Cientistas estão buscando as melhores lâmpadas UV para eliminar coronavírus

A colaboração de pesquisa entre o NIST e o DHS revela quais comprimentos de onda da luz ultravioleta são mais eficazes para desinfetar o vírus do COVID-19. Para desinfetar uma superfície, você pode expô-la à luz ultravioleta (UV), que tem um comprimento de onda mais curto que a luz azul visível. Mas para inativar especificamente o SARS-CoV-2 (o vírus que causa o COVID-19), qual comprimento de onda é o melhor? E quanta radiação é suficiente?

Para responder a essas perguntas, os cientistas devem superar dois grandes obstáculos. Primeiro, eles precisam separar completamente o vírus de substâncias irrelevantes no ambiente. Segundo, eles devem irradiar o vírus com luz ultravioleta de um único comprimento de onda por vez, minimizando as alterações na configuração experimental entre os testes.

Um estudo recente superou ambos os obstáculos, concluindo o que pode ser o teste mais abrangente até hoje sobre como vários comprimentos de onda diferentes de luz ultravioleta e visível afetam o SARS-CoV-2. Este estudo foi uma colaboração 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 (DHS).

Em um novo artigo publicado recentemente na revista Applied Optics, os colaboradores descrevem um sistema inovador que projeta luz de comprimento de onda único em amostras do vírus COVID-19 em um laboratório seguro. O laboratório é classificado como Nível de Biossegurança 3 (BSL-3) e foi projetado para estudar microrganismos que podem ser fatais se inalados. Seus experimentos testaram mais comprimentos de onda de luz ultravioleta e visível do que qualquer outro estudo sobre o vírus que causa o COVID-19 até o momento.

Fotos da configuração. Esquerda: Close-up do interior da caixa contendo o sistema de acoplamento laser para fibra. Centro: Sistema laser no corredor fora da porta do BSL-3. Direita: Close-up da configuração experimental dentro do BSL-3, incluindo a sala onde as amostras de SARS-CoV-2 são colocadas. Fonte: NIST

Então, o SARS-CoV-2 tem alguma fraqueza especial? Acontece que não realmente. O vírus SARS-CoV-2 é suscetível à luz UV nos mesmos comprimentos de onda que outros vírus, como os que causam a gripe. Os comprimentos de onda mais eficazes estão na faixa "UVC", entre 222 e 280 nanômetros (nm). A luz UVC (faixa completa de 200 a 280 nm) tem comprimentos de onda mais curtos do que a luz UVB (280 a 315 nm), que causa queimaduras solares.

Os cientistas também demonstraram que o ambiente circundante pode proteger os vírus. Nos experimentos, a dose de UV necessária quando os vírus eram colocados em água pura era menor do que quando eram colocados em saliva simulada, que contém sais, proteínas e outras substâncias encontradas na saliva humana real. Suspender os vírus em saliva simulada cria um cenário semelhante às situações do mundo real envolvendo espirros e tosse . Esse detalhe pode tornar os achados mais diretamente informativos do que os de estudos anteriores.

Michael Schuit, do NBACC, disse: "Acho que uma grande contribuição deste estudo é que conseguimos mostrar que os resultados idealizados que vemos na maioria dos estudos nem sempre preveem o que acontece em condições mais realistas. Quando há substâncias como saliva simulada ao redor dos vírus, isso pode reduzir a eficácia dos métodos de purificação por UV."

Fabricantes e órgãos reguladores de equipamentos de desinfecção UV podem utilizar esses resultados para ajudar a determinar por quanto tempo as superfícies em instalações de saúde, veículos de transporte e até líquidos devem ser irradiados para alcançar a inativação do vírus SARS-CoV-2.

"Há agora um grande impulso para levar a desinfecção por UV para o ambiente comercial", diz o pesquisador do NIST Cameron Miller. "A longo prazo, espera-se que esta pesquisa leve a padrões e outros métodos para medir a dose de UV necessária para inativar o SARS-CoV-2 e outros vírus nocivos."

Este projeto baseia-se no trabalho anterior da equipe do NIST e de outro colaborador sobre a inativação de microrganismos na água.

Dependendo do comprimento de onda, a luz ultravioleta danifica os patógenos de diferentes maneiras. Alguns comprimentos de onda podem destruir o RNA ou o DNA dos microrganismos, tornando-os incapazes de se replicar. Outros comprimentos de onda podem decompor as proteínas, destruindo o próprio vírus.

Embora a capacidade de desinfecção da luz ultravioleta seja conhecida há mais de um século, a pesquisa sobre desinfecção UV teve um crescimento explosivo na última década. Uma das razões é que as fontes tradicionais de luz UV às vezes contêm substâncias tóxicas, como o mercúrio. Recentemente, o uso de lâmpadas LED não tóxicas como fontes de luz UV tem aliviado algumas dessas preocupações.

Neste estudo, os colaboradores do NIST trabalharam com biólogos do NBACC, cuja pesquisa serve de referência para programas de biodefesa contra ameaças biológicas, como o antraz e o vírus Ebola.

