Tým vědců a techniků ze skupiny Asbis pod vedením Siarheie Kostevitche vyvinul nové řešení k zabránění šíření viru SARS-CoV-2 a k boji proti tomuto viru. Vědecké pozadí této inovace vychází z konceptu společného působení iontů určitých kovů na membránu RNA virů (tedy virů, jejichž částice obsahuje kyselinu ribonukleovou), aniž dochází k nežádoucímu účinku na lidské buňky. S cílem bránit šíření viru v malých, uzavřených prostorách byl vyvinut prostředek využívající jedinečnou dvoufázovou ionizaci.
Naším cílem bylo vyvinout řešení a jeho praktickou realizaci pro účinný boj proti obaleným RNA virům v ovzduší, a to včetně koronavirů, zejména viru způsobujícího onemocnění covid-19. Zároveň nesmí mít toto řešení negativní účinek na lidské buňky. Byly prostudovány výzkumné práce z oblasti nanomedicíny od 70. let 20. století, dále se uplatnily koncepty z oblasti teoretické fyziky a chemie. Viry představují nebuněčné infekční činitele neboli jakýsi „flash disk“, který se aktivuje jedině tehdy, stane-li se součástí živé zvířecí nebo lidské buňky. Virus sám se není schopen vně buňky replikovat. Nejlepší podmínky pro přenos virů nastávají při chladném, vlhkém a mlhavém počasí. Jelikož viry lze na rozdíl od bakterií jen obtížně zničit, snažili jsme se najít nějaký netriviální způsob, jak proti nim bojovat. Koronaviry jsou částice kulového tvaru o průměru přibližně 125 nm, s dvouvrstvou obálkou, v níž se nacházejí proteiny membrány (M), obálky (E) a spike (S). Obálka koronaviru je tvořena převážně proteinem M a je mezi obalenými viry jedinečná. Na základě studií byla formulována hypotéza, že skupiny iontů určitých kovů jako K- a Pt0 by byly vzhledem k energii, která je v nich soustředěna, přitahovány ke kladně nabité vnější vrstvě membrány s následnou izotermní galvanickou reakcí. Ionty by tudíž „propálily“ membránu viru a vedly k jeho destrukci. Ionty hořčíku jsou rovněž známé svou schopností posilovat živé buňky. Při zkoumání složení iontů, které mohou mít na membránu koronaviru negativní dopad, byla věnována zvláštní pozornost platinové skupině, jelikož prvky této skupiny (platina, zlato) mají dostatečně vysokou atomovou hmotnost a optimální strukturu elektronového obalu. Ionty s vyšší atomovou hmotností (rtuť a následující prvky v periodické tabulce) by mohly být účinnější, jsou ale známé svým negativním účinkem na organické buňky. Součástí zvoleného složení iontové látky jsou mimo jiné Na11, Mg12, Ag47, Cl17, H1, Pt78, Au79, I53, K19. Iontový materiál vzniká exotermní reakcí s postupnou difúzí látek za přítomnosti vhodných katalyzátorů, s využitím vnějšího zdroje energie. Výsledná iontová látka je stabilní, nevstupuje do chemické reakce s vodou ani se vzduchem a za normálních podmínek se neodpařuje. Iontový materiál netuhne a zůstává kapalný v rozmezí teplot –55 až 135 °C. Komplexní ionty uvolňované do vzduchu z difuzéru obsahují kromě uvedených prvků hydroxylové radikály. Úkolem takových iontů je rovněž přitahovat kladně nabitou vnější vrstvu membrány viru, odebrat z ní vodík nebo kyslík a vést k tomu, že dojde k destrukci membrány při izotermní reakci. Tato reakce ovšem není tak jednoduchá. Životní cyklus iontu je velmi krátký. Ionty uvolňované do vzduchu jsou ovšem nuceny se neustále pohybovat v prostoru. Po celou tuto dobu obsahují jejich mutace různé iontové skupiny, které vytvářejí fázový potenciál mezi membránou viru a iontem, což vede k destrukci viru. Všechny složky iontového materiálu jsou voleny tak, aby docházelo k udržení emitovaných iontů v prostředí co nejdéle, aniž jsou přitom poškozovány jakékoliv živé buňky.
