השפעות של גלים אלקטרומגנטיים על וירוסים פתוגניים ומנגנונים קשורים: סקירה ב-Journal of Virology

זיהומים ויראליים פתוגניים הפכו לבעיה מרכזית בבריאות הציבור ברחבי העולם. וירוסים יכולים להדביק את כל האורגניזמים התאיים ולגרום לדרגות שונות של פציעה ונזק, מה שמוביל למחלות ואף למוות. עם השכיחות של וירוסים פתוגניים מאוד כמו תסמונת נשימתית חריפה נגיף קורונה 2 (SARS-CoV-2), יש צורך דחוף לפתח שיטות יעילות ובטוחות להשבתת וירוסים פתוגניים. שיטות מסורתיות להשבתת וירוסים פתוגניים הן מעשיות אך יש להן מגבלות מסוימות. עם המאפיינים של כוח חדירה גבוה, תהודה פיזית וללא זיהום, גלים אלקטרומגנטיים הפכו לאסטרטגיה פוטנציאלית לביטול הפעלה של וירוסים פתוגניים ומושכים תשומת לב גוברת. מאמר זה מספק סקירה של פרסומים אחרונים על השפעת גלים אלקטרומגנטיים על וירוסים פתוגניים ומנגנונם, כמו גם את הסיכויים לשימוש בגלים אלקטרומגנטיים להשבתת וירוסים פתוגניים, כמו גם רעיונות ושיטות חדשות להשבתה כזו.
וירוסים רבים מתפשטים במהירות, נמשכים לאורך זמן, הם פתוגניים ביותר ויכולים לגרום למגיפות עולמיות ולסכנות בריאותיות חמורות. מניעה, איתור, בדיקות, הדברה וטיפול הם צעדים מרכזיים לעצירת התפשטות הנגיף. חיסול מהיר ויעיל של וירוסים פתוגניים כולל חיסול מניעתי, מגן ומקור. השבתה של וירוסים פתוגניים על ידי הרס פיזיולוגי כדי להפחית את הזיהומים, הפתוגניות ויכולת הרבייה שלהם היא שיטה יעילה לחיסולם. שיטות מסורתיות, כולל טמפרטורה גבוהה, כימיקלים וקרינה מייננת, יכולות למעשה להשבית וירוסים פתוגניים. עם זאת, לשיטות אלה עדיין יש כמה מגבלות. לכן, עדיין קיים צורך דחוף בפיתוח אסטרטגיות חדשניות להשבתת נגיפים פתוגניים.
לפליטת גלים אלקטרומגנטיים יש יתרונות של עוצמת חדירה גבוהה, חימום מהיר ואחיד, תהודה עם מיקרואורגניזמים ושחרור פלזמה, וצפויה להפוך לשיטה מעשית להשבתת וירוסים פתוגניים [1,2,3]. יכולתם של גלים אלקטרומגנטיים להשבית נגיפים פתוגניים הוכחה במאה האחרונה [4]. בשנים האחרונות, השימוש בגלים אלקטרומגנטיים להשבתת וירוסים פתוגניים משך תשומת לב גוברת. מאמר זה דן בהשפעה של גלים אלקטרומגנטיים על וירוסים פתוגניים והמנגנונים שלהם, שיכולים לשמש מדריך שימושי למחקר בסיסי ויישומי.
המאפיינים המורפולוגיים של וירוסים יכולים לשקף פונקציות כמו הישרדות וזיהומים. הוכח כי גלים אלקטרומגנטיים, במיוחד גלים אלקטרומגנטיים בתדירות גבוהה (UHF) ובתדר גבוה במיוחד (EHF), יכולים לשבש את המורפולוגיה של וירוסים.
Bacteriophage MS2 (MS2) משמש לעתים קרובות בתחומי מחקר שונים כגון הערכת חיטוי, מודלים קינטיים (מימי) ואפיון ביולוגי של מולקולות ויראליות [5, 6]. Wu מצא שגלי מיקרו בתדרים של 2450 מגה-הרץ ו-700 ואט גרמו לצבירה ולכיווץ משמעותי של פאג'ים מימיים MS2 לאחר דקה אחת של הקרנה ישירה [1]. לאחר חקירה נוספת, נצפה גם שבר בפני השטח של הפאג MS2 [7]. Kaczmarczyk [8] חשף השעיות של דגימות של נגיף קורונה 229E (CoV-229E) לגלים מילימטריים בתדר של 95 GHz וצפיפות הספק של 70 עד 100 W/cm2 למשך 0.1 שניות. ניתן למצוא חורים גדולים במעטפת הכדורית המחוספסת של הנגיף, מה שמוביל לאובדן תכולתו. חשיפה לגלים אלקטרומגנטיים עלולה להיות הרסנית לצורות ויראליות. עם זאת, שינויים בתכונות המורפולוגיות, כגון צורה, קוטר וחלקות פני השטח, לאחר חשיפה לנגיף עם קרינה אלקטרומגנטית אינם ידועים. לכן, חשוב לנתח את הקשר בין מאפיינים מורפולוגיים להפרעות תפקודיות, שיכולים לספק אינדיקטורים חשובים ונוחים להערכת אי-אקטיבציה של הנגיף [1].
