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Une nouvelle étude menée par des chercheurs du département d’ingénierie mécanique du MIT suggère que les coronavirus pourraient être vulnérables aux vibrations ultrasonores, dans les fréquences utilisées en imagerie de diagnostic médical.

Les ultrasons

Grâce à des simulations informatiques, l’équipe a modélisé la réponse mécanique du virus aux vibrations dans une gamme de fréquences ultrasonores. Ils ont constaté que les vibrations comprises entre 25 et 100 mégahertz déclenchaient l’effondrement de l’enveloppe et des pointes du virus, et commençaient à se rompre en une fraction de milliseconde. Cet effet a été observé dans des simulations du virus dans l’air et dans l’eau.
Ces résultats sont préliminaires et reposent sur des données limitées concernant les propriétés physiques du virus. Néanmoins, les chercheurs affirment que leurs résultats constituent une première indication d’un traitement possible par ultrasons des coronavirus, y compris le nouveau virus SARS-CoV-2. La manière exacte dont les ultrasons pourraient être administrés, et leur efficacité à endommager le virus dans la complexité du corps humain, sont parmi les principales questions auxquelles les scientifiques devront s’attaquer à l’avenir.
« Nous avons prouvé que sous l’excitation des ultrasons, l’enveloppe et les pointes du coronavirus vibrent, et que l’amplitude de cette vibration est très grande, produisant des souches qui pourraient briser certaines parties du virus, causant des dommages visibles à l’enveloppe extérieure et peut-être des dommages invisibles à l’ARN à l’intérieur », explique Tomasz Wierzbicki, professeur de mécanique appliquée au MIT. « L’espoir est que notre article lance une discussion entre diverses disciplines ».

Des simulations 

Pour comprendre comment cela fonctionne, les chercheurs ont introduit des vibrations acoustiques dans les simulations et ont observé comment ces vibrations se propageaient dans la structure du virus sur une gamme de fréquences ultrasonores. L’équipe a commencé par des vibrations de 100 mégahertz, soit 100 millions de cycles par seconde, qu’elle a estimé être la fréquence de vibration naturelle de la coquille, sur la base de ce que l’on sait des propriétés physiques du virus.
Lorsqu’ils ont exposé le virus à des excitations ultrasonores de 100 MHz, les vibrations naturelles du virus étaient initialement indétectables. Mais en une fraction de milliseconde, les vibrations externes, qui résonnaient avec la fréquence des oscillations naturelles du virus, ont provoqué une déformation de la coque et des pointes vers l’intérieur, semblable à celle d’une balle qui rebondit sur le sol.

Des tests avec diverses fréquences 

Lorsque les chercheurs ont augmenté l’amplitude, ou l’intensité, des vibrations, la coque a pu se fracturer – un phénomène acoustique connu sous le nom de résonance qui explique également comment les chanteurs d’opéra peuvent casser un verre à vin s’ils chantent à la bonne hauteur et au bon volume. À des fréquences plus basses de 25 MHz et 50 MHz, le virus s’est déformé et fracturé encore plus rapidement, à la fois dans des environnements simulés d’air et d’eau, dont la densité est similaire à celle des fluides du corps. « Ces fréquences et ces intensités se situent dans la fourchette de celles qui sont utilisées en toute sécurité pour l’imagerie médicale », précise M. Wierzbicki.
Pour affiner et valider leurs simulations, l’équipe travaille avec des microbiologistes espagnols qui utilisent la microscopie à force atomique pour observer les effets des vibrations ultrasonores sur un type de coronavirus présent exclusivement chez les porcs. S’il est prouvé expérimentalement que les ultrasons endommagent les coronavirus, y compris le SARS-CoV-2, et que ces dommages ont un effet thérapeutique, l’équipe pense que les ultrasons, qui sont déjà utilisés pour briser les calculs rénaux et libérer des médicaments par l’intermédiaire de liposomes, pourraient être utilisés pour traiter et éventuellement prévenir l’infection par les coronavirus.

Valider ces résultats avec  le SARS-CoV-2

Les chercheurs envisagent également que des transducteurs ultrasonores miniatures, intégrés dans des téléphones et d’autres appareils portables, pourraient être capables de protéger les gens du virus. Mais M. Wierzbicki souligne qu’il reste encore beaucoup de recherches à effectuer pour confirmer si les ultrasons peuvent constituer une stratégie efficace afin de traiter et de prévenir les coronavirus. Alors que son équipe s’efforce d’améliorer les simulations existantes à l’aide de nouvelles données expérimentales, il prévoit de se concentrer sur les mécanismes spécifiques du nouveau virus SARS-CoV-2, qui mute rapidement.
« Nous avons étudié la famille générale des coronavirus et nous nous intéressons maintenant spécifiquement à la morphologie et à la géométrie du COVID-19 », explique M. Wierzbicki. « Le potentiel de cette recherche est quelque chose qui pourrait être important dans la situation critique actuelle ».
Cette recherche a été publiée dans Journal of the Mechanics and Physics of Solids.
Source : MIT
Crédit photo : Pexels