השפעות גלים אלקטרומגנטיים על נגיפים פתוגניים ומנגנונים קשורים: סקירה בכתב העת Journal of Virology

זיהומים ויראליים פתוגניים הפכו לבעיה מרכזית בבריאות הציבור ברחבי העולם. נגיפים יכולים להדביק את כל האורגניזמים התאיים ולגרום לדרגות שונות של פגיעה ונזק, מה שמוביל למחלות ואף למוות. עם שכיחותם של נגיפים פתוגניים ביותר כמו תסמונת הנשימה החריפה החמורה של קורונה 2 (SARS-CoV-2), קיים צורך דחוף לפתח שיטות יעילות ובטוחות להשבתת נגיפים פתוגניים. שיטות מסורתיות להשבתת נגיפים פתוגניים הן פרקטיות אך יש להן מגבלות מסוימות. עם מאפיינים של כוח חדירה גבוה, תהודה פיזית וחוסר זיהום, גלים אלקטרומגנטיים הפכו לאסטרטגיה פוטנציאלית להשבתת נגיפים פתוגניים ומושכים תשומת לב גוברת. מאמר זה מספק סקירה כללית של פרסומים אחרונים על השפעת גלים אלקטרומגנטיים על נגיפים פתוגניים והמנגנונים שלהם, כמו גם הסיכויים לשימוש בגלים אלקטרומגנטיים להשבתת נגיפים פתוגניים, כמו גם רעיונות ושיטות חדשים להשבתה כזו.
נגיפים רבים מתפשטים במהירות, נמשכים זמן רב, הם פתוגניים ביותר ויכולים לגרום למגפות עולמיות ולסיכונים בריאותיים חמורים. מניעה, גילוי, בדיקה, מיגור וטיפול הם צעדים מרכזיים לעצירת התפשטות הנגיף. חיסול מהיר ויעיל של נגיפים פתוגניים כולל חיסול מונע, הגנתי וחיסול מקור. נטרול נגיפים פתוגניים על ידי הרס פיזיולוגי כדי להפחית את הזיהומיות, הפתוגניות ויכולת הרבייה שלהם היא שיטה יעילה לחיסולם. שיטות מסורתיות, כולל טמפרטורה גבוהה, כימיקלים וקרינה מייננת, יכולות להשבית ביעילות נגיפים פתוגניים. עם זאת, לשיטות אלו עדיין יש כמה מגבלות. לכן, עדיין קיים צורך דחוף לפתח אסטרטגיות חדשניות להשבתת נגיפים פתוגניים.
לפליטת גלים אלקטרומגנטיים יש יתרונות של כוח חדירה גבוה, חימום מהיר ואחיד, תהודה עם מיקרואורגניזמים ושחרור פלזמה, והיא צפויה להפוך לשיטה מעשית להשבית נגיפים פתוגניים [1,2,3]. יכולתם של גלים אלקטרומגנטיים להשבית נגיפים פתוגניים הודגמה במאה הקודמת [4]. בשנים האחרונות, השימוש בגלים אלקטרומגנטיים להשבתת נגיפים פתוגניים משך תשומת לב גוברת. מאמר זה דן בהשפעת גלים אלקטרומגנטיים על נגיפים פתוגניים ובמנגנונים שלהם, שיכולים לשמש כמדריך שימושי למחקר בסיסי ויישומי.
המאפיינים המורפולוגיים של נגיפים יכולים לשקף תפקודים כגון הישרדות ויכולת הדבקה. הוכח שגלים אלקטרומגנטיים, במיוחד גלים אלקטרומגנטיים בתדירות גבוהה במיוחד (UHF) ותדירות גבוהה במיוחד (EHF), יכולים לשבש את המורפולוגיה של נגיפים.
בקטריופאג' MS2 (MS2) משמש לעתים קרובות בתחומי מחקר שונים כגון הערכת חיטוי, מידול קינטי (מימי) ואפיון ביולוגי של מולקולות ויראליות [5, 6]. וו מצא כי גלי מיקרו בתדר 2450 מגה-הרץ ו-700 וואט גרמו לצבירה ולהצטמקות משמעותית של פאג'ים מימיים של MS2 לאחר דקה של הקרנה ישירה [1]. לאחר חקירה נוספת, נצפה גם שבר בפני השטח של פאג' MS2 [7]. קצ'מרצ'יק [8] חשף תרחיפים של דגימות של נגיף הקורונה 229E (CoV-229E) לגלים מילימטריים בתדר של 95 גיגה-הרץ וצפיפות הספק של 70 עד 100 וואט/סמ"ר למשך 0.1 שנייה. ניתן למצוא חורים גדולים בקליפה הכדורית המחוספסת של הנגיף, מה שמוביל לאובדן תכולתה. חשיפה לגלים אלקטרומגנטיים יכולה 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, אשר יכולים לספק אינדיקטורים בעלי ערך ונוחים להערכת אי-פעילות הנגיפים [1].