המבנה הנגיפי מורכב בדרך כלל מחומצת גרעין פנימית (RNA או DNA) וקפסיד חיצוני. חומצות גרעין קובעות את התכונות הגנטיות והשכפול של וירוסים. הקפסיד הוא השכבה החיצונית של תת-יחידות חלבון מסודרות באופן קבוע, הפיגום הבסיסי והמרכיב האנטיגני של חלקיקים ויראליים, וגם מגן על חומצות גרעין. לרוב הנגיפים יש מבנה מעטפת המורכב משומנים וגליקופרוטאינים. בנוסף, חלבוני המעטפת קובעים את הספציפיות של הקולטנים ומשמשים כאנטיגנים העיקריים שמערכת החיסון של המארח יכולה לזהות. המבנה השלם מבטיח את שלמותו ויציבותו הגנטית של הנגיף.
מחקרים הראו שגלים אלקטרומגנטיים, במיוחד גלים אלקטרומגנטיים UHF, יכולים לפגוע ב-RNA של וירוסים גורמי מחלות. Wu [1] חשף ישירות את הסביבה המימית של נגיף MS2 לגלי מיקרו של 2450 מגה-הרץ למשך 2 דקות וניתח את הגנים המקודדים חלבון A, חלבון קפסיד, חלבון משוכפל וחלבון מחשוף על ידי אלקטרופורזה ג'ל ותגובת שרשרת פולימראז בשעתוק הפוכה. RT-PCR). גנים אלו הושמדו בהדרגה עם צפיפות הספק הולכת וגוברת ואף נעלמו בצפיפות הכוח הגבוהה ביותר. לדוגמה, הביטוי של הגן חלבון A (934 bp) ירד משמעותית לאחר חשיפה לגלים אלקטרומגנטיים בהספק של 119 ו-385 W ונעלם לחלוטין כאשר צפיפות ההספק הוגדלה ל-700 W. נתונים אלו מצביעים על כך שגלים אלקטרומגנטיים יכולים, בהתאם למינון, להרוס את המבנה של חומצות הגרעין של וירוסים.
מחקרים עדכניים הראו כי השפעתם של גלים אלקטרומגנטיים על חלבונים ויראליים פתוגניים מבוססת בעיקר על השפעתם התרמית העקיפה על מתווכים והשפעתם העקיפה על סינתזת חלבונים עקב הרס חומצות גרעין [1, 3, 8, 9]. עם זאת, השפעות אטרמיות יכולות גם לשנות את הקוטביות או המבנה של חלבונים ויראליים [1, 10, 11]. ההשפעה הישירה של גלים אלקטרומגנטיים על חלבונים מבניים/לא מבניים בסיסיים כגון חלבוני קפסיד, חלבוני מעטפת או חלבוני ספייק של וירוסים פתוגניים עדיין דורשת מחקר נוסף. לאחרונה הוצע כי 2 דקות של קרינה אלקטרומגנטית בתדר של 2.45 גיגה-הרץ בהספק של 700 ואט יכולות לקיים אינטראקציה עם חלקים שונים של מטענים חלבוניים באמצעות היווצרות של נקודות חמות ושדות חשמליים מתנודדים באמצעות השפעות אלקטרומגנטיות גרידא [12].
המעטפת של נגיף פתוגני קשורה קשר הדוק ליכולתו להדביק או לגרום למחלה. מספר מחקרים דיווחו כי UHF וגלים אלקטרומגנטיים במיקרוגל יכולים להרוס את הקליפות של וירוסים גורמי מחלות. כפי שהוזכר לעיל, ניתן לזהות חורים ברורים במעטפת הוויראלית של נגיף הקורונה 229E לאחר חשיפה של 0.1 שניות לגל מילימטר 95 GHz בצפיפות הספק של 70 עד 100 W/cm2 [8]. ההשפעה של העברת אנרגיית תהודה של גלים אלקטרומגנטיים יכולה לגרום למתח מספיק כדי להרוס את המבנה של מעטפת הנגיף. עבור וירוסים עטופים, לאחר קרע של המעטפת, הזיהום או פעילות כלשהי יורדת בדרך כלל או אובדת לחלוטין [13, 14]. יאנג [13] חשף את נגיף השפעת H3N2 (H3N2) ואת נגיף השפעת H1N1 (H1N1) למיקרוגלים במהירות 8.35 גיגה-הרץ, 320 ואט/מ"ר ו-7 ג'יגה-הרץ, 308 ואט/מ"ר, בהתאמה, למשך 15 דקות. כדי להשוות את אותות ה-RNA של וירוסים פתוגניים שנחשפו לגלים אלקטרומגנטיים ומודל מקוטע שהוקפא והופשר מיד בחנקן נוזלי במשך מספר מחזורים, בוצע RT-PCR. התוצאות הראו שאותות ה-RNA של שני המודלים עקביים מאוד. תוצאות אלו מצביעות על כך שהמבנה הפיזי של הנגיף מופרע ומבנה המעטפת נהרס לאחר חשיפה לקרינת מיקרוגל.
