Cientistas usam ultrassom para estourar vírus sem danificar células humanas

Pesquisadores da Universidade de São Paulo (USP) descobriram que ondas de ultrassom de alta frequência, semelhantes às usadas em exames médicos, podem eliminar vírus como o SARS-CoV-2 e o H1N1 sem provocar dano às células humanas. Em artigo publicado na Scientific Reports, eles descreveram como o fenômeno, chamado ressonância acústica, provoca alterações estruturais nas partículas virais até sua ruptura e inativação.

“É mais ou menos como combater o vírus no grito. Provamos nesse estudo que a energia das ondas sonoras provoca uma mudança morfológica nas partículas virais a ponto de elas explodirem, em um fenômeno comparável ao que acontece com uma pipoca. Ao degradar a estrutura do patógeno, a membrana protetora do vírus [chamada de envelope] estoura e se deforma, inviabilizando que o vírus invada células humanas”, explica Odemir Martinez Bruno, professor do Instituto de Física de São Carlos (IFSC) da USP que coordenou o estudo.

A inativação por ultrassom de vírus envelopados abre uma nova possibilidade de tratamento para doenças virais. Tanto que a equipe já está realizando testes in vitro contra outras infecções, como dengue, chikungunya e zika. A possibilidade de um tratamento alternativo é particularmente interessante visto que, geralmente, medicamentos antivirais são difíceis de desenvolver.

“Embora ainda esteja distante do uso clínico, trata-se de uma estratégia promissora contra vírus envelopados em geral, já que o desenvolvimento de antivirais químicos é complexo e de difícil resultado. Além disso, é uma solução ‘verde’, pois não gera resíduos, não causa impacto ambiental e não favorece a resistência viral”, afirma Flávio Protásio Veras, professor da Universidade Federal de Alfenas (Unifal) e bolsista de pós-doutorado da FAPESP, que também financiou o trabalho por meio dos projetos 20/05601-6, 23/07241-5, 13/08216-2, 19/26119-0, 18/22214-6 e 21/08325-2.

A investigação reuniu cientistas de diferentes áreas do conhecimento. Além de físicos teóricos e acústicos do IFSC, participaram do estudo especialistas do Centro de Pesquisa em Virologia e do Centro de Pesquisa em Doenças Inflamatórias (CRID), vinculados à Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto (FMRP-USP), da Faculdade de Ciências Farmacêuticas (FCFRP-USP) e da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Estadual Paulista (Unesp), que contribuíram com análises estruturais e toxicológicas usando técnicas como microscopia e espalhamento de luz.

A iniciativa também contou com a colaboração de Charles Rice, professor da Universidade Rockefeller (Estados Unidos) e prêmio Nobel de Medicina de 2020, que forneceu vírus fluorescentes para visualização em tempo real.

É a geometria

A descoberta surpreendeu os pesquisadores por ir contra teorias clássicas da física, já que o comprimento de onda do ultrassom é muito maior que o tamanho do vírus, o que, em tese, impediria a interação.

“O fenômeno é totalmente geométrico. Partículas esféricas, como muitos vírus envelopados, absorvem melhor a energia das ondas de ultrassom. É esse acúmulo de energia no interior da partícula que causa as alterações na estrutura do envelope do vírus até a sua ruptura. Portanto, se os vírus fossem triangulares ou quadrados não sofreriam o mesmo efeito pipoca da ressonância acústica”, explica Bruno.

O pesquisador destaca ainda que, como o processo depende estritamente do formato da partícula viral e não de mutações genéticas, variantes como as observadas durante a pandemia de covid-19 (ômicron e delta, por exemplo) não afetam a eficácia da técnica.

Ajuste na frequência

“A técnica não tem o objetivo de ser aplicada para descontaminação. Isso já existe. O ultrassom já é utilizado para a profilaxia de equipamentos odontológicos e cirúrgicos, mas ela funciona por meio de outro fenômeno físico, a cavitação, que destrói qualquer material biológico”, diz Bruno.

Ele explica que a ressonância acústica e a cavitação diferem principalmente na frequência usada e nos efeitos sobre vírus e células. “Enquanto a cavitação ocorre em baixas frequências e destrói tanto o vírus quanto os tecidos por meio do colapso de bolhas de gás, a ressonância acústica atua em altas frequências [3-20 MHz]”, comenta.

No caso da ressonância acústica, o pesquisador explica que a energia sonora se acopla à estrutura viral, excitando vibrações internas que levam à ruptura mecânica do envelope viral sem alterar temperatura ou pH do meio. “O resultado é um mecanismo seletivo e seguro, já que apenas o vírus absorve a energia e é desestabilizado, sem representar risco às células humanas”, completa.

A parte teórica por trás do fenômeno de estourar vírus envelopados feito pipoca foi descrita em outro artigo científico, publicado no Brazilian Journal of Physics. (Com informações da Agência Fapesp)