מבנה הנגיף מורכב בדרך כלל מחומצת גרעין פנימית (RNA או DNA) וקפסיד חיצוני. חומצות גרעין קובעות את התכונות הגנטיות והתכונות של שכפול הנגיפים. הקפסיד הוא השכבה החיצונית של תת-יחידות חלבון מסודרות באופן קבוע, המרכיב הבסיסי והאנטיגני של חלקיקי הנגיף, וגם מגן על חומצות גרעין. לרוב הנגיפים יש מבנה מעטפת המורכב מליפידים וגליקופרוטאינים. בנוסף, חלבוני מעטפת קובעים את הספציפיות של הקולטנים ומשמשים כאנטיגנים העיקריים שמערכת החיסון של המארח יכולה לזהות. המבנה המלא מבטיח את שלמותו ויציבותו הגנטית של הנגיף.
מחקרים הראו שגלים אלקטרומגנטיים, ובמיוחד גלים אלקטרומגנטיים UHF, עלולים לפגוע ב-RNA של נגיפים גורמי מחלות. וו [1] חשף ישירות את הסביבה המימית של נגיף MS2 למיקרוגלים בתדר 2450 מגה-הרץ למשך 2 דקות וניתח את הגנים המקודדים לחלבון A, חלבון קפסיד, חלבון רפליקאז וחלבון מחשוף באמצעות אלקטרופורזה בג'ל ותגובת שרשרת פולימראזית שעתוק לאחור (RT-PCR). גנים אלה הושמדו בהדרגה עם עליית צפיפות ההספק ואף נעלמו בצפיפות ההספק הגבוהה ביותר. לדוגמה, הביטוי של גן חלבון A (934 בסיסים) ירד משמעותית לאחר חשיפה לגלים אלקטרומגנטיים בהספק של 119 ו-385 וואט ונעלם לחלוטין כאשר צפיפות ההספק הוגדלה ל-700 וואט. נתונים אלה מצביעים על כך שגלים אלקטרומגנטיים יכולים, בהתאם למינון, להרוס את מבנה חומצות הגרעין של נגיפים.
מחקרים אחרונים הראו כי השפעת גלים אלקטרומגנטיים על חלבונים נגיפיים 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 אתרמיות יכולות גם לשנות את הקוטביות או המבנה של חלבונים נגיפיים [1, 10, 11]. ההשפעה הישירה של גלים אלקטרומגנטיים על חלבונים מבניים/לא מבניים בסיסיים כגון חלבוני קפסיד, חלבוני מעטפת או חלבוני דוקרנים של נגיפים פתוגניים עדיין דורשת מחקר נוסף. לאחרונה הוצע כי 2 דקות של קרינה אלקטרומגנטית בתדר של 2.45 GHz עם הספק של 700 W יכולות לתקשר עם חלקים שונים של מטענים של חלבונים באמצעות היווצרות נקודות חמות ושדות חשמליים מתנדנדים באמצעות השפעות אלקטרומגנטיות גרידא [12].
המעטפת של נגיף פתוגני קשורה קשר הדוק ליכולתו להדביק או לגרום למחלות. מספר מחקרים דיווחו כי גלים אלקטרומגנטיים UHF ומיקרוגל יכולים להרוס את הקליפות של נגיפים גורמי מחלות. כפי שצוין לעיל, ניתן לזהות חורים ברורים במעטפת הנגיפית של נגיף הקורונה 229E לאחר חשיפה של 0.1 שניות לגל מילימטר 95 גיגה-הרץ בצפיפות הספק של 70 עד 100 וואט/סמ"ר [8]. השפעת העברת האנרגיה התהודה של גלים אלקטרומגנטיים יכולה לגרום ללחץ מספיק כדי להרוס את מבנה מעטפת הנגיף. עבור נגיפים עטופים, לאחר קרע המעטפת, יכולת ההדבקה או פעילות מסוימת בדרך כלל פוחתת או אובדת לחלוטין [13, 14]. יאנג [13] חשף את נגיף השפעת H3N2 (H3N2) ואת נגיף השפעת H1N1 (H1N1) למיקרוגלים בתדרים של 8.35 גיגה-הרץ, 320 וואט/מ"ר ו-7 גיגה-הרץ, 308 וואט/מ"ר, בהתאמה, למשך 15 דקות. כדי להשוות את אותות ה-RNA של נגיפים פתוגניים שנחשפו לגלים אלקטרומגנטיים לבין מודל מקוטע שהוקפא והופשר מיד בחנקן נוזלי במשך מספר מחזורים, בוצע RT-PCR. התוצאות הראו כי אותות 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 נגיף על ידי יכולתו להדביק, להתרבות ולהעתיק. זיהומיות או פעילות נגיפית מוערכת בדרך כלל על ידי מדידת טיטרים נגיפיים באמצעות מבחני פלאק, מינון זיהומי חציוני בתרבית רקמה (TCID50), או פעילות גן מדווח לוציפראז. אך ניתן גם להעריך זאת ישירות על ידי בידוד נגיף חי או על ידי ניתוח אנטיגן נגיפי, צפיפות חלקיקי נגיף, שרידות נגיף וכו'.