ניתן לאפיין את פעילותו של וירוס ביכולתו להדביק, לשכפל ולתמלל. הידבקות או פעילות נגיפית מוערכת בדרך כלל על ידי מדידת טיטרים ויראליים באמצעות מבחני פלאק, מינון זיהומי חציוני של תרבית רקמה (TCID50), או פעילות גן מדווח לוציפראז. אבל ניתן גם להעריך אותו ישירות על ידי בידוד וירוס חי או על ידי ניתוח אנטיגן ויראלי, צפיפות חלקיקים ויראליים, הישרדות וירוסים וכו'.
דווח כי גלים אלקטרומגנטיים של UHF, SHF ו-EHF יכולים להשבית ישירות אירוסולים ויראליים או וירוסים הנישאים במים. Wu [1] חשף אירוסול MS2 בקטריופאג שנוצר על ידי נבולייזר מעבדה לגלים אלקטרומגנטיים בתדר של 2450 מגה-הרץ והספק של 700 ואט למשך 1.7 דקות, בעוד ששיעור ההישרדות של בקטריופאג MS2 היה רק ​​8.66%. בדומה לארוסול נגיפי של MS2, 91.3% מה-MS2 המימי הושבת תוך 1.5 דקות לאחר החשיפה לאותה מינון של גלים אלקטרומגנטיים. בנוסף, היכולת של קרינה אלקטרומגנטית להשבית את נגיף MS2 נמצאה בקורלציה חיובית עם צפיפות ההספק וזמן החשיפה. עם זאת, כאשר יעילות הנטרול מגיעה לערך המקסימלי שלה, לא ניתן לשפר את יעילות הביטול על ידי הגדלת זמן החשיפה או הגדלת צפיפות ההספק. לדוגמה, לנגיף MS2 היה שיעור הישרדות מינימלי של 2.65% עד 4.37% לאחר חשיפה לגלים אלקטרומגנטיים של 2450 מגה-הרץ ו-700 וואט, ולא נמצאו שינויים משמעותיים עם הגדלת זמן החשיפה. סידהארטה [3] הקרינה תרחיף תרבית תאים המכילה וירוס הפטיטיס C (HCV)/נגיף כשל חיסוני מסוג 1 (HIV-1) עם גלים אלקטרומגנטיים בתדר של 2450 מגה-הרץ והספק של 360 ואט. הם גילו שהטיטרים של הנגיף ירדו באופן משמעותי לאחר 3 דקות של חשיפה, מה שמצביע על כך שקרינת גלים אלקטרומגנטיים יעילה נגד זיהומי HCV ו-HIV-1 עוזר למנוע העברה של הנגיף גם כאשר הוא נחשף יחד. בעת הקרנת תרביות HCV ותרחפי HIV-1 עם גלים אלקטרומגנטיים בעלי הספק נמוך בתדר של 2450 מגה-הרץ, 90 ואט או 180 וואט, ללא שינוי בטיטר הנגיף, שנקבע על ידי פעילות מדווחת הלוציפראז, ושינוי משמעותי בזיהום הנגיפי. נצפו. ב-600 ו-800 ואט למשך דקה אחת, הזיהום של שני הנגיפים לא ירד באופן משמעותי, מה שלדעתו קשור לעוצמת קרינת הגל האלקטרומגנטי ולזמן החשיפה לטמפרטורה קריטית.
Kaczmarczyk [8] הדגימו לראשונה את הקטלניות של גלים אלקטרומגנטיים EHF נגד וירוסים פתוגניים הנישאים במים בשנת 2021. הם חשפו דגימות של וירוס קורונה 229E או פוליו-וירוס (PV) לגלים אלקטרומגנטיים בתדר של 95 GHz וצפיפות הספק של 70 עד 100 W/cm2 למשך 2 שניות. יעילות האינאקטיבציה של שני הנגיפים הפתוגניים הייתה 99.98% ו-99.375%, בהתאמה. מה שמצביע על כך שלגלים אלקטרומגנטיים של EHF יש סיכויי יישום רחבים בתחום השבתת הווירוסים.