Praktické realizace Byla vyvinuta jedinečná technologie s cílem umístit látku ve formě kompozitní ionizované kapaliny do pórovité struktury a tuto strukturu překrýt vrstvou ve formě velké krystalické mřížky polymeru, aby byla zajištěna dostatečná stabilita pro iontové emise. Když se tímto materiálem naplní kapsle, reaguje polymer se vzduchem za vzniku pórovité struktury, která absorbuje a zadržuje ionizovanou látku. Samotný polymer je 100% dielektrický a neovlivňuje funkci kapalné iontové látky. Ionizovaný materiál (fáze 1) umožňuje emitovat skupiny iontů do vzduchu přivedením vysokého napětí, ovšem s velmi přiměřeným výkonem (fáze 2). Používáme pouze 10 W k přivedení 14–20 kV k docílení emise iontů. Na základě testů bylo prokázáno, že tento výkon je dostatečný k vytvoření 30–34 tisíc iontů na 1 cm3 v prostoru 50 cm od prostředku nebo 15 000 iontů ve vzdálenosti od prostředku do 1 m. Jedná se o koncentraci iontů, která je značně vyšší než na horách a která je velmi podobná koncentraci iontů na 1 cm2 na úpatí vodopádu. Při realizaci druhé fáze ionizace, tedy uvolnění iontů do vzduchu, lze použít jednopolární nebo bipolární ionizační metodu. V našem případě jsme použili bipolární ionizační metodu. Za tímto účelem se iontový gel umístí do dvou oddělených částí kapsle, čímž vznikne katoda a anoda iontového difuzéru, mezi nimiž se nachází vzduchem vyplněná mezera o šířce pár centimetrů. Když je kapsle tímto materiálem naplněná, reaguje polymer se vzduchem za vzniku pórovitého materiálu, jenž absorbuje iontový roztok. Samotný polymer je dielektrický a neovlivňuje funkci kapalné iontové látky. Přivedením 14 až 20 kV mezi anodu a katodu vzniká stabilní elektrický oblouk u doutnavého výboje, který se tvoří mezi tabletami s gelovitým materiálem. Za působení elektrického pole vzniká uvnitř iontového gelu plazma a dochází k emitování iontů, které přecházejí do čtvrtého skupenství hmoty. Iontové plazma se nehromadí na katodě ani anodě, nýbrž uniká ze svého zdroje a difunduje do vnějšího prostředí. Jednou z hlavních výhod našeho řešení je to, že nevydává ozón. Jeho hladina se pohybuje pod horním limitem bezpečnostních předpisů, což bylo potvrzeno řadou testů. Na rozdíl od generátorů ozónu či ultrafialových lamp lze prostředky vycházející z našeho řešení používat nepřetržitě za přítomnosti lidí v domácích prostorách, v kancelářích, ve výrobnách, v osobních automobilech, vozech taxi a ve veřejné dopravě (autobusy, minivany, vlaky, metro).
