschließlich SARS-COV-2, und wenn dieser Schaden als therapeutischer Wirkung gezeigt werden kann, sieht das Team vor, dass Ultraschall, das bereits zum Auflösen von Nierensteinen verwendet wird, und Drogen mit Drogen Liposomen, können, um zu behandeln und möglicherweise zu verhindern, dass Coronavirus Infektion. Die Forscher stellen sich auch vor, dass Miniatur-Ultraschallwandler, die in Telefone und andere tragbare Geräte montiert sind, die Menschen aus dem Virus schützen können.

Wierzbicki betont, dass es viel mehr Recherche gibt, um zu bestätigen, ob Ultraschall kann eine wirksame Behandlungs- und Präventionsstrategie sein gegen Koronaviren. wie sein Team arbeitet, um die bestehenden Simulationen mit neuen experimentellen Daten zu verbessern, er plant, auf die spezifischen Mechanik des Romans zu null, schnell mutierbar SARS-COV-2 Virus.

"We sahen sich den General Coronavirus Familie an und wirkten jetzt speziell auf die Morphologie und Geometrie von Covid-19," Wierzbicki sagt. "Das Potenzial ist etwas das könnte in der aktuellen kritischen Situation groß sein."