Entenda como como ondas sonoras podem destruir vírus

Pesquisadores da Universidade de São Paulo descobriram que ondas de ultrassom em frequências específicas podem destruir vírus como o SARS-CoV-2 e o H1N1 através de um fenômeno chamado ressonância acústica. O processo rompe a estrutura viral sem causar qualquer dano às células humanas. Neste guia, você entenderá como a geometria das partículas virais determina sua vulnerabilidade ao som e por que essa descoberta abre caminhos para tratamentos alternativos contra infecções virais.

O que é ressonância acústica

A ressonância acústica é um fenômeno físico onde ondas sonoras de alta frequência interagem com estruturas específicas. No caso dos vírus, essas ondas provocam alterações estruturais nas partículas virais até sua ruptura completa.

"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", disse Odemir Martinez Bruno, professor do Instituto de Física de São Carlos da USP e coordenador do estudo ao jornal da USP.

Esse processo degrada especificamente o envelope viral, a membrana protetora que envolve alguns tipos de vírus. Quando essa estrutura se rompe, o vírus perde sua capacidade de invadir células humanas e se torna inativo.

Formato esférico dos vírus é crucial

A descoberta surpreendeu os cientistas porque contraria princípios clássicos da física. O comprimento de onda do ultrassom é muito maior que o tamanho microscópico dos vírus, o que teoricamente impediria qualquer interação entre eles. Mas a explicação está na geometria.

Segundo Bruno, "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."

Vírus com formatos diferentes não sofreriam o mesmo efeito. Se fossem triangulares ou quadrados, não experimentariam essa ruptura característica causada pela ressonância acústica.

Ressonância acústica versus cavitação

Muitas pessoas confundem a ressonância acústica com outro fenômeno sonoro usado em equipamentos médicos: a cavitação. Ambos utilizam ultrassom, mas funcionam de maneiras completamente diferentes.

A cavitação opera em baixas frequências e destrói tanto vírus quanto tecidos biológicos através do colapso de bolhas de gás. Por isso, é utilizada na limpeza e descontaminação de instrumentos odontológicos e cirúrgicos, mas não pode ser aplicada diretamente em tecidos humanos. Já a ressonância acústica atua em altas frequências, entre 3 e 20 MHz.

Nessas frequências, a energia sonora se acopla especificamente à estrutura viral, provocando vibrações internas que levam à ruptura mecânica do envelope. O processo é altamente seletivo. Apenas o vírus absorve a energia e é desestabilizado, sem representar qualquer risco às células humanas. Além disso, não altera temperatura nem pH do meio, mantendo as condições biológicas intactas.

Vantagens

Um aspecto fundamental da ressonância acústica é que ela não depende de características genéticas dos vírus. O mecanismo de ação está baseado exclusivamente no formato físico da partícula viral. Isso significa que variantes virais não afetam a eficácia da técnica. As variantes ômicron e delta do SARS-CoV-2, por exemplo, possuem mutações genéticas significativas, mas mantêm a mesma estrutura esférica envelopada.

Segundo Bruno, 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 não afetam a eficácia da técnica."

Outra vantagem importante é que o método não favorece o desenvolvimento de resistência viral. Diferentemente de antivirais químicos, que podem perder eficácia à medida que os vírus sofrem mutações adaptativas, a ressonância acústica ataca uma característica física imutável. Como funciona o mecanismo de ruptura viral O processo de destruição viral pela ressonância acústica acontece em etapas bem definidas.

Primeiro, as ondas sonoras de alta frequência atingem as partículas virais presentes no meio. Devido ao formato esférico e envelopado desses vírus, a energia acústica começa a se acumular no interior da partícula. Essa energia não se dissipa rapidamente, criando vibrações internas cada vez mais intensas. As vibrações provocam estresse mecânico no envelope viral.

A membrana protetora, que normalmente mantém a integridade do vírus, começa a sofrer deformações estruturais. Eventualmente, o acúmulo de energia atinge um ponto crítico. O envelope viral se rompe de forma semelhante a uma pipoca estourando, liberando o material interno do vírus e inviabilizando sua capacidade de infectar células. Durante todo esse processo, as células humanas permanecem intactas porque não possuem a geometria esférica específica que permite o acúmulo de energia acústica da mesma forma.

Aplicações potenciais contra outros vírus

A técnica funciona especificamente contra vírus envelopados, aqueles que possuem uma membrana lipídica externa. Essa categoria inclui diversos patógenos de importância médica. Além do SARS-CoV-2 e do H1N1, a equipe de pesquisadores está realizando testes in vitro contra outros vírus envelopados.

Os alvos incluem os agentes causadores de dengue, chikungunya e zika. Segundo Flávio Protásio Veras, professor da Universidade Federal de Alfenas e pós-doutorando da FAPESP, "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."

Ele destaca ainda que se trata de "uma solução 'verde', pois não gera resíduos, não causa impacto ambiental e não favorece a resistência viral." Diferenças nas frequências sonoras e seus efeitos A eficácia da ressonância acústica depende do uso preciso de frequências sonoras na faixa de 3 a 20 MHz.

Essa especificidade é fundamental para obter o efeito desejado. Frequências abaixo dessa faixa produzem o fenômeno de cavitação, que destrói tanto vírus quanto tecidos biológicos. Por isso, não podem ser usadas para tratamento em organismos vivos.

Frequências acima da faixa ideal também não produzem o efeito de ressonância necessário. A janela de 3 a 20 MHz representa o ponto ideal onde a energia acústica interage especificamente com a geometria viral. Essas frequências são semelhantes às utilizadas em exames de ultrassom médico, o que sugere que equipamentos já existentes poderiam ser adaptados para aplicações terapêuticas futuras.

No entanto, os parâmetros precisariam ser ajustados para focar especificamente na destruição viral.

Pesquisa multidisciplinar e colaboração científica

A descoberta foi resultado de colaboração entre cientistas de múltiplas especialidades. Físicos teóricos e acústicos do Instituto de Física de São Carlos trabalharam junto com virologistas e especialistas em doenças inflamatórias.

Participaram do estudo pesquisadores do Centro de Pesquisa em Virologia e do Centro de Pesquisa em Doenças Inflamatórias (CRID), vinculados à Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto da USP. Contribuíram também especialistas da Faculdade de Ciências Farmacêuticas e da Unesp.

Esses pesquisadores realizaram análises estruturais e toxicológicas usando técnicas como microscopia e espalhamento de luz. Essas análises foram fundamentais para compreender exatamente como o ultrassom afeta a estrutura viral. A pesquisa contou ainda com colaboração internacional.

Charles Rice, professor da Universidade Rockefeller nos Estados Unidos e laureado com o Nobel de Medicina de 2020, forneceu vírus fluorescentes que permitiram visualizar o processo em tempo real. O trabalho foi financiado pela FAPESP através de seis projetos diferentes, envolvendo áreas desde física teórica até virologia aplicada. Os resultados foram publicados na revista científica *Scientific Reports*, e a fundamentação teórica apareceu no *Brazilian Journal of Physics*.