היעילות של השבתת UHF של וירוסים הוערכה גם במדיות שונות כגון חלב אם וכמה חומרים הנפוצים בשימוש בבית. החוקרים חשפו מסכות הרדמה מזוהמות באדנו-וירוס (ADV), פוליו-וירוס מסוג 1 (PV-1), הרפס-וירוס 1 (HV-1) ורינו-וירוס (RHV) לקרינה אלקטרומגנטית בתדר של 2450 מגה-הרץ והספק של 720 וואט. הם דיווחו שבדיקות לאנטיגנים ADV ו-PV-1 הפכו שליליות, וטיטרי HV-1, PIV-3 ו-RHV ירדו לאפס, מה שמצביע על ביטול מוחלט של כל הנגיפים לאחר 4 דקות של חשיפה [15, 16]. Elhafi [17] חשף ישירות ספוגיות נגועים בנגיף ברונכיטיס זיהומיות של עופות (IBV), פנאומוווירוס עופות (APV), וירוס מחלת ניוקאסל (NDV) ונגיף שפעת העופות (AIV) לתנור מיקרוגל 2450 מגה-הרץ, 900 W. מאבדים את הזיהומים שלהם. ביניהם, APV ו-IBV זוהו בנוסף בתרביות של איברי קנה הנשימה שהתקבלו מעוברי אפרוחים מהדור החמישי. למרות שלא ניתן היה לבודד את הנגיף, חומצת הגרעין הוויראלית עדיין זוהתה על ידי RT-PCR. בן שושן [18] חשף ישירות גלים אלקטרומגנטיים של 2450 מגה-הרץ, 750 ואט ל-15 דגימות חלב אם חיוביות לציטומגלווירוס (CMV) למשך 30 שניות. גילוי אנטיגן על ידי Shell-Vial הראה ביטול מוחלט של CMV. עם זאת, ב-500 W, 2 מתוך 15 דגימות לא השיגו אי-אקטיבציה מוחלטת, מה שמעיד על מתאם חיובי בין יעילות ה-inactivation לבין כוחם של גלים אלקטרומגנטיים.
ראוי גם לציין שיאנג [13] חזה את תדירות התהודה בין גלים אלקטרומגנטיים לוירוסים בהתבסס על מודלים פיזיקליים מבוססים. תרחיף של חלקיקי נגיף H3N2 בצפיפות של 7.5 × 1014 m-3, שהופק על ידי תאי כלבים רגישים לווירוס Madin Darby (MDCK), נחשף ישירות לגלים אלקטרומגנטיים בתדר של 8 GHz והספק של 820 W/m² למשך 15 דקות. רמת האינאקטיבציה של וירוס H3N2 מגיעה ל-100%. עם זאת, בסף תיאורטי של 82 ואט/מ"ר, רק 38% מנגיף ה-H3N2 הושבתו, מה שמצביע על כך שהיעילות של השבתת הנגיף בתיווך EM קשורה קשר הדוק לצפיפות ההספק. בהתבסס על מחקר זה, ברבורה [14] חישבה את טווח תדר התהודה (8.5-20 GHz) בין גלים אלקטרומגנטיים ל-SARS-CoV-2 והגיעה למסקנה ש-7.5 × 1014 m-3 של SARS-CoV-2 חשוף לגלים אלקטרומגנטיים A. עם תדר של 10-17 GHz וצפיפות הספק של 14.5 ± 1 W/m2 למשך כ-15 דקות יגרום לביטול של 100%. מחקר שנערך לאחרונה על ידי Wang [19] הראה שתדרי התהודה של SARS-CoV-2 הם 4 ו-7.5 גיגה-הרץ, מה שמאשר את קיומם של תדרי תהודה ללא תלות בטיטר הווירוס.
לסיכום, אנו יכולים לומר שגלים אלקטרומגנטיים יכולים להשפיע על אירוסולים ותלים, כמו גם על פעילותם של וירוסים על משטחים. נמצא כי יעילות האינאקטיבציה קשורה קשר הדוק לתדירות ולעוצמה של גלים אלקטרומגנטיים ולמדיום המשמש לצמיחת הנגיף. בנוסף, תדרים אלקטרומגנטיים המבוססים על רזוננסים פיזיים חשובים מאוד להשבתת וירוסים [2, 13]. עד כה, השפעתם של גלים אלקטרומגנטיים על פעילותם של וירוסים פתוגניים התמקדה בעיקר בשינוי זיהומיות. בשל המנגנון המורכב, מספר מחקרים דיווחו על השפעתם של גלים אלקטרומגנטיים על שכפול ותעתוק של וירוסים פתוגניים.
המנגנונים שבאמצעותם גלים אלקטרומגנטיים משביתים את הנגיפים קשורים קשר הדוק לסוג הנגיף, תדירותם ועוצמתם של גלים אלקטרומגנטיים וסביבת הצמיחה של הנגיף, אך נותרו ברובם בלתי נחקרים. מחקרים אחרונים התמקדו במנגנונים של העברת אנרגיה תהודה תרמית, אטרמית ומבנה.