דווח כי גלים אלקטרומגנטיים מסוג UHF, SHF ו-EHF יכולים להשבית ישירות אירוסולים נגיפיים או נגיפים הנישאים במים. וו [1] חשף אירוסול של בקטריופאג'ים מסוג MS2 שנוצר על ידי מכשיר אינפלציה במעבדה לגלים אלקטרומגנטיים בתדר של 2450 מגה-הרץ והספק של 700 וואט למשך 1.7 דקות, בעוד ששיעור ההישרדות של בקטריופאג'ים מסוג MS2 היה רק ​​8.66%. בדומה לאירוסול נגיף MS2, 91.3% מה-MS2 המימי הושבת תוך 1.5 דקות לאחר חשיפה לאותה מינון של גלים אלקטרומגנטיים. בנוסף, היכולת של קרינה אלקטרומגנטית להשבית את נגיף ה-MS2 הייתה בקורלציה חיובית עם צפיפות ההספק וזמן החשיפה. עם זאת, כאשר יעילות ההפעלה מגיעה לערכה המקסימלי, לא ניתן לשפר את יעילות ההפעלה 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. סידהרתה [3] הקרין תרחיף תרבית תאים המכיל נגיף הפטיטיס C (HCV)/נגיף כשל חיסוני אנושי מסוג 1 (HIV-1) עם גלים אלקטרומגנטיים בתדר של 2450 מגה-הרץ ובהספק של 360 וואט. הם מצאו כי רמות הנגיף ירדו משמעותית לאחר 3 דקות של חשיפה, דבר המצביע על כך שקרינת גלים אלקטרומגנטיים יעילה כנגד HCV ו-HIV-1 ומסייעת במניעת העברת הנגיף גם כאשר נחשפים יחד. בעת הקרנת תרביות תאי HCV ותרחיפים של HIV-1 עם גלים אלקטרומגנטיים בעלי הספק נמוך בתדר של 2450 מגה-הרץ, 90 וואט או 180 וואט, לא נצפה שינוי ברמות הנגיף, שנקבע על ידי פעילות מדווח הלוציפראז, ושינוי משמעותי בזיהומיות הנגיפית. בעוצמה של 600 ו-800 וואט למשך דקה אחת, רמת הזיהומיות של שני הנגיפים לא ירדה משמעותית, דבר המבוסס על ההערכה היא קשורה לעוצמת קרינת הגל האלקטרומגנטי ולזמן החשיפה לטמפרטורה קריטית.
קצ'מרצ'יק [8] הדגים לראשונה את הקטלניות של גלי אלקטרומגנטיים EHF כנגד נגיפים פתוגניים הנישאים במים בשנת 2021. הם חשפו דגימות של נגיף הקורונה 229E או נגיף הפוליו (PV) לגלים אלקטרומגנטיים בתדר של 95 גיגה-הרץ וצפיפות הספק של 70 עד 100 וואט/סמ"ר למשך 2 שניות. יעילות ההשבתה של שני הנגיפים הפתוגניים הייתה 99.98% ו-99.375%, בהתאמה, דבר המצביע על כך שלגלים אלקטרומגנטיים EHF יש פוטנציאל יישום רחב בתחום השבתת הנגיפים.
