Что такое ожэ-эффект и как он может помочь в борьбе с коронавирусом

Вот уже год весь мир борется с коронавирусом, но до победы пока далеко. Справиться с болезнью помогут слабые дозы радиации, утверждает коллектив ученых из России и Узбекистана. Как именно, «СР» объяснил один из авторов исследования, профессор Уральского федерального университета, руководитель научной лаборатории «Физика функциональных материалов углеродной микро- и оптоэлектроники» Анатолий Зацепин.

— Кому пришла в голову идея проверить, как радиация влияет на коронавирус?

— УрФУ давно сотрудничает с учеными из Узбекистана, в частности с научной группой профессора Бориса Оксенгендлера из Института лазерных и ионно-плазменных технологий в Ташкенте. Именно Оксенгендлер в первой половине прошлого года, когда началась пандемия COVID‑19, предложил идею использовать мягкое рентгеновское излучение для разрушения вирусов. Независимо от него примерно в то же время появились чисто эмпирические работы американских и канадских ученых по этой теме. Почему ученые задумались об этом? Радиация широко используется для стерилизации сельскохозяйственной продукции, продуктов питания, медицинских изделий и т. д. Ионизирующим излучением лечат рак. Профессор Оксенгендлер сформулировал основные требования для проверки идеи и предложил в совместной работе определить возможности реализации этой идеи в борьбе с вирусами.

— Почему именно вам? Что общего у лаборатории «Физика функциональных материалов углеродной микро- и оптоэлектроники» с вирусами?

— Тут несколько причин. Прежде всего, профессор Оксенгендлер — ​физик-теоретик и научный сотрудник нашей лаборатории уже много лет. С другой стороны, структура молекул полимеров, в частности линейно-цепочечного углерода, которым мы занимаемся и который представляет собой перспективный функциональный материал электроники и фотоники, очень похожа на структуру молекул РНК-содержащих вирусов, к ним относится и COVID‑19. И те и другие состоят из мономерных звеньев, соединенных в длинные цепочки. Мы знаем, что основным механизмом радиационной деструкции таких объектов является ионизационный оже-механизм. Он реализуется в несколько стадий: сначала ионизация глубоких электронных оболочек определенных атомов, потом оже-каскад с вовлечением валентных электронов до образования многозарядных положительных ионов, распад этой нестабильной группы ионов — ​кулоновский взрыв и далее стабилизация, деструкция всей структуры.

В совместной работе мы построили теоретическую модель процесса оже-деструкции молекулы РНК коронавируса. Это очень длинная молекула-цепочка, при попадании в клетку человека она вынуждена изгибаться, сильно деформироваться во многих участках. Мы показали, что можно найти слабые участки в этой цепи. Они обычно располагаются на изгибах. Где тонко, там и рвется. Воздействием слабого ионизирующего излучения можно разорвать эти ослабленные участки, уничтожив молекулу вируса, а здоровые клетки при этом не пострадают.

Теоретическая модель подтверждается экспериментальными данными, включая информацию из зарубежных источников. Надо сказать, что речь пока идет все же о модельных экспериментах, а не об опытах с животными. Впереди еще много работы, необходимо привлекать биологов, медиков. Но первые результаты обнадеживают. Кстати, мы думаем, что этим методом можно уничтожить не только COVID‑19, но и вообще все вирусы из группы РНК-содержащих. К ним относятся, например, вирусы, вызывающие лихорадку Эбола, полиомиелит, ВИЧ.

— Как, по-вашему, организовать лечение пациентов этим методом? Что-то похожее на флюорографию?

— Вариантов может быть много. Необязательно внешнее облучение. Современные нанотехнологии позволяют доставлять лекарства, в том числе радиофармпрепараты, к конкретному участку. В случае с коронавирусом препараты, обладающие требуемыми свойствами, достаточно вводить в малых количествах в кровеносную систему человека. Это только один пример. Но непосредственно методика лечения — ​уже вопрос не столько ко мне и моим коллегам-физикам, сколько к медикам. Я думаю, что ионизационный метод можно использовать и для профилактики. Допустим, симптомов заболевания у человека нет, но вирус в его организме уже поселился. Хорошо бы уничтожить вирус, чтобы человек сам не разболелся и других не заразил. Наш способ может стать еще одним приемом борьбы с распространением COVID‑19 наряду с вакцинацией. Вакцинация защищает от конкретного штамма, а вирусы мутируют. Недавно прочитал в СМИ, что у одной россиянки в организме обнаружили 18 штаммов коронавируса! Ионизационный оже-механизм универсален, ему безразлично, какой штамм, он уничтожает все.

— Когда ваш метод начнут применять в больницах и поликлиниках?

— Пока мы в начале пути. С точки зрения физики я никаких препятствий для внедрения методики не вижу. Сложнее с точки зрения медицины. В «Росатоме», конечно, знают, какую строгую проверку проходят новые препараты и способы лечения перед внедрением.

— Понадобится ли разрабатывать новое оборудование под эту методику?

— Думаю, понадобится. Для ионизационного метода уничтожения вируса требуется именно мягкое излучение, особенно если речь идет о профилактике. Уровень развития техники сейчас высокий, создать специальное оборудование не проблема, главное — ​разработать эффективный механизм и санитарные нормы.

ОЖЕ-ЭФФЕКТ

При воздействии рентгеновского излучения, облучении быстрыми электронами или ионами происходит ионизация атома с образованием вакансии в одной из внутренних электронных оболочек. Появление вакансии переводит атом в возбужденное состояние, энергия которого много больше потенциала ионизации атома. Релаксация возбуждения атома связана с заполнением исходной вакансии электроном из верхних оболочек, причем избыток энергии может быть либо излучен в виде фотона, либо передан другому электрону. Второй процесс и представляет собой оже-эффект. Он возможен при условии, что энергия, передаваемая электрону, превышает энергию, необходимую для отрыва данного электрона от атома.