چکیده

1- مقدمه بیش از از یکسال از همه‌گیری جهانی ویروس کرونای جدید موسوم به سندروم حاد تنفسی کروناویروس2 (SARS-CoV-2)، می‌گذرد و آمار مبتلایان و مرگ ومیر ناشی از آن در این مدت فراز و نشیب بسیار زیادی داشته است. گونه‌های مختلفی از این ویروس مانند گونه انگلیسی، برزیلی و هندی در جهان منتشر شده است که بر وحشت مردم جهان افزوده است. تلاش‌های زیادی تاکنون برای تولید واکسن به انجام رسیده است. نوعی از واکسن که به عنوان یکی از ایمن‌ترین واکسن‌ها شناخته می‌شود، واکسن توسعه‌یافته از ویروس‌های کشته یا غیرفعال‌شده است. در سال‌های متمادی از پرتو گاما برای غیرفعالسازی ویروس‌ها استفاده می‌کردند. اخیراً گزارش شده است که پرتو گاما به علت آسیب بالایی که به گلیکوپروتئین اسپایک ویروس وارد می‌کند، می‌تواند منجر به تحریک ویروس شود و در نتیجه آن جهش کرده و نسبت به سیستم ایمنی بدن مقاومت کند [1]. یک مطالعه شبیه‌سازی به روش مونت‌کارلو برتری ذرات سنگین را نسبت به تابش فوتونی در غیرفعال کردن ویروس کرونا نشان داده است [2]. در ادامه آن، مطالعه حاضر به کمک کد مونت‌کارلوی Geant4-DNA [3] به مقایسه‌ای بین ذرات باردار برای غیرفعال‌سازی SARS-CoV-2 پرداخته است. 2- روش انجام تحقیق 2-1- هندسه ویروس گلیکوپروتئین اسپایک (به ‌شکل تاج) به تعداد زیاد روی سطح خارجی ویروس قرار دارند و به عنوان عامل اتصال به سلول‌ میزبان در بدن انسان شناخته می‌شوند. لایه زیرین که به صورت پوسته کروی تعریف شده، غلاف (انولوپ ) نامیده می‌شود. یک لایه بعدی موسوم به نوکلئوکپسید وجود دارد که RNA ویروس درون آن قرار می‌گیرد. دو ساختار پروتئینی از سایت بانک داده‌ای پروتئین برای تعریف در هندسه به کار گرفته شدند: ساختار با شناسه 6vxx برای اسپایک و ساختار با شناسه 6vyo برای تعریف منطقه اتصال RNA با پروتئین نوکلئوکپسید. ابتدا یک پوسته کروی به شعاع nm 50 برای غلاف و یک کره با شعاع nm 40 برای کپسید ویروس شبیه‌سازی شد. پروتئین‌های اسپایک درون یک استوانه به شعاع nm 1/13 و ارتفاع nm 4/19 قرار گرفتند. صدوچهار اسپایک به طور متقارن روی محیط غلاف ویروس گرفتند. در مورد شبیه‌سازی RNA، تنها مناطق اتصالی به نوکلئوکپسید در نظر گرفته شد و به صورت کره‌هایی با شعاع nm 9/5 و به تعداد 60 عدد، به طور تصادفی درون کپسید ویروس تکثیر شدند. تعداد 104 اسپایک با توجه به مساحت سطح لایه خارجی ویروس و ابعاد استوانه‌های حامل پروتئین اسپایک حاصل شد و تعداد 60 پروتئین RNA نیز با کمک اطلاعات موجود در بانک داده پروتئین و با در نظرگرفتن طول ژنوم ویروس (29903 جفت-باز) محاسبه گردید. 2-2- چشمه تابش چهار ذره پروتون، آلفا، کربن-12 و آهن-56 که LET متفاوت دارند، به عنوان چشمه در نظر گرفته شدند. ذرات از یک چشمه سطحی از یک صفحه با شعاع nm 75 به سمت مدل ویروس گسیل می شوند. فضای خارج از ویروس تا شعاع nm 500 به عنوان محیط یخ در نظر گرفته شد. برای راحتی مقایسه انرژی‌های MeV 10، MeV 30 و MeV 80 برای ذرات پروتون و آلفا و سه انرژی MeV/n 25، MeV/n 80 و MeV/n 150 برای یون‌های کربن-12 و آهن-56 منظور گردید. ساختار هندسی و محل گسیل چشمه در شکل 1 نشان داده شده است. شکل 1: هندسه