יעילות השבתת נגיפים באמצעות UHF הוערכה גם במגוון מדיות כמו חלב אם וחומרים נפוצים המשמשים בבית. החוקרים חשפו מסכות הרדמה מזוהמות באדנווירוס (ADV), נגיף פוליו מסוג 1 (PV-1), נגיף הרפס 1 (HV-1) ונגיף ריינו (RHV) לקרינה אלקטרומגנטית בתדר של 2450 מגה-הרץ ובהספק של 720 וואט. הם דיווחו כי בדיקות לאנטיגנים ADV ו-PV-1 הפכו לשליליות, ורמות ה-HV-1, PIV-3 ו-RHV ירדו לאפס, דבר המצביע על השבתה מוחלטת של כל הנגיפים לאחר 4 דקות של חשיפה [15, 16]. אלחפי [17] חשף ישירות מטושים נגועים בנגיף ברונכיט זיהומית עופות (IBV), פנאומו-וירוס עופות (APV), נגיף מחלת ניוקאסל (NDV) ונגיף שפעת העופות (AIV) לתנור מיקרוגל בתדר 2450 מגה-הרץ ו-900 וואט, שאיבדו את יכולת ההדבקה שלהם. ביניהם, APV ו-IBV זוהו בנוסף בתרביות של איברי קנה שהתקבלו מעוברי תרנגולות מהדור החמישי. למרות שלא ניתן היה לבודד את הנגיף, חומצת הגרעין הנגיפית עדיין זוהתה באמצעות RT-PCR. בן-שושן [18] חשף ישירות גלים אלקטרומגנטיים של 2450 מגה-הרץ ובעוצמה של 750 וואט ל-15 דגימות חלב אם חיוביות לציטומגלווירוס (CMV) למשך 30 שניות. גילוי אנטיגנים באמצעות Shell-Vial הראה אי-אקטיבציה מוחלטת של CMV. עם זאת, ב-500 וואט, 2 מתוך 15 דגימות לא השיגו אי-אקטיבציה מוחלטת, דבר המצביע על מתאם חיובי בין יעילות האי-אקטיבציה לבין עוצמת הגלים האלקטרומגנטיים.
כמו כן, ראוי לציין כי יאנג [13] ניבא את תדר התהודה בין גלים אלקטרומגנטיים לוירוסים על סמך מודלים פיזיקליים מבוססים. תרחיף של חלקיקי נגיף H3N2 בצפיפות של 7.5 × 1014 m-3, שנוצר על ידי תאי כליה של כלבים רגישים לנגיף (MDCK), נחשף ישירות לגלים אלקטרומגנטיים בתדר של 8 GHz ובהספק של 820 W/m² למשך 15 דקות. רמת האינאקטיבציה של נגיף H3N2 הגיעה ל-100%. עם זאת, בסף תיאורטי של 82 W/m², רק 38% מנגיף H3N2 הושבת, דבר המצביע על כך שהיעילות של אינאקטיבציה של נגיף בתיווך אלקטרומגנטים קשורה קשר הדוק לצפיפות ההספק. בהתבסס על מחקר זה, ברבורה [14] חישבה את טווח תדרי התהודה (8.5-20 GHz) בין גלים אלקטרומגנטיים ל-SARS-CoV-2 והגיעה למסקנה ש-7.5 × 1014 m-3 של SARS-CoV-2 שנחשף לגלים אלקטרומגנטיים. גל בתדר של 10-17 GHz וצפיפות הספק של 14.5 ± 1 W/m2 למשך כ-15 דקות יביא לנטרול של 100%. מחקר שנערך לאחרונה על ידי וואנג [19] הראה שתדרי התהודה של SARS-CoV-2 הם 4 ו-7.5 GHz, מה שמאשר את קיומם של תדרי תהודה שאינם תלויים בטיטר הנגיף.
לסיכום, ניתן לומר שגלים אלקטרומגנטיים יכולים להשפיע על אירוסולים ותרחיפים, כמו גם על פעילותם של נגיפים על משטחים. נמצא כי יעילות ההשבתה קשורה קשר הדוק לתדירות ולעוצמת הגלים האלקטרומגנטיים ולתווך המשמש לגידול הנגיף. בנוסף, תדרים אלקטרומגנטיים המבוססים על תהודה פיזיקלית חשובים מאוד להשבתת נגיפים [2, 13]. עד כה, השפעת הגלים האלקטרומגנטיים על פעילותם של נגיפים פתוגניים התמקדה בעיקר בשינוי יכולת ההדבקה. בשל המנגנון המורכב, מספר מחקרים דיווחו על השפעת הגלים האלקטרומגנטיים על שכפול ותעתוק של נגיפים פתוגניים.
המנגנונים שבאמצעותם גלים אלקטרומגנטיים משביתים וירוסים קשורים קשר הדוק לסוג הווירוס, לתדירות ולעוצמת הגלים האלקטרומגנטיים ולסביבת הגדילה של הווירוס, אך נותרו במידה רבה בלתי נחקרים. מחקרים אחרונים התמקדו במנגנונים של העברת אנרגיה תהודה תרמית, אתרמית ומבנית.