ההשפעה התרמית מובנת כעלייה בטמפרטורה הנגרמת על ידי סיבוב מהיר, התנגשות וחיכוך של מולקולות קוטביות ברקמות תחת השפעת גלים אלקטרומגנטיים. בשל תכונה זו, גלים אלקטרומגנטיים יכולים להעלות את הטמפרטורה של הנגיף מעל סף הסובלנות הפיזיולוגית, ולגרום למוות של הנגיף. עם זאת, וירוסים מכילים מעט מולקולות קוטביות, מה שמצביע על כך שהשפעות תרמיות ישירות על וירוסים הן נדירות [1]. להיפך, יש הרבה יותר מולקולות קוטביות בתווך ובסביבה, כמו מולקולות מים, שנעות בהתאם לשדה החשמלי המתחלף הנרגש מגלים אלקטרומגנטיים, ומייצרים חום באמצעות חיכוך. לאחר מכן החום מועבר לנגיף כדי להעלות את הטמפרטורה שלו. כאשר עוברים את סף הסובלנות, חומצות גרעין וחלבונים נהרסים, מה שבסופו של דבר מפחית את הזיהום ואף משבית את הנגיף.
מספר קבוצות דיווחו שגלים אלקטרומגנטיים יכולים להפחית את הזיהום של וירוסים באמצעות חשיפה תרמית [1, 3, 8]. Kaczmarczyk [8] חשף מתלים של וירוס קורונה 229E לגלים אלקטרומגנטיים בתדר של 95 GHz עם צפיפות הספק של 70 עד 100 W/cm² למשך 0.2-0.7 שניות. התוצאות הראו שעליית טמפרטורה של 100 מעלות צלזיוס במהלך תהליך זה תרמה להרס המורפולוגיה של הנגיף ולהפחתת פעילות הנגיף. ניתן להסביר את ההשפעות התרמיות הללו על ידי פעולתם של גלים אלקטרומגנטיים על מולקולות המים שמסביב. Siddharta [3] הקרינה תרחיפים של תרבית תאים המכילים HCV מגנוטיפים שונים, כולל GT1a, GT2a, GT3a, GT4a, GT5a, GT6a ו-GT7a, עם גלים אלקטרומגנטיים בתדר של 2450 מגה-הרץ והספק של 90 ואט ו-1800 וואט. W, 600 W ו-800 ג' עם עלייה בטמפרטורה של מצע התרבות התא מ-26 מעלות צלזיוס ל-92 מעלות צלזיוס, קרינה אלקטרומגנטית הפחיתה את זיהומי הנגיף או השביתה את הנגיף לחלוטין. אבל HCV נחשף לגלים אלקטרומגנטיים לזמן קצר בהספק נמוך (90 או 180 W, 3 דקות) או הספק גבוה יותר (600 או 800 W, 1 דקה), בעוד שלא הייתה עלייה משמעותית בטמפרטורה ושינוי משמעותי ב- הנגיף לא נצפה בזיהום או בפעילות.
התוצאות לעיל מצביעות על כך שההשפעה התרמית של גלים אלקטרומגנטיים היא גורם מפתח המשפיע על זיהומיות או פעילות של וירוסים פתוגניים. בנוסף, מחקרים רבים הראו כי ההשפעה התרמית של קרינה אלקטרומגנטית משביתה וירוסים פתוגניים בצורה יעילה יותר מאשר UV-C וחימום קונבנציונלי [8, 20, 21, 22, 23, 24].
בנוסף להשפעות תרמיות, גלים אלקטרומגנטיים יכולים גם לשנות את הקוטביות של מולקולות כמו חלבונים מיקרוביאליים וחומצות גרעין, ולגרום למולקולות להסתובב ולרטוט, וכתוצאה מכך לקיום מופחת או אפילו מוות [10]. מאמינים כי המעבר המהיר של הקוטביות של גלים אלקטרומגנטיים גורם לקיטוב חלבון, אשר מוביל לפיתול ולעקמומיות של מבנה החלבון ובסופו של דבר לדנטורציה של חלבון [11].
ההשפעה הלא-תרמית של גלים אלקטרומגנטיים על ביטול הנגיף נותרה שנויה במחלוקת, אך רוב המחקרים הראו תוצאות חיוביות [1, 25]. כפי שהזכרנו לעיל, גלים אלקטרומגנטיים יכולים לחדור ישירות לחלבון המעטפת של נגיף MS2 ולהרוס את חומצת הגרעין של הנגיף. בנוסף, אירוסולים של וירוס MS2 רגישים הרבה יותר לגלים אלקטרומגנטיים מאשר MS2 מימי. הודות למולקולות פחות קוטביות, כגון מולקולות מים, בסביבה המקיפה את אירוסולים של וירוס MS2, השפעות אטרמיות עשויות למלא תפקיד מפתח בהשבתת וירוסים בתיווך גלים אלקטרומגנטיים [1].
