W związku z wybuchem epidemii SARS-CoV-2 naukowcy z całego świata skupili swoje siły na opracowywaniu szczepionek i leków przeciwwirusowych. Chiny wystąpiły przed szereg dając zielone światło naukowcom, którzy zaczęli testy eksperymentalnej szczepionki przeciwko koronawirusowi. Naukowcy ze Stanów Zjednoczonych również rozpoczęli próby kliniczne szczepionek. Niemniej jednak, aby osiągnąć pożądany sukces należy najpierw dobrze scharakteryzować wirusa.
Dlaczego wiedza na temat wielkości i kształtu cząstek wirusa ma tak kluczowe znaczenie?
Możliwość scharakteryzowania wielkości cząstek wirusa może pomóc naukowcom przewidzieć, w jaki sposób będzie się on rozprzestrzeniał. Na podstawie wielkości można oszacować przez jaki czas czynnik zakaźny może pozostać zawieszony w powietrzu, na jaką odległość może być transportowany, w jakich miejscach się osadzać oraz jaka będzie jego żywotność itp.
Cząstki wirusów są zazwyczaj bardzo małe – od około 20 nm do 250 nm średnicy. Koronawirus ma kształt kuli o średnicy około 130 nm. Najmniejsze jednostki mają około 60 nm, a największe około 140 nm.
Cząstki o tak małych rozmiarach mogą przez długi czas pozostawać zawieszone w powietrzu. W tym wypadku zagrożone zakażeniem są zarówno osoby znajdujące się blisko źródła, jak i w większej odległości. Przykładowo, sferyczna cząstka o średnicy 4 μm zawieszona na wysokości 1 m osiada przez 33 minuty, z kolei osiadanie cząstki o średnicy 1 μm zajmuje około 8 godzin.
Wszystkie cząstki zakaźne mniejsze niż 10 μm są groźne dla zdrowia człowieka, ponieważ wnikają głęboko w dolne drogi oddechowe. Z tego względu tak kluczowe znaczenie dla epidemiologii ma wielkość pojedynczych cząstek wirusa (wielkość koronawirusa).
Wielkość kropel zawierających koronawirusa wydzielanych podczas kaszlu i kichania
A jak rozprzestrzeniają się krople podczas kaszlu i kichania? Specjaliści z firmy Malvern Panalytical postanowili to przetestować. Okazuje się, że zarówno podczas kaszlu, jak i kichania z organizmu człowieka wydzielają się malutkie kropelki śliny, które w przypadku osoby zakażonej mogą zawierać w sobie wirusa. Średni rozkład wielkości kropel wydzielanych podczas kaszlu przedstawiono na rysunku 1. Jak widać podczas kaszlu wydzielają się głównie większe krople, a mediana objętościowego rozkładu wielkości cząstek wynosi około 450 µm.
Rysunek 1. Średni objętościowy rozkład wielkości kropel wydzielanych podczas kaszlu.
W przypadku kichnięcia tworzą się znacznie mniejsze krople aerozolu. Nie jest to zaskoczeniem, jako że szybkość emisji kropli jest znacznie mniejsza. W tym przypadku powstaje już znaczniejsza ilość kropel poniżej 100 µm, a i krople poniżej 10 µm są w próbce obecne. Takie krople mogą dość długo utrzymywać się w powietrzu. Ponadto podczas kaszlu lub kichania mogą być transportowane na odległość nawet 7 – 8 metrów.
Rysunek 2. Średni objętościowy rozkład wielkości kropel wydzielanych podczas kichania
Szereg wirusów jest stale obecnych w powietrzu. Niemniej ze względu na ich niewielkie ilości nie są one w stanie wywoływać choroby u osób ze zdrowym układem odpornościowym. Przy wyższych stężeniach ryzyko infekcji u ludzi dramatycznie wzrasta [1]. Wczesne wykrycie wirusa ma ogromne znaczenie w zapobieganiu rozprzestrzenianiu się infekcji wirusowej.
Charakterystyka wirusa pod względem wielkości cząstek i stężenia ma zasadnicze znaczenie nie tylko we wczesnym wykrywaniu, ale także w opracowywaniu metod leczenia i szczepionek.
Jakie instrumenty umożliwiają pomiar wielkości cząstek koronawirusa?
- NanoSight wykorzystując analizę śledzenia nanocząstek (NTA) umożliwia wizualizację i pomiar stężenia w zakresie od 0,01 do 1 µm w cieczy, a także analizę agregacji białek w czasie rzeczywistym. Sprawia to, że NTA jest doskonałym narzędziem wykorzystywanym do badań nad szczepionkami wirusowymi, nanotoksykologii i wykrywania biomarkerów, a także charakteryzacji pęcherzyków pozakomórkowych w badaniach stanu chorobowego.
- Spraytec to analizator wielkości cząstek w aerozolach. Wykorzystuje technikę dyfrakcji laserowej i może być użyteczny w badaniu rozkładu kropel wydzielanych podczas kaszlu, kichania a nawet mówienia czy oddychania. Ponadto może być wykorzystywany przy opracowywaniu leków w formie aerozolowej, zarówno aerozoli donosowych jak też nebulizatorów i aerozoli wziewnych.
- Zetasizer Advance to seria najbardziej wydajnych na świecie systemem DLS i ELS, wykorzystującym detekcję światła rozproszonego opatentowaną techniką NIBS® oraz wyposażonym w unikatową technologię Multi-Angle Dynamic Light Scattering (MADLS) do dogłębnej charakterystyki nanocząstek. NIBS zapewnia wszechstronność i czułość pomiaru w szerokim zakresie stężeń, a MADLS pozwala na uzyskanie rezultatów wyższej rozdzielczości niż standardowa technika DLS co jest bardzo istotne w analizie takich próbek jak wirusy.
MADLS daje możliwość bezpośredniej analizy stężenia cząstek w badanym układzie. Pomiar stężenia cząstek nie wymaga kalibracji, nadaje się do szerokiej gamy materiałów, jest szybki w użyciu i w większości przypadków nie wymaga rozcieńczania – dzięki czemu idealnie nadaje się jako technika przesiewowa. Jest to wyjątkowa funkcja aparatu Zetasizer Advance, którą można zastosować nawet do próbek takich jak wirusy i cząstki wirusopodobne, które wcześniej były bardzo trudne do zbadania.
Rys. 1. Wielkość koronawirusa. Charakteryzacja nanocząstek możliwa dzięki analizatorom Zetasizer Advance.
Źródła