אפקט תרמי מובן כעלייה בטמפרטורה הנגרמת על ידי סיבוב במהירות גבוהה, התנגשות וחיכוך של מולקולות קוטביות ברקמות תחת השפעת גלים אלקטרומגנטיים. בשל תכונה זו, גלים אלקטרומגנטיים יכולים להעלות את טמפרטורת הנגיף מעל סף הסבילות הפיזיולוגית, ולגרום למותו של הנגיף. עם זאת, נגיפים מכילים מעט מולקולות קוטביות, דבר המצביע על כך שהשפעות תרמיות ישירות על נגיפים הן נדירות [1]. להיפך, ישנן מולקולות קוטביות רבות יותר בתווך ובסביבה, כגון מולקולות מים, הנעות בהתאם לשדה החשמלי המתחלף המעורר על ידי גלים אלקטרומגנטיים, ומייצרות חום באמצעות חיכוך. החום מועבר לאחר מכן לנגיף כדי להעלות את הטמפרטורה שלו. כאשר סף הסבילות נחצה, חומצות גרעין וחלבונים נהרסים, מה שבסופו של דבר מפחית את הזיהום ואף משבית את הנגיף.
מספר קבוצות דיווחו כי גלים אלקטרומגנטיים יכולים להפחית את הזיהום של נגיפים באמצעות חשיפה תרמית [1, 3, 8]. קצ'מרצ'יק [8] חשף תרחיפים של נגיף הקורונה 229E לגלים אלקטרומגנטיים בתדר של 95 גיגה-הרץ עם צפיפות הספק של 70 עד 100 וואט/סמ"ר למשך 0.2-0.7 שניות. התוצאות הראו כי עלייה בטמפרטורה של 100 מעלות צלזיוס במהלך תהליך זה תרמה להרס המורפולוגיה של הנגיף ולהפחתת פעילות הנגיף. ניתן להסביר השפעות תרמיות אלו על ידי פעולת הגלים האלקטרומגנטיים על מולקולות המים הסובבות. סידהרתה [3] הקרין תרחיפים של תרבית תאים המכילה HCV מגנוטיפים שונים, כולל GT1a, GT2a, GT3a, GT4a, GT5a, GT6a ו-GT7a, עם גלים אלקטרומגנטיים בתדר של 2450 מגה-הרץ ובהספק של 90 וואט ו-180 וואט, 360 וואט, 600 וואט ו-800 מטר. עם עלייה בטמפרטורת מצע תרבית התאים מ-26°C ל-92°C, קרינה אלקטרומגנטית הפחיתה את יכולת ההדבקה של הנגיף או השביתה אותו לחלוטין. אך HCV נחשף לגלים אלקטרומגנטיים לזמן קצר בהספק נמוך (90 או 180 וואט, 3 דקות) או בהספק גבוה יותר (600 או 800 וואט, דקה אחת), בעוד שלא נצפתה עלייה משמעותית בטמפרטורה ולא נצפה שינוי משמעותי ביכולת ההדבקה או בפעילות הנגיף.
התוצאות לעיל מצביעות על כך שההשפעה התרמית של גלים אלקטרומגנטיים היא גורם מפתח המשפיע על יכולת ההדבקה או הפעילות של נגיפים פתוגניים. בנוסף, מחקרים רבים הראו שההשפעה התרמית של קרינה אלקטרומגנטית משביתה נגיפים 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 כגון חלבונים מיקרוביאליים וחומצות גרעין, ולגרום למולקולות להסתובב ולרטוט, וכתוצאה מכך להפחתת הכדאיות או אפילו למוות [10]. ההנחה היא שהמעבר המהיר של הקוטביות של גלים אלקטרומגנטיים גורם לקיטוב חלבונים, מה שמוביל לעיוות ועקמומיות של מבנה החלבון, ובסופו של דבר, לדנטורציה של החלבון [11].
ההשפעה הלא-תרמית של גלים אלקטרומגנטיים על השבתת הנגיפים נותרה שנויה במחלוקת, אך רוב המחקרים הראו תוצאות חיוביות [1, 25]. כפי שציינו לעיל, גלים אלקטרומגנטיים יכולים לחדור ישירות לחלבון המעטפת של נגיף MS2 ולהרוס את חומצת הגרעין של הנגיף. בנוסף, אירוסולים של נגיף MS2 רגישים הרבה יותר לגלים אלקטרומגנטיים מאשר MS2 מימי. בשל מולקולות פחות קוטביות, כגון מולקולות מים, בסביבה המקיפה את אירוסולי נגיף MS2, השפעות אתרמיות עשויות למלא תפקיד מפתח בהשבתת הנגיף בתיווך גלים אלקטרומגנטיים [1].