Výsledky testů podporující daný koncept K provedení laboratorního testování s využitím vysoce patogenního RNA viru, v našem případě SARS-CoV-2, jsme se obrátili na nezávislou mikrobiologickou laboratoř s úrovní zabezpečení 3, která je patřičně certifikována a je držitelem příslušných licencí a má schopnosti a znalosti pro provádění takových testů. K zajištění správného testování je nezbytné nechat virus SARS-CoV-2 uměle růst na speciálních substrátech, následně jím infikovat buňky dlaždicového epitelu, podobné buňkám tvořícím výstelku průdušek. Tyto buňky byly zvoleny z toho důvodu, že právě ony jsou nejčastěji vystaveny viru a onemocnění covid-19, které způsobuje. Pro tyto testy byly použity buňky L929. Dále byla použita metoda cytopatického efektu (CPE), jelikož hmota odumřelých buněk je mnohem nižší než hmotnost živých buněk, což znamená, že odumřelé buňky lze oddělit centrifugací. Poté se spočítal počet zbývajících živých buněk na destičce. Je nutno poznamenat, že v souladu s předpisy laboratoře byla ionizace destiček infikovaných virem způsobujícím onemocnění covid-19 provedena pouze jednou, na začátku experimentu, a trvala pouze 60 minut. Účinek je nejlépe patrný z přiložených snímků. Ty ze druhého dne ukazují, že počet dosud živých neionizovaných buněk je významně nižší. To znamená, že velký počet buněk byl zahuben koronavirem. Třetí den se plocha živých buněk na neionizované destičce nadále zmenšuje, zatímco na destičce ošetřené ionty se objevují nové živé buňky: dochází k významnému nárůstu množství živých buněk. Na obou snímcích ze 4. dne došlo k významnému poklesu počtu živých buněk. Na destičce s infikovanými buňkami, které nebyly ošetřeny ionizérem, jsou buňky téměř zcela postižené virem. Počet živých buněk na destičce ošetřené ionty je mnohem vyšší. Předpokládáme, že pokles počtu živých buněk i na této destičce je způsoben tím, že destička byla ošetřena ionty pouze jednou, na začátku, a pouze po dobu 60 minut. Testy prokazují, že infekce buněk neošetřených ionizérem narůstá geometrickou řadou. Po třech dnech bylo virem infikováno více než 50 % buněk. Na destičkách ošetřených ionizérem bylo 4. den virem infikováno pouze 8 % buněk. To potvrzuje účinnost naší metody při boji proti viru SARS-CoV-2 nejméně ve výši 92 %. Rovněž jsme provedli testy s cílem identifikovat účinek iontů na zdravé živé buňky. Buňky jsme nechali ionizérem ošetřovat 120 minut. Testy prokázaly, že ve srovnání s buňkami nevystavenými působení ionizéru došlo ke zrychlení reprodukce. To prokazuje, že naše ionizační metoda vytváří příznivé prostředí pro buněčnou proliferaci. Buňky se staly aktivnějšími. Získali jsme tudíž potvrzení toho, že naše metoda nemá negativní vliv na živé a zdravé buňky. Testy u buněk Vero rovněž prokázaly, že ošetření ionizací neovlivňuje viabilitu buněk. Buňky Vero byly kultivovány s živným médiem tvořeným Dulbeccovým médiem, které dále obsahovalo 10 % fetálního bovinního séra (FBS), 10 % streptomycinu/ penicilinu a 10 % L-glutaminu a L-alaninu. Následně byla provedena inkubace při 5 % CO2 a při teplotě 37 °C. V den provedení experimentů byly buňky sklizeny z kultivační nádobky pomocí trypsinu/EDTA (10 minut při teplotě 37 °C) a odebrány do pěti Petriho misek (60 × 15 mm) za použití centrifugace (6 min / 1 000 ot/min / 25 °C) o konečné hustotě 200 000 buněk/ml–1. Čtyři Petriho misky byly vystaveny ionizaci (pátá Petriho miska sloužila jako kontrola). Všechny Petriho misky byly poté inkubovány při teplotě 37 °C a při 5 % CO2. Následně probíhala každodenní pozorování pomocí inverzního biologického mikroskopu (SP-95-I) k vyhodnocení míry proliferace buněk vzhledem k míře proliferace neošetřených buněk (kontroly). Pozorování míry proliferace buněk vystavených ionizaci se zaznamenávala po dobu tří dnů.
Závěry Byla vyvinuta dvoufázová ionizační metoda uvolňování směsí iontů o různém složení do vzduchu. Tato jedinečná technologie umožňující vytvořit stabilní ionizovanou látku ve formě gelu v pórovité struktuře umožňuje aplikovat vysoké napětí při nízkém výkonu, a docílit tak bipolární nebo jednopolární ionizace, kdy dochází k uvolňování 30–40 tisíc iontů na cm2, do vzdálenosti 0,5 m. Výsledky provedených testů potvrdily zpomalení šíření virové infekce a stimulaci růstu u zdravých lidských buněk. Testy s využitím zdravých epiteliálních buněk L929 i buněk Vero neprokázaly žádný negativní vliv ionizace. Toto řešení může být velmi užitečné při výrobě prostředků umožňujících řešit různé infekce RNA viry včetně virů způsobujících onemocnění covid-19 sloužících jako prevence virové infekce nebo jako její iontová terapie. /Siarhei Kostevitch a Alexander Kornev/
