Para desinfetar uma superfície, você pode iluminá-la com uma explosão de luz ultravioleta (UV), que é mais azul do que o olho humano pode ver. Mas para inativar especificamente o SARS-CoV-2, o vírus que causa o COVID-19, quais comprimentos de onda são melhores? E quanta radiação é suficiente?
Responder a essas perguntas exige que os cientistas superem dois obstáculos principais. Primeiro, eles precisam separar completamente o vírus de substâncias estranhas no ambiente. Em segundo lugar, eles precisam iluminar o vírus com um único comprimento de onda de luz UV por vez, com alterações mínimas na configuração experimental entre os testes.

Uma colaboração recente entre o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) e o Centro Nacional de Análise e Contramedidas de Biodefesa (NBACC), um laboratório da Diretoria de Ciência e Tecnologia do Departamento de Segurança Interna dos EUA, superou esses dois obstáculos e concluiu o que pode ser o mais completo teste já realizado de como vários comprimentos de onda UV e visíveis diferentes afetam o SARS-CoV-2.

Em um novo artigo publicado esta semana na Applied Optics , os colaboradores descrevem seu novo sistema para projetar um único comprimento de onda de luz de cada vez em uma amostra do vírus COVID-19 em um laboratório seguro. Classificado como Nível de Biossegurança 3 (BSL-3), o laboratório foi projetado para estudar micróbios potencialmente letais quando inalados. Seu experimento testou mais comprimentos de onda de UV e luz visível do que qualquer outro estudo com o vírus que causa o COVID-19 até o momento.

Então, o que é a criptonita do SARS-CoV-2? Acontece que nada de especial:o vírus é suscetível aos mesmos comprimentos de onda da luz UV que outros vírus, como os que causam a gripe. Os comprimentos de onda mais eficazes foram aqueles na faixa "UVC" entre 222 e 280 nanômetros (nm). A luz UVC (faixa completa de 200 a 280 nm) é mais curta que os comprimentos de onda UVB (280 a 315 nm) que causam queimaduras solares.

Os pesquisadores também mostraram que os arredores do vírus podem ter um efeito protetor sobre o vírus. No estudo, foi necessária uma dose de UV menor para inativar os vírus quando eles foram colocados em água pura do que quando foram colocados em saliva simulada, que contém sais, proteínas e outras substâncias encontradas na saliva humana real. Suspender o vírus em saliva simulada cria uma situação semelhante a cenários do mundo real envolvendo espirros e tosse. Isso pode tornar os resultados mais diretamente informativos do que os de estudos anteriores.

"Acho que uma das grandes contribuições deste estudo é que fomos capazes de mostrar que o tipo de resultado idealizado que vemos na maioria dos estudos nem sempre prevê o que acontece quando há um cenário mais realista em jogo", disse Michael Schuit, da NBACC. “Quando você tem material como a saliva simulada ao redor do vírus, isso pode reduzir a eficácia das abordagens de descontaminação UV”.

Os fabricantes de dispositivos e reguladores de desinfecção por UV podem usar esses resultados para ajudar a informar por quanto tempo superfícies em ambientes médicos, aviões ou mesmo líquidos devem ser irradiados para obter a inativação do vírus SARS-CoV-2.

“Neste momento, há um grande esforço para obter a desinfecção UVC na atmosfera comercial”, disse o pesquisador do NIST Cameron Miller. “A longo prazo, espero que este estudo leve a padrões e outras metodologias para medir a dose de UV necessária para inativar o SARS-CoV-2 e outros vírus nocivos”.

Este projeto se baseou no trabalho anterior que a equipe do NIST fez com outro colaborador na inativação de microrganismos na água.

Dê um pouco de luz

Dependendo do comprimento de onda, a luz UV danifica os patógenos de diferentes maneiras. Alguns comprimentos de onda podem danificar o RNA ou o DNA dos micróbios, fazendo com que eles percam a capacidade de se replicar. Outros comprimentos de onda podem quebrar proteínas, destruindo o próprio vírus.

Embora as pessoas conheçam as habilidades de desinfecção da luz UV há mais de cem anos, houve uma explosão na pesquisa de desinfecção por UV na última década. Uma razão é que as fontes tradicionais de luz UV às vezes contêm materiais tóxicos, como mercúrio. Recentemente, o uso de lâmpadas LED não tóxicas como fonte de luz UV atenuou algumas dessas preocupações.

Para este estudo, os colaboradores do NIST trabalharam com biólogos da NBACC, cuja pesquisa informa o planejamento de biodefesa sobre ameaças biológicas, como o antraz e o vírus Ebola.

"O que a NBACC conseguiu fazer foi aumentar o vírus, concentrá-lo e remover todo o resto", disse Miller. “Estávamos tentando obter uma mensagem clara de quanta luz precisamos para inativar apenas o vírus SARS-CoV-2”.