תופעת התהודה מתייחסת לנטייה של מערכת פיזיקלית לספוג יותר אנרגיה מסביבתה בתדר ובאורך הגל הטבעיים שלה. תהודה מתרחשת במקומות רבים בטבע. ידוע כי וירוסים מהדהדים עם גלי מיקרו בעלי אותו תדר במצב דיפול אקוסטי מוגבל, תופעת תהודה [2, 13, 26]. מצבי אינטראקציה תהודה בין גל אלקטרומגנטי לווירוס מושכים יותר ויותר תשומת לב. ההשפעה של העברת אנרגיה יעילה בתהודה מבנית (SRET) מגלים אלקטרומגנטיים לתנודות אקוסטיות סגורות (CAV) בווירוסים יכולה להוביל לקרע של קרום הווירוס עקב תנודות מנוגדות של הליבה-קפסיד. בנוסף, היעילות הכוללת של SRET קשורה לאופי הסביבה, כאשר גודל ורמת החומציות של החלקיק הוויראלי קובעים את תדר התהודה ואת ספיגת האנרגיה, בהתאמה [2, 13, 19].
לאפקט התהודה הפיזית של גלים אלקטרומגנטיים תפקיד מפתח בהשבתת נגיפים עטופים, המוקפים בקרום דו-שכבתי המשובץ בחלבונים נגיפיים. החוקרים מצאו כי השבתת נגיף H3N2 על ידי גלים אלקטרומגנטיים בתדר של 6 גיגה-הרץ וצפיפות הספק של 486 וואט/מ"ר נגרמה בעיקר עקב קרע פיזי של הקליפה עקב אפקט התהודה [13]. טמפרטורת תרחיף H3N2 עלתה ב-7 מעלות צלזיוס בלבד לאחר 15 דקות של חשיפה, אולם לצורך השבתת נגיף H3N2 האנושי על ידי חימום תרמי, נדרשת טמפרטורה מעל 55 מעלות צלזיוס [9]. תופעות דומות נצפו עבור נגיפים כמו SARS-CoV-2 ו-H3N1 [13, 14]. בנוסף, השבתת נגיפים על ידי גלים אלקטרומגנטיים אינה מובילה לפירוק גנומי ה-RNA הנגיפי [1,13,14]. לפיכך, השבתת נגיף H3N2 קודם על ידי תהודה פיזית ולא חשיפה תרמית [13].
בהשוואה לאפקט התרמי של גלים אלקטרומגנטיים, השבתת נגיפים על ידי תהודה פיזיקלית דורשת פרמטרים של מינון נמוך יותר, הנמוכים מתקני הבטיחות של מיקרוגל שנקבעו על ידי מכון מהנדסי חשמל ואלקטרוניקה (IEEE) [2, 13]. תדר התהודה ומינון ההספק תלויים בתכונות הפיזיקליות של הנגיף, כגון גודל חלקיקים וגמישות, וכל הנגיפים בתדר התהודה ניתנים ביעילות להשבתה. בשל קצב החדירה הגבוה, היעדר קרינה מייננת ובטיחות טובה, השבתת נגיפים בתיווך ההשפעה האתרמית של CPET מבטיחה לטיפול במחלות ממאירות בבני אדם הנגרמות על ידי נגיפים פתוגניים [14, 26].
בהתבסס על יישום של השבתת וירוסים בשלב הנוזלי ועל פני השטח של מגוון מדיה, גלים אלקטרומגנטיים יכולים להתמודד ביעילות עם אירוסולים ויראליים [1, 26], וזוהי פריצת דרך ובעלת חשיבות רבה לשליטה על העברת הווירוס ולמניעת העברת הווירוס בחברה כמגפה. יתר על כן, גילוי תכונות התהודה הפיזיקליות של גלים אלקטרומגנטיים הוא בעל חשיבות רבה בתחום זה. כל עוד תדר התהודה של ויריון מסוים וגלים אלקטרומגנטיים ידועים, ניתן לכוון את כל הווירוסים בטווח תדרי התהודה של הפצע, דבר שלא ניתן להשיג בשיטות מסורתיות של השבתת וירוסים [13,14,26]. השבתה אלקטרומגנטית של וירוסים היא מחקר מבטיח בעל ערך ופוטנציאל מחקרי ויישומי גדולים.
