Ultrasonido para matar virus selectivamente

Unos científicos han ideado un método para hacer estallar virus dentro del cuerpo humano y sin dañar a las células. La técnica ha sido puesta a prueba con éxito contra virus de la gripe A y de la COVID-19.

El trabajo es obra de un equipo integrado, entre otros, por Odemir Martinez Bruno, del Instituto de Física de Sano Carlos (IFSC) de la Universidad de Sao Paulo (USP), y ha contado con el respaldo de la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de Sao Paulo (FAPESP), en Brasil todas estas instituciones.

Los investigadores constataron que ondas de ultrasonido de alta frecuencia, similares a las utilizadas en exámenes médicos, pueden eliminar virus como el SARS-CoV-2 y el H1N1 sin causar daño a las células humanas. El fenómeno, denominado resonancia acústica, provoca alteraciones estructurales en las partículas virales hasta su ruptura e inactivación.

“La energía de las ondas sonoras provoca un cambio morfológico en las partículas virales hasta el punto de que explotan, en un fenómeno comparable a lo que ocurre con una palomita de maíz. Al degradar la estructura del patógeno, la membrana protectora del virus [llamada envoltura] se rompe y se deforma, imposibilitando que el virus invada células humanas”, explica Odemir Martinez Bruno.

En esta imagen, obtenida mediante microscopio electrónico de barrido y luego procesada, se muestra en color verde a una enorme cantidad de partículas del SARS-CoV-2, el virus culpable de la COVID-19, infectando a una célula humana, mostrada en color azul. (Imagen: NIAID / NIH)

La inactivación mediante ultrasonido de virus envueltos abre una nueva posibilidad de tratamiento contra enfermedades virales. Tanto es así que el equipo ya está realizando pruebas in vitro contra otras infecciones, como dengue, chikungunya y zika. La posibilidad de un tratamiento alternativo resulta particularmente interesante, dado que, por lo general, los medicamentos antivirales son difíciles de desarrollar.

“Aunque aún está lejos de su uso clínico, se trata de una estrategia prometedora contra virus envueltos en general, ya que el desarrollo de antivirales químicos es complejo y de resultados inciertos. Además, es una solución ‘verde’, pues no genera residuos, no causa impacto ambiental y no favorece la resistencia viral”, afirma Flávio Protásio Veras, profesor de la Universidad Federal de Alfenas (UNIFAL) y becario de posdoctorado de la FAPESP.

La investigación reunió a científicos de diferentes áreas del conocimiento. Además de físicos teóricos y acústicos del IFSC, participaron en el estudio especialistas del Centro de Investigación en Virología y del Centro de Investigación en Enfermedades Inflamatorias (CRID), vinculados a la Facultad de Medicina de Ribeirao Preto (FMRP, de la USP), de la Facultad de Ciencias Farmacéuticas (FCFRP, de la USP) y de la Facultad de Ciencias y Tecnología de la Universidad Estatal Paulista (UNESP), quienes contribuyeron con análisis estructurales y toxicológicos utilizando técnicas como microscopía y dispersión de luz.

La iniciativa también contó con la colaboración de Charles Rice, profesor de la Universidad Rockefeller (Estados Unidos) y premio Nobel de Medicina de 2020, quien proporcionó virus fluorescentes para su visualización en tiempo real.

Es la geometría

El hallazgo sorprendió a los investigadores por ir en contra de teorías clásicas de la física, ya que la longitud de onda del ultrasonido es mucho mayor que el tamaño del virus, lo que, en teoría, impediría la interacción.

“El fenómeno es totalmente geométrico. Partículas esféricas, como muchos virus envueltos, absorben mejor la energía de las ondas de ultrasonido. Es esta acumulación de energía en el interior de la partícula la que provoca las alteraciones en la estructura de la envoltura del virus hasta su ruptura. Por lo tanto, si los virus fueran triangulares o cuadrados no sufrirían el mismo efecto ‘palomita de maíz’ de la resonancia acústica”, explica Odemir Martinez Bruno.

El investigador destaca además que, como el proceso depende estrictamente de la forma de la partícula viral y no de mutaciones genéticas, variantes como las observadas durante la pandemia de COVID-19 (ómicron y delta, por ejemplo) no afectan la eficacia de la técnica.

Ajuste en la frecuencia

“La técnica no tiene como objetivo ser aplicada para la descontaminación. Eso ya existe. El ultrasonido ya se utiliza para la profilaxis de equipos odontológicos y quirúrgicos, pero funciona mediante otro fenómeno físico, la cavitación, que destruye cualquier material biológico”, aclara Odemir Martinez Bruno.

La resonancia acústica y la cavitación difieren principalmente en la frecuencia utilizada y en los efectos sobre virus y células. “Mientras que la cavitación ocurre a bajas frecuencias y destruye tanto el virus como los tejidos mediante el colapso de burbujas de gas, la resonancia acústica actúa a altas frecuencias [3-20 MHz]”, comenta Odemir Martinez Bruno.

En el caso de la resonancia acústica, el investigador explica que la energía sonora se acopla a la estructura viral, exacerbando vibraciones internas que conducen a la ruptura mecánica de la envoltura viral sin alterar la temperatura ni el pH del medio. “El resultado es un mecanismo selectivo y seguro, ya que solo el virus absorbe la energía y es desestabilizado, sin representar riesgo para las células humanas”, añade Odemir Martinez Bruno.

El estudio se titula “Ultrasound effectively destabilizes and disrupts the structural integrity of enveloped respiratory viruses”. Y se ha publicado en la revista académica Scientific Reports. (Fuente: FAPESP)