"O que o NBACC pode fazer é cultivar o vírus, concentrá-lo e remover tudo o mais", disse Miller. "Estamos tentando obter uma mensagem clara sobre quanta luz precisamos para inativar o vírus SARS-CoV-2."

Neste estudo, a equipe testou o vírus em diferentes suspensões. Além de usar um simulante de saliva, os cientistas também colocaram o vírus na água para ver o que aconteceria em um ambiente "puro". Eles testaram as suspensões virais como líquidos e como gotículas secas em superfícies de aço, representando outras substâncias que uma pessoa infectada poderia produzir ao espirrar ou tossir.

O trabalho do NIST envolve expor amostras à luz ultravioleta de lasers. Eles estão buscando a dose necessária para eliminar 90% dos vírus.

Com este dispositivo, o projeto colaborativo pode medir as respostas virais a 16 comprimentos de onda diferentes, variando desde o extremo inferior da luz ultravioleta, ou seja, 222 nm, até a parte média do espectro visível, ou seja, 488 nm. Os pesquisadores incluíram comprimentos de onda mais longos porque algumas luzes azuis foram comprovadas como tendo propriedades desinfetantes.

Iluminar uma amostra com laser em um laboratório seguro não é tarefa fácil. Pesquisadores em laboratórios de nível de biossegurança 3 (BSL-3) usam macacões especiais e capuzes com respiradores. Para sair do laboratório, é necessário tomar um banho demorado antes de vestir roupas casuais.

Equipamentos caros, como lasers, também terão que passar por um procedimento de desinfecção bastante rigoroso.

"É como uma porta de mão única", disse Miller. "Qualquer coisa que saia do laboratório deve ser incinerada, esterilizada em autoclave [esterilização por calor] ou desinfetada quimicamente com vapor de peróxido de hidrogênio. Portanto, levar nosso laser de US$ 120.000 para dentro não era uma opção que queríamos usar."

Em contraste, os pesquisadores do NIST projetaram um sistema que coloca o laser e alguns componentes ópticos no corredor fora do laboratório. Eles transmitem a luz através de um cabo de fibra óptica de 4 metros de comprimento até um ponto selado sob a porta do laboratório. A pressão negativa faz com que o ar flua do corredor para o laboratório, impedindo que quaisquer materiais vazem de volta para o laboratório.

Visão geral da configuração dos pesquisadores. O laser é colocado em um corredor fora do laboratório. Uma fibra óptica direciona o laser através de uma abertura sob a porta para a sala onde as amostras de SARS-CoV-2 estão localizadas.

Este laser gera apenas um comprimento de onda por vez e é totalmente ajustável, permitindo que os pesquisadores produzam qualquer comprimento de onda desejado. No entanto, como o ângulo de curvatura da luz depende do seu comprimento de onda, eles precisam criar um sistema de prismas para ajustar o ângulo em que a luz entra na fibra óptica para um alinhamento correto. Alterar o ângulo de exportação requer girar manualmente um botão criado por eles para ajustar a posição do prisma. Eles buscaram tornar esse processo o mais simples possível, com o mínimo de partes móveis.

Schuit disse: "O dispositivo concebido pela equipe do NIST nos permite testar rapidamente uma ampla gama de diferentes comprimentos de onda, todos dentro de faixas altamente controladas e precisas. Se tentássemos testar a mesma quantidade de comprimentos de onda sem esse sistema, teríamos que depurar uma série de equipamentos de tipos diferentes, cada um produzindo faixas de larguras variadas. Eles exigiriam configurações diferentes, introduzindo muitas variáveis adicionais."

A manipulação da luz requer espelhos e lentes, mas os pesquisadores os utilizam o mínimo possível no projeto, pois cada um causa uma perda de intensidade UV.

Para materiais que exigem direcionar a luz das fibras ópticas para amostras de vírus no laboratório, a equipe tentou usar componentes baratos. "Nós imprimimos em 3D muitas coisas", disse Steve Grantham, físico do NIST, que, juntamente com Thomas Larason do NIST, foi um membro-chave da equipe. "Portanto, nada é realmente caro e, se não o usarmos mais, não é um grande problema."

Até mesmo a comunicação entre a área do laser e o interior do laboratório era difícil, pois as pessoas não podiam entrar ou sair à vontade, então eles adotaram um sistema de intercomunicação com fio.

Miller disse que, apesar desses desafios, o sistema funcionou surpreendentemente bem, especialmente considerando que eles tiveram apenas alguns meses para montá-lo. "Há algumas áreas que poderíamos melhorar", disse Miller, "mas acho que nossos ganhos seriam mínimos."

A equipe do NIST planeja usar este sistema para futuros estudos de outros vírus e microrganismos que os biólogos em laboratórios de alta segurança possam desejar investigar.

Miller disse: "Quando o próximo vírus aparecer, ou qualquer patógeno de interesse deles, tudo o que precisamos fazer é levar o sistema laser até lá, instalar uma fibra óptica e eles a conectarão ao seu sistema de projeção. Portanto, agora estamos prontos para a próxima vez."

Este trabalho foi parcialmente financiado pela Diretoria de Ciência e Tecnologia do Departamento de Segurança Interna.

Fonte: cnBeta