בהשוואה לטכנולוגיית הריגת וירוסים מסורתית, לגלים אלקטרומגנטיים יש מאפיינים של הגנה סביבתית פשוטה, יעילה ומעשית בעת הריגת וירוסים בשל תכונותיהם הפיזיקליות הייחודיות [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 מיקרו, כולל גלי מילימטר, נמצאים בשימוש נרחב לחקר השבתת וירוסים ומנגנוניה, אולם לא דווח על מחקרים של גלים אלקטרומגנטיים בתדרים אחרים, במיוחד בתדרים מ-100 קילוהרץ עד 300 מגהרץ ומ-300 גיגה-הרץ עד 10 טהראז'. שנית, מנגנון הריגת וירוסים פתוגניים על ידי גלים אלקטרומגנטיים לא הובהר, ונחקרו רק וירוסים כדוריים ומוטיים [2]. בנוסף, חלקיקי הווירוס קטנים, נטולי תאים, עוברים מוטציה בקלות ומתפשטים במהירות, מה שיכול למנוע השבתת וירוסים. טכנולוגיית הגלים האלקטרומגנטיים עדיין זקוקה לשיפור כדי להתגבר על המשוכה של השבתת וירוסים פתוגניים. לבסוף, ספיגה גבוהה של אנרגיה קורנת על ידי מולקולות קוטביות בתווך, כגון מולקולות מים, גורמת לאובדן אנרגיה. בנוסף, יעילות ה-SRET עשויה להיות מושפעת ממספר מנגנונים לא מזוהים בנגיפים [28]. אפקט ה-SRET יכול גם לשנות את הנגיף להסתגל לסביבתו, וכתוצאה מכך עמידות לגלים אלקטרומגנטיים [29].
בעתיד, יש צורך לשפר עוד יותר את טכנולוגיית השבתת הנגיפים באמצעות גלים אלקטרומגנטיים. יש לכוון את המחקר המדעי הבסיסי להבהרת מנגנון השבתת הנגיפים על ידי גלים אלקטרומגנטיים. לדוגמה, יש להבהיר באופן שיטתי את מנגנון ניצול האנרגיה של נגיפים בחשיפה לגלים אלקטרומגנטיים, את המנגנון המפורט של פעולה לא תרמית שהורגת נגיפים פתוגניים, ואת מנגנון אפקט ה-SRET בין גלים אלקטרומגנטיים לסוגים שונים של נגיפים. מחקר יישומי צריך להתמקד כיצד למנוע ספיגה מוגזמת של אנרגיית קרינה על ידי מולקולות קוטביות, לחקור את השפעת גלים אלקטרומגנטיים בתדרים שונים על נגיפים פתוגניים שונים, ולחקור את ההשפעות הלא תרמיות של גלים אלקטרומגנטיים בהשמדת נגיפים פתוגניים.
גלים אלקטרומגנטיים הפכו לשיטה מבטיחה להשבתת וירוסים פתוגניים. לטכנולוגיית גלים אלקטרומגנטיים יתרונות של זיהום נמוך, עלות נמוכה ויעילות השבתת וירוסים פתוגניים גבוהה, אשר יכולים 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 הווירוסים.
מינון מסוים של קרינת גל אלקטרומגנטי עלולה להרוס את המבנה והפעילות של נגיפים פתוגניים רבים. יעילות השבתת הנגיפים קשורה קשר הדוק לתדירות, צפיפות הספק וזמן חשיפה. בנוסף, מנגנונים פוטנציאליים כוללים השפעות תרמיות, אתרמיות ותהודה מבנית של העברת אנרגיה. בהשוואה לטכנולוגיות אנטי-ויראליות מסורתיות, השבתת נגיפים המבוססת על גלים אלקטרומגנטיים כוללת יתרונות של פשטות, יעילות גבוהה וזיהום נמוך. לכן, השבתת נגיפים בתיווך גלים אלקטרומגנטיים הפכה לטכניקה אנטי-ויראלית מבטיחה ליישומים עתידיים.
יו יו. השפעת קרינת מיקרוגל ופלזמה קרה על פעילות ביו-אירוסול ומנגנונים קשורים. אוניברסיטת פקינג. שנת 2013.
סאן CK, טסאי YC, צ'ן יה, ליו TM, צ'ן HY, וואנג HC ואחרים. צימוד דיפול רזוננטי של גלי מיקרו ותנודות אקוסטיות מוגבלות בבקולווירוסים. דו"ח מדעי 2017; 7(1):4611.
Siddharta A, Pfaender S, Malassa A, Doerrbecker J, Anggakusuma, Engelmann M, ואחרים. השבתת HCV ו-HIV באמצעות מיקרוגל: גישה חדשה למניעת העברת הנגיף בקרב משתמשי סמים בהזרקה. דו"ח מדעי 2016; 6:36619.
