การศึกษาใหม่โดยนักวิจัยในภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลของ MIT ชี้ให้เห็นว่า coronaviruses อาจเสี่ยงต่อการสั่นสะเทือนของอัลตราซาวนด์ภายในความถี่ที่ใช้ในการถ่ายภาพเพื่อการวินิจฉัยทางการแพทย์

ทีมงานได้จำลองการตอบสนองทางกลของไวรัสต่อการสั่นสะเทือนผ่านช่วงความถี่อัลตราซาวนด์ผ่านการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ พวกเขาพบว่าการสั่นสะเทือนระหว่าง 25 ถึง 100 เมกะเฮิรตซ์กระตุ้นให้เปลือกและหนามของไวรัสยุบตัวและเริ่มแตกภายในเสี้ยววินาที ผลกระทบนี้พบได้ในการจำลองไวรัสในอากาศและในน้ำ

ผลลัพธ์เป็นข้อมูลเบื้องต้นและอิงจากข้อมูลที่จำกัดเกี่ยวกับคุณสมบัติทางกายภาพของไวรัส อย่างไรก็ตาม นักวิจัยกล่าวว่าการค้นพบของพวกเขาเป็นคำใบ้แรกในการรักษา coronaviruses ด้วยอัลตราซาวนด์ ซึ่งรวมถึงไวรัส SARS-CoV-2 นวนิยาย วิธีการที่สามารถใช้อัลตราซาวนด์ได้อย่างแม่นยำและมีประสิทธิภาพเพียงใดในการทำลายไวรัสภายในความซับซ้อนของร่างกายมนุษย์เป็นหนึ่งในคำถามสำคัญที่นักวิทยาศาสตร์จะต้องจัดการในอนาคต

“เราได้พิสูจน์แล้วว่าภายใต้การกระตุ้นด้วยอัลตราซาวนด์ เปลือกและหนามของโคโรนาไวรัสจะสั่น และแอมพลิจูดของการสั่นสะเทือนนั้นจะใหญ่มาก ทำให้เกิดสายพันธุ์ที่สามารถทำลายบางส่วนของไวรัส สร้างความเสียหายที่มองเห็นได้ต่อเปลือกนอกและอาจเกิดความเสียหายที่มองไม่เห็น ไปยังอาร์เอ็นเอภายใน" Tomasz Wierzbicki ศาสตราจารย์ด้านกลศาสตร์ประยุกต์ของ MIT กล่าว "ความหวังคือเอกสารของเราจะเริ่มต้นการอภิปรายในสาขาวิชาต่างๆ"

ผลของทีมปรากฏออนไลน์ในวารสารกลศาสตร์และฟิสิกส์ของของแข็ง ผู้เขียนร่วมของ Wierzbicki ได้แก่ Wei Li, Yuming Liu และ Juner Zhu ที่ MIT

เปลือกแหลมคม

ในขณะที่การระบาดใหญ่ของ Covid-19 เกิดขึ้นทั่วโลก Wierzbicki มองหาส่วนร่วมในการทำความเข้าใจทางวิทยาศาสตร์ของไวรัส จุดสนใจของกลุ่มของเขาอยู่ที่กลศาสตร์ที่มั่นคงและโครงสร้าง และการศึกษาว่าวัสดุแตกหักอย่างไรภายใต้ความเค้นและความเครียดต่างๆ ด้วยมุมมองนี้ เขาสงสัยว่าจะเรียนรู้อะไรได้บ้างเกี่ยวกับศักยภาพการแตกหักของไวรัส

ทีมของ Wierzbicki ได้เริ่มการจำลอง coronavirus นวนิยายและการตอบสนองทางกลต่อการสั่นสะเทือน พวกเขาใช้แนวคิดง่ายๆ เกี่ยวกับกลศาสตร์และฟิสิกส์ของของแข็งเพื่อสร้างแบบจำลองทางเรขาคณิตและการคำนวณของโครงสร้างของไวรัส ซึ่งอิงจากข้อมูลที่จำกัดในวรรณคดีทางวิทยาศาสตร์ เช่น ภาพขนาดเล็กของเปลือกไวรัสและหนามแหลมของไวรัส

จากการศึกษาก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์ได้จัดทำแผนผังโครงสร้างทั่วไปของ coronavirus ซึ่งเป็นตระกูลของไวรัสที่ติดเชื้อ HIV ไข้หวัดใหญ่ และสายพันธุ์ SARS-CoV-2 ใหม่ โครงสร้างนี้ประกอบด้วยเปลือกเรียบของโปรตีนลิพิด และรีเซพเตอร์ที่มีลักษณะเหมือนเข็มแหลมที่อัดแน่นอย่างแน่นหนาซึ่งยื่นออกมาจากเปลือก

เมื่อคำนึงถึงรูปทรงเรขาคณิตนี้ ทีมงานจึงจำลองไวรัสเป็นเปลือกยางยืดแบบบางที่หุ้มด้วยเดือยยางยืดประมาณ 100 อัน เนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพที่แน่นอนของไวรัสนั้นไม่แน่นอน นักวิจัยได้จำลองพฤติกรรมของโครงสร้างที่เรียบง่ายนี้ผ่านความยืดหยุ่นที่หลากหลายสำหรับทั้งเปลือกและแหลม