תופעת התהודה מתייחסת לנטייה של מערכת פיזיקלית לספוג יותר אנרגיה מסביבתה בתדר הטבעי ובאורך הגל שלה. תהודה מתרחשת במקומות רבים בטבע. ידוע כי וירוסים מהדהדים עם גלי מיקרו באותו תדר במצב דיפול אקוסטי מוגבל, תופעת תהודה [2, 13, 26]. אופני תהודה של אינטראקציה בין גל אלקטרומגנטי לוירוס מושכים יותר ויותר תשומת לב. ההשפעה של העברת אנרגיית תהודה מבנית יעילה (SRET) מגלים אלקטרומגנטיים לתנודות אקוסטיות סגורות (CAV) בווירוסים יכולה להוביל לקרע של הממברנה הוויראלית עקב תנודות ליבה-קפסיד מנוגדות. בנוסף, היעילות הכוללת של SRET קשורה לאופי הסביבה, כאשר הגודל וה-pH של החלקיק הנגיפי קובעים את תדר התהודה וספיגת האנרגיה, בהתאמה [2, 13, 19].
השפעת התהודה הפיזית של גלים אלקטרומגנטיים ממלאת תפקיד מפתח בהשבתת וירוסים עטופים, המוקפים בממברנה דו-שכבתית המוטבעת בחלבונים ויראליים. החוקרים מצאו כי השבתת ה-H3N2 על ידי גלים אלקטרומגנטיים בתדר של 6 גיגה-הרץ וצפיפות הספק של 486 ואט/מ"ר נגרמה בעיקר מקרע פיזי של המעטפת עקב אפקט התהודה [13]. הטמפרטורה של תרחיף H3N2 עלתה רק ב-7 מעלות צלזיוס לאחר 15 דקות של חשיפה, עם זאת, עבור השבתת נגיף ה-H3N2 האנושי על ידי חימום תרמי, נדרשת טמפרטורה מעל 55 מעלות צלזיוס [9]. תופעות דומות נצפו עבור וירוסים כגון SARS-CoV-2 ו-H3N1 [13, 14]. בנוסף, ביטול ההפעלה של וירוסים על ידי גלים אלקטרומגנטיים אינו מוביל לפירוק גנום RNA ויראלי [1,13,14]. לפיכך, השבתת נגיף H3N2 קודמה על ידי תהודה פיזית ולא חשיפה תרמית [13].
בהשוואה להשפעה התרמית של גלים אלקטרומגנטיים, ביטול הפעלה של וירוסים על ידי תהודה פיזית מצריך פרמטרים של מינון נמוכים יותר, שהם מתחת לתקני הבטיחות במיקרוגל שנקבעו על ידי המכון למהנדסי חשמל ואלקטרוניקה (IEEE) [2, 13]. תדירות התהודה ומינון ההספק תלויים במאפיינים הפיזיקליים של הנגיף, כגון גודל החלקיקים והגמישות, וניתן לכוון ביעילות את כל הנגיפים בתדר התהודה לאי-אקטיבציה. בשל קצב החדירה הגבוה, היעדר קרינה מייננת ובטיחות טובה, נטרול נגיפים המתווך על ידי ההשפעה האטרמית של CPET מבטיחה לטיפול במחלות ממאירות אנושיות הנגרמות על ידי וירוסים פתוגניים [14, 26].
בהתבסס על יישום אי-אקטיבציה של וירוסים בשלב הנוזלי ועל פני השטח של אמצעי תקשורת שונים, גלים אלקטרומגנטיים יכולים להתמודד ביעילות עם אירוסולים ויראליים [1, 26], המהווה פריצת דרך וחשיבות רבה לשליטה בהעברת וירוס ומניעת העברת הנגיף בחברה. מגפה. יתרה מכך, לגילוי מאפייני התהודה הפיזיקלית של גלים אלקטרומגנטיים חשיבות רבה בתחום זה. כל עוד ידועות תדר התהודה של ויריון מסוים וגלים אלקטרומגנטיים, ניתן למקד את כל הנגיפים בטווח תדר התהודה של הפצע, דבר שלא ניתן להשיג בשיטות השבתת וירוסים מסורתיות [13,14,26]. השבתה אלקטרומגנטית של וירוסים היא מחקר מבטיח עם מחקר רב וערך ופוטנציאל יישומי.