יאן SX, וואנג RN, קאי YJ, סונג YL, Qv HL. חקירה ותצפית ניסיונית של זיהום מסמכי בית חולים על ידי חיטוי במיקרוגל [J] כתב העת הרפואי הסיני. 1987; 4:221-2.
מחקר ראשוני של סאן ווי על מנגנון ההשבתה ויעילותו של נתרן דיכלורואיזוציאנט כנגד בקטריופאג' MS2. אוניברסיטת סצ'ואן. 2007.
מחקר ראשוני של יאנג לי על אפקט האינאקטיבציה ומנגנון הפעולה של o-פתאלדהיד על בקטריופאג' MS2. אוניברסיטת סצ'ואן. 2007.
וו יה, גב' יאו. נטרול של וירוס הנישא באוויר באתרו על ידי קרינת מיקרוגל. כתב העת למדע הסיני. 2014;59(13):1438-45.
Kachmarchik LS, Marsai KS, Shevchenko S., Pilosof M., Levy N., Einat M. ואחרים. נגיף הקורונה ווירוסי הפוליו רגישים לפולסים קצרים של קרינת ציקלוטרון בפס W. מכתב על כימיה סביבתית. 2021;19(6):3967-72.
יונגס מ', ליו ו.מ', ואן דר פריס א', ג'ייקובי ר', פרונק א', בוג ס', ואחרים. השבתת נגיף שפעת למחקרי אנטיגניות ומבחני עמידות למעכבי נוראמינידאז פנוטיפיים. כתב העת 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'יז'י. השפעות ביולוגיות לא תרמיות של מיקרוגלים על מיקרואורגניזמים של מזון וטכנולוגיית עיקור במיקרוגל [JJ Southwestern Nationalities University (מהדורת מדעי הטבע). 2006; 6:1219–22.
Afagi P, Lapolla MA, Gandhi K. דנטורציה של חלבון SARS-CoV-2 בעקבות קרינה אתרמית במיקרוגל. דו"ח מדעי 2021; 11(1):23373.
Yang SC, Lin HC, Liu TM, Lu JT, Hong WT, Huang YR, ואחרים. העברת אנרגיה רזוננטית מבנית יעילה מגלי מיקרו לתנודות אקוסטיות מוגבלות בוירוסים. דו"ח מדעי 2015; 5:18030.
ברבורה א', מינס ר'. טיפול אנטי-ויראלי ממוקד באמצעות טיפול בקרינה לא מייננת עבור SARS-CoV-2 והכנה למגיפה ויראלית: שיטות, שיטות והוראות מעשיות ליישום קליני. PLOS One. 2021;16(5):e0251780.
יאנג הוימינג. עיקור במיקרוגל וגורמים המשפיעים עליו. כתב העת הרפואי הסיני. 1993;(04):246-51.
פייג' וו. ג'יי, מרטין וו. ג'. הישרדות חיידקים בתנורי מיקרוגל. ניתן למצוא ב-J Microorganisms. 1978;24(11):1431-3.
Elhafi G., Naylor SJ, Savage KE, Jones RS טיפול במיקרוגל או באוטוקלב הורס את יכולת ההדבקה של נגיף ברונכיט זיהומית ונגיף פנאומו-וירוס עופות, אך מאפשר לזהות אותם באמצעות תגובת שרשרת פולימראזית טרנסקריפטאז לאחור. poultry disease. 2004;33(3):303-6.
בן-שושן מ., מנדל ד., לובצקי ר., דולברג ס., מימוני פ.ב. מיגור ציטומגלווירוס מחלב אם במיקרוגל: מחקר פיילוט. רפואת הנקה. 2016;11:186-7.
Wang PJ, Pang YH, Huang SY, Fang JT, Chang SY, Shih SR, ואחרים. ספיגת תהודה מיקרוגל של נגיף SARS-CoV-2. דוח מדעי 2022; 12(1): 12596.
סבינו סי.פי., סלרה פי.פי., סאלס-מדינה די.פי., מצ'אדו רי.אר.ג'., דוריגון אל., פרייטס-ג'וניור לי.ה., ועוד. מינון קטלני של SARS-CoV-2 באמצעות קרינת UV-C (254 ננומטר). אבחון אור Photodyne Ther. 2020;32:101995.
Storm N, McKay LGA, Downs SN, Johnson RI, Birru D, de Samber M, ועוד. נטרול מהיר ומלא של SARS-CoV-2 על ידי UV-C. דוח מדעי 2020; 10(1):22421.