شبیه‌سازی‌شده در Geant4. مسیر ترابرد ذارت چشمه با پیکان در سمت چپ مشخص شده است. استوانه‌های حامل پروتئین اسپایک (قرمز رنگ) روی سطح ویروس توزیع یافته‌اند. 3- نتایج و بحث در جدول 1 تعداد پروتئین‌های اسپایک‌های آسیب‌دیده به ازای یک آسیب رسیده به RNA (DS/DR) برای هر ذره لیست شده است. این نسبت به آن دلیل اهمیت دارد که هرچه میزان اسپایک‌های آسیب‌دیده به ازای یک شکست RNA ناشی از عبور ذره کمتر باشد، آن ذره می‌تواند گزینه مناسب‌تری برای غیرفعالسازی ویروس معرفی شود. مقادیر LET با شبیه‌سازی در کد Geant4 حاصل شده‌اند. جدول 1: نسبت اسپایک‌های آسیب‌دیده به ازای یک شکست در RNA ذره اولیه انرژی LET DS/DR پروتون MeV 10 570/4 80/6 MeV 30 870/1 16/8 MeV 80 858/0 22/8 آلفا MeV 10 91/53 74/3 MeV 30 80/22 97/4 MeV 80 31/10 50/6 کربن-12 MeV/n 25 63/78 79/3 MeV/n 80 28/31 65/4 MeV/n 150 77/19 38/5 آهن-56 MeV/n 25 1466 61/1 MeV/n 80 6/588 41/2 MeV/n 150 7/370 55/2 منحنی‌های کسر بقای SARS-CoV-2 با این فرض که تنها یک آسیب رسیده به RNA می‌تواند ویروس را غیرفعال کند، به دست آمدند (شکل 2). تنها انرژی‌ای در نظر گرفته شد که طبق جدول 1 کمترین میزان DS/DR را به دست دهد. از آنجا که ویروس‌ها پس از پرتوگیری فرآیند ترمیم سلولی ندارند، طبق مدل قدیمی نظریه هدف [4] اگر تنها یک هدف برای غیرفعال‌سازی یک سلول کافی باشد، جمعیتی که متعاقب پرتوگیری زنده می‌مانند، طبق آمار پواسون برابر است با: S=exp⁡(-σF) (1) که در آن σ سطح مقطع غیرفعالسازی (احتمال یک شکست RNA) و F شارش ذرات اولیه است به که دز و LET وابسته است[2]. شکل 2: منحنی کسر بقای SARS-CoV-2 برای تابش‌های مختلف، به دست آمده از رابطه 1. بر اساس جدول 1، تعداد اسپایک‌های آسیب‌دیده به ازای یک شکست RNA با افزایش انرژی ذره اولیه، افزایش پیدا می‌کند. کمترین میزان نسبت DS/DR برای ذره آهن-56 برابر با 61/1 به دست آمد. این بدان معناست که همزمان به ازای هر شکست RNA، کمتر از دو اسپایک دچار آسیب می‌شوند. شکل 2 به خوبی نشان می‌دهد که تابش با LET بالا به میزان دز اشعه بیشتری نیاز دارد تا SARS-CoV-2 را غیرفعال کند. این با نتایج حاصل از شبیه‌سازی در مرجع [2] منطبق است. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که ذرات باردار سنگین می‌توانند جایگزین مناسبی به جای تابش فوتونی برای غیرفعال‌سازی SARS-CoV-2 باشند. هرچند به علت نیاز به حضور یک شتابدهنده ذرات، باید از لحاظ اقتصادی و بازدهی این مسأله مورد مطالعه بیشتری قرار بگیرد.

کليدواژه ها

ویروس کرونا، واکسن، مونت‌کارلو، SARS-CoV-2 ،Geant4-DNA

کد مقاله / لینک ثابت به این مقاله

برای لینک دهی به این مقاله، می توانید از لینک زیر استفاده نمایید. این لینک همیشه ثابت است :

نحوه استناد به مقاله

در صورتی که می خواهید در اثر پژوهشی خود به این مقاله ارجاع دهید، به سادگی می توانید از عبارت زیر در بخش منابع و مراجع استفاده نمایید:
صدیقه سینا , 1400 , مقایسه اثر ذرات باردار بر غیرفعال‌سازی SARS-CoV-2 با استفاده از شبیه‌سازی به روش مونت‌کارلو , ششمین کنفرانس(مجازی) سنجش و ایمنی پرتوهای یونساز و غیر یونساز