בהשוואה לטכנולוגיית הרג וירוסים מסורתית, לגלים אלקטרומגנטיים יש את המאפיינים של הגנה סביבתית פשוטה, יעילה ומעשית בעת הרג וירוסים בשל התכונות הפיזיקליות הייחודיות שלהם [2, 13]. עם זאת, נותרו בעיות רבות. ראשית, הידע המודרני מוגבל לתכונות הפיזיקליות של גלים אלקטרומגנטיים, ומנגנון ניצול האנרגיה במהלך פליטת גלים אלקטרומגנטיים לא נחשף [10, 27]. גלי מיקרוגל, לרבות גלי מילימטר, היו בשימוש נרחב לחקר השבתת הנגיף והמנגנונים שלו, אולם לא דווח על מחקרים של גלים אלקטרומגנטיים בתדרים אחרים, במיוחד בתדרים מ-100 קילו-הרץ עד 300 מגה-הרץ ומ-300 גיגה-הרץ עד 10 ת-הרץ. שנית, המנגנון של הריגת וירוסים פתוגניים על ידי גלים אלקטרומגנטיים לא הובהר, ונחקרו רק וירוסים כדוריים ובעלי מוט [2]. בנוסף, חלקיקי הנגיף הם קטנים, נטולי תאים, עוברים מוטציות בקלות ומתפשטים במהירות, מה שיכול למנוע ביטול הפעלה של הנגיף. טכנולוגיית גלים אלקטרומגנטיים עדיין צריכה להשתפר כדי להתגבר על המכשול של השבתת וירוסים פתוגניים. לבסוף, ספיגה גבוהה של אנרגיית קרינה על ידי מולקולות קוטביות בתווך, כגון מולקולות מים, גורמת לאובדן אנרגיה. בנוסף, היעילות של SRET עשויה להיות מושפעת ממספר מנגנונים לא מזוהים בווירוסים [28]. אפקט SRET יכול גם לשנות את הנגיף להסתגל לסביבתו, וכתוצאה מכך התנגדות לגלים אלקטרומגנטיים [29].
בעתיד, יש לשפר עוד יותר את הטכנולוגיה של השבתת וירוסים באמצעות גלים אלקטרומגנטיים. מחקר מדעי בסיסי צריך להיות מכוון להבהרת המנגנון של נטרול וירוס על ידי גלים אלקטרומגנטיים. לדוגמא, יש לברר באופן שיטתי את מנגנון השימוש באנרגיה של וירוסים בעת חשיפה לגלים אלקטרומגנטיים, המנגנון המפורט של פעולה לא תרמית ההורגת וירוסים פתוגניים ומנגנון אפקט ה-SRET בין גלים אלקטרומגנטיים לסוגים שונים של וירוסים. מחקר יישומי צריך להתמקד כיצד למנוע ספיגה מוגזמת של אנרגיית קרינה על ידי מולקולות קוטביות, לחקור את ההשפעה של גלים אלקטרומגנטיים בתדרים שונים על וירוסים פתוגניים שונים, ולחקור את ההשפעות הלא תרמיות של גלים אלקטרומגנטיים בהרס של וירוסים פתוגניים.
גלים אלקטרומגנטיים הפכו לשיטה מבטיחה לביטול הפעלה של וירוסים פתוגניים. לטכנולוגיית גלים אלקטרומגנטיים יש את היתרונות של זיהום נמוך, עלות נמוכה ויעילות גבוהה של השבתת וירוס פתוגן, שיכולים להתגבר על המגבלות של טכנולוגיית האנטי-וירוס המסורתית. עם זאת, יש צורך במחקר נוסף כדי לקבוע את הפרמטרים של טכנולוגיית גלים אלקטרומגנטיים ולהבהיר את מנגנון השבתת הנגיף.
מינון מסוים של קרינת גלים אלקטרומגנטית יכול להרוס את המבנה והפעילות של וירוסים פתוגניים רבים. היעילות של נטרול וירוס קשורה קשר הדוק לתדירות, צפיפות ההספק וזמן החשיפה. בנוסף, מנגנונים פוטנציאליים כוללים השפעות תהודה תרמיות, אטרמיות ומבניות של העברת אנרגיה. בהשוואה לטכנולוגיות אנטי-ויראליות מסורתיות, לנטרול וירוסים מבוסס גל אלקטרומגנטי יש את היתרונות של פשטות, יעילות גבוהה וזיהום נמוך. לכן, השבתת וירוס בתיווך גל אלקטרומגנטי הפכה לטכניקה אנטי-ויראלית מבטיחה עבור יישומים עתידיים.
יו יו. השפעת קרינת מיקרוגל ופלזמה קרה על פעילות ביו-אירוסול ומנגנונים נלווים. אוניברסיטת פקין. שנת 2013.
Sun CK, Tsai YC, Chen Ye, Liu TM, Chen HY, Wang HC et al. צימוד דיפול תהודה של גלי מיקרו ותנודות אקוסטיות מוגבלות בנגיפי בקולוב. דו"ח מדעי 2017; 7(1):4611.