Wierzbicki กล่าวว่า "เราไม่รู้คุณสมบัติของวัสดุของเดือยแหลมเพราะมีขนาดเล็กมาก สูงประมาณ 10 นาโนเมตร "สิ่งที่ไม่รู้มากกว่านั้นคือสิ่งที่อยู่ภายในไวรัส ซึ่งไม่ว่างเปล่าแต่เต็มไปด้วย RNA ซึ่งล้อมรอบด้วยเปลือกโปรตีนแคปซิด ดังนั้นการสร้างแบบจำลองนี้จึงต้องใช้สมมติฐานมากมาย"

"เรารู้สึกมั่นใจว่าโมเดลยืดหยุ่นนี้เป็นจุดเริ่มต้นที่ดี" Wierzbicki กล่าว "คำถามคือ ความเครียดและความเครียดที่ทำให้ไวรัสแตกคืออะไร"

การล่มสลายของโคโรนา

เพื่อตอบคำถามนั้น นักวิจัยได้แนะนำการสั่นสะเทือนทางเสียงในการจำลองและสังเกตว่าการสั่นสะเทือนกระเพื่อมผ่านโครงสร้างของไวรัสในช่วงความถี่อัลตราซาวนด์ได้อย่างไร

ทีมเริ่มต้นด้วยการสั่นสะเทือน 100 เมกะเฮิรตซ์ หรือ 100 ล้านรอบต่อวินาที ซึ่งคาดว่าน่าจะเป็นความถี่การสั่นตามธรรมชาติของเปลือก โดยพิจารณาจากคุณสมบัติทางกายภาพของไวรัสที่ทราบ

เมื่อพวกเขาสัมผัสไวรัสด้วยการกระตุ้นด้วยอัลตราซาวนด์ 100 เมกะเฮิรตซ์ การสั่นสะเทือนตามธรรมชาติของไวรัสนั้นไม่สามารถตรวจพบได้ในขั้นต้น แต่ภายในเสี้ยววินาที การสั่นสะเทือนภายนอกซึ่งสะท้อนความถี่ของการสั่นตามธรรมชาติของไวรัส ทำให้เปลือกและหนามแหลมงอเข้าด้านใน คล้ายกับลูกบอลที่ลักยิ้มขณะที่มันกระเด็นจากพื้น

ในขณะที่นักวิจัยเพิ่มแอมพลิจูดหรือความเข้มของการสั่นสะเทือน เปลือกก็อาจแตกหักได้ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ทางเสียงที่เรียกว่าการสั่นพ้อง ซึ่งยังอธิบายด้วยว่านักร้องโอเปร่าสามารถแตกแก้วไวน์ได้อย่างไร หากพวกเขาร้องเพลงในระดับเสียงและระดับเสียงที่เหมาะสม ที่ความถี่ต่ำกว่า 25 MHz และ 50 MHz ไวรัสจะงอและแตกเร็วขึ้น ทั้งในสภาพแวดล้อมจำลองของอากาศและในน้ำที่มีความหนาแน่นใกล้เคียงกับของเหลวในร่างกาย

Wierzbicki กล่าวว่า "ความถี่และความเข้มเหล่านี้อยู่ในช่วงที่ใช้อย่างปลอดภัยสำหรับการถ่ายภาพทางการแพทย์

เพื่อปรับแต่งและตรวจสอบการจำลอง ทีมงานกำลังทำงานร่วมกับนักจุลชีววิทยาในสเปน ซึ่งใช้กล้องจุลทรรศน์กำลังอะตอมเพื่อสังเกตผลกระทบของการสั่นสะเทือนอัลตราซาวนด์ต่อชนิดของ coronavirus ที่พบในสุกรเท่านั้น หากอัลตราซาวนด์สามารถพิสูจน์ได้ในการทดลองว่าทำลาย coronaviruses รวมถึง SARS-CoV-2 และหากความเสียหายนี้สามารถพิสูจน์ได้ว่ามีผลการรักษา ทีมงานจะจินตนาการว่าอัลตราซาวนด์นั้นถูกใช้เพื่อสลายนิ่วในไตและปล่อยยาผ่านทาง ไลโปโซมอาจถูกควบคุมเพื่อรักษาและอาจป้องกันการติดเชื้อ coronavirus นักวิจัยยังนึกภาพว่าเครื่องแปลงสัญญาณอัลตราซาวนด์ขนาดเล็กที่ติดตั้งในโทรศัพท์และอุปกรณ์พกพาอื่น ๆ อาจสามารถป้องกันผู้คนจากไวรัสได้

Wierzbicki เน้นว่ายังมีงานวิจัยอีกมากที่ต้องทำเพื่อยืนยันว่าอัลตราซาวนด์สามารถเป็นกลยุทธ์ในการรักษาและป้องกันโรคโคโรนาไวรัสได้อย่างมีประสิทธิภาพหรือไม่ ในขณะที่ทีมของเขาทำงานเพื่อปรับปรุงการจำลองที่มีอยู่ด้วยข้อมูลการทดลองใหม่ เขาวางแผนที่จะให้ความสำคัญกับกลไกเฉพาะของนวนิยายเรื่องนี้ ซึ่งทำให้ไวรัส SARS-CoV-2 กลายพันธุ์อย่างรวดเร็ว

Wierzbicki กล่าวว่า "เราดูครอบครัวไวรัสโคโรน่าทั่วไป และตอนนี้กำลังดูสัณฐานวิทยาและเรขาคณิตของโควิด-19 โดยเฉพาะ" "ศักยภาพเป็นสิ่งที่อาจยอดเยี่ยมในสถานการณ์วิกฤติในปัจจุบัน"บาคาร่า สมัครบาคาร่า