No estudo, a equipe testou o vírus em diferentes suspensões. Além de usar o imitador de saliva, os cientistas também colocaram o vírus na água para ver o que acontecia em um ambiente “puro”, sem componentes que pudessem protegê-lo. Eles testaram suas suspensões de vírus tanto como líquidos quanto como gotículas secas em superfícies de aço, o que representava algo que uma pessoa infectada poderia espirrar ou tossir.

O trabalho do NIST era direcionar a luz UV de um laser para as amostras. Eles estavam procurando a dose necessária para matar 90% do vírus.

Com essa configuração, a colaboração foi capaz de medir como o vírus respondeu a 16 comprimentos de onda diferentes, desde a extremidade muito baixa do UVC, 222 nm, até a parte média da faixa de comprimento de onda visível, a 488 nm. Os pesquisadores incluíram os comprimentos de onda mais longos porque alguma luz azul demonstrou ter propriedades desinfetantes.

Nenhum pedaço de bolo

Colocar a luz do laser nas amostras em um laboratório seguro não era trivial. Pesquisadores em um laboratório BSL-3 usam uniformes e capuzes com respiradores. Sair do laboratório requer um longo banho antes de voltar a vestir roupas civis.

Equipamentos como o caro laser da equipe teriam que passar por um procedimento de esterilização consideravelmente mais severo.

"É uma espécie de porta de mão única", disse Miller. "Qualquer coisa que saia desse laboratório precisa ser incinerada, autoclavada [esterilizada por calor] ou desinfetada quimicamente com vapor de peróxido de hidrogênio. Portanto, levar nosso laser de US$ 120.000 não era a opção que queríamos usar."

Em vez disso, os pesquisadores do NIST projetaram um sistema em que o laser e algumas das ópticas ficavam em um corredor do lado de fora do laboratório. Eles canalizaram a luz através de um cabo de fibra óptica de 4 metros de comprimento que passou por uma vedação sob a porta do laboratório. A pressão negativa mantinha o ar fluindo do corredor para o laboratório e impedia que qualquer coisa vazasse de volta.

O laser produzia um único comprimento de onda de cada vez e era totalmente ajustável para que os pesquisadores pudessem produzir qualquer comprimento de onda que quisessem. Mas como a luz se dobra em ângulos diferentes, dependendo do comprimento de onda, eles tiveram que criar um sistema de prismas que mudasse o ângulo em que a luz entrava na fibra para que ela se alinhasse adequadamente. Alterar o ângulo de saída envolvia girar manualmente um botão que eles criaram para ajustar a posição de um prisma. Eles tentaram tornar tudo o mais simples possível, com um número mínimo de partes móveis.

“O dispositivo que a equipe do NIST criou nos permitiu testar rapidamente uma ampla gama de diferentes comprimentos de onda, todos em bandas de onda muito controladas e precisas”, disse Schuit. "Se estivéssemos tentando fazer o mesmo número de comprimentos de onda sem esse sistema, teríamos que fazer malabarismos com vários tipos diferentes de dispositivos, cada um dos quais produziria bandas de onda de larguras diferentes. Eles exigiriam configurações diferentes, e há teria havido muitas variáveis ​​adicionais na mistura."

Manipular a luz exigia espelhos e lentes, mas os pesquisadores o projetaram para usar o mínimo possível, porque cada um leva a uma perda de intensidade da luz UV.

Para os materiais que precisavam entrar no laboratório para projetar a luz da fibra nas amostras do vírus COVID, a equipe tentou usar peças baratas. “Imprimimos muitas coisas em 3D”, disse o físico do NIST Steve Grantham, um membro-chave da equipe, juntamente com Thomas Larason, do NIST. "Então, nada era realmente caro e se nunca mais o usarmos, não é grande coisa."

Até mesmo a comunicação entre a área do laser e o interior do laboratório era difícil porque as pessoas não podiam entrar e sair quando quisessem, então eles empregaram um sistema de intercomunicação com fio.

Apesar dos desafios, o sistema funcionou surpreendentemente bem, disse Miller, especialmente porque eles tiveram apenas meses para montá-lo. "Há algumas áreas em que provavelmente poderíamos melhorar, mas acho que nossos ganhos seriam mínimos", disse Miller.

A equipe do NIST planeja usar esse sistema para estudos futuros de outros vírus e microorganismos que os biólogos de laboratórios de alta segurança possam querer realizar.

“Quando o próximo vírus aparecer, ou qualquer patógeno no qual eles estejam interessados, tudo o que precisamos fazer é rolar o sistema de laser até lá, empurrar uma fibra para lá e eles a conectarão ao sistema de projetor”, disse Miller. . "Então agora estamos prontos para a próxima vez." + Explorar mais

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