Siddharta A, Pfaender S, Malassa A, Doerrbecker J, Anggakusuma, Engelmann M, et al. השבתת מיקרוגל של HCV ו-HIV: גישה חדשה למניעת העברת הנגיף בקרב משתמשי סמים מזריקים. דו"ח מדעי 2016; 6:36619.
Yan SX, Wang RN, Cai YJ, Song YL, Qv HL. חקירה ותצפית נסיונית של זיהום של מסמכי בית חולים על ידי חיטוי במיקרוגל [J] Chinese Medical Journal. 1987; 4:221-2.
Sun Wei מחקר ראשוני של מנגנון האינאקטיבציה והיעילות של נתרן דיכלורואיזוציאנט נגד בקטריופאג MS2. אוניברסיטת סצ'ואן. 2007.
Yang Li מחקר ראשוני של השפעת האינאקטיבציה ומנגנון הפעולה של o-phthalaldehyde על בקטריופאג MS2. אוניברסיטת סצ'ואן. 2007.
וו יה, גב' יאו. השבתה של וירוס מוטס באתרו על ידי קרינת מיקרוגל. עלון המדע הסיני. 2014;59(13):1438-45.
Kachmarchik LS, Marsai KS, Shevchenko S., Pilosof M., Levy N., Einat M. ועוד. וירוסי קורונה ופוליו רגישים לפולסים קצרים של קרינת ציקלוטרון בפס W. מכתב בנושא כימיה סביבתית. 2021;19(6):3967-72.
Yonges M, Liu VM, Van der Vries E, Jacobi R, Pronk I, Boog S, et al. השבתת וירוס השפעת למחקרי אנטיגניות ומבחני עמידות למעכבי נוירמינידאז פנוטיפיים. כתב עת למיקרוביולוגיה קלינית. 2010;48(3):928-40.
Zou Xinzhi, Zhang Lijia, Liu Yujia, Li Yu, Zhang Jia, Lin Fujia, ועוד. סקירה כללית של עיקור במיקרוגל. מדע המיקרו-נוטריאנטים של גואנגדונג. 2013;20(6):67-70.
לי ג'יזי. השפעות ביולוגיות לא תרמיות של מיקרוגלים על מיקרואורגניזמים במזון וטכנולוגיית עיקור מיקרוגל [JJ Southwestern Nationalities University (מהדורת מדעי הטבע). 2006; 6:1219–22.
Afagi P, Lapolla MA, Gandhi K. דנטורציה של חלבון ספייק SARS-CoV-2 לאחר הקרנת מיקרוגל אטרמית. דו"ח מדעי 2021; 11(1):23373.
Yang SC, Lin HC, Liu TM, Lu JT, Hong WT, Huang YR, et al. העברת אנרגיית תהודה מבנית יעילה מגלי מיקרו לתנודות אקוסטיות מוגבלות בווירוסים. דו"ח מדעי 2015; 5:18030.
Barbora A, Minnes R. טיפול אנטי-ויראלי ממוקד באמצעות טיפול בקרינה בלתי מייננת עבור SARS-CoV-2 והכנה למגיפה ויראלית: שיטות, שיטות והערות תרגול ליישום קליני. PLOS One. 2021;16(5):e0251780.
יאנג הומינג. עיקור במיקרוגל וגורמים המשפיעים עליו. כתב עת סיני לרפואה. 1993;(04):246-51.
Page WJ, Martin WG הישרדות מיקרובים בתנורי מיקרוגל. אתה יכול J מיקרואורגניזמים. 1978;24(11):1431-3.
Elhafi G., Naylor SJ, Savage KE, Jones RS טיפול במיקרוגל או אוטוקלאב הורס את הזיהומים של וירוס ברונכיטיס זיהומיות ושל פנאומוווירוס העופות, אך מאפשר לזהות אותם באמצעות תגובת שרשרת טרנסקריפטאז פולימראז הפוכה. מחלת עופות. 2004;33(3):303-6.
Ben-Shoshan M., Mandel D., Lubezki R., Dollberg S., Mimouni FB מיגור מיקרוגל של ציטומגלווירוס מחלב אם: מחקר פיילוט. רפואת הנקה. 2016;11:186-7.
Wang PJ, Pang YH, Huang SY, Fang JT, Chang SY, Shih SR, et al. קליטת תהודה במיקרוגל של וירוס SARS-CoV-2. דוח מדעי 2022; 12(1): 12596.
Sabino CP, Sellera FP, Sales-Medina DF, Machado RRG, Durigon EL, Freitas-Junior LH וכו'. UV-C (254 ננומטר) מינון קטלני של SARS-CoV-2. אבחון אור Photodyne Ther. 2020;32:101995.
Storm N, McKay LGA, Downs SN, Johnson RI, Birru D, de Samber M וכו'. השבתה מהירה ומוחלטת של SARS-CoV-2 על ידי UV-C. דוח מדעי 2020; 10(1):22421.