Защитники от заразы: российские ученые изобрели «шлем для легких» от «короны» и экспресс-тесты на «ковид» в домашних условиях

Коронавирусы – семейство вирусов, включающее в себя более 43 видов, которые поражают как птиц и земноводных, так и млекопитающих, включая человека. Название вируса тесно связано с его строением – шарик, окруженный отростками в виде шипов, которые отчетливо напоминают корону. Самым опасным оказался вирус SARS-CoV-2, который в сложных формах может вызывать острую респираторную инфекцию COVID-19. Именно он стал причиной мировой пандемии, вынудив весь мир закрыться на самоизоляцию и карантин.

Хронология распространения коронавируса

В декабре 2019 года в местной больнице китайского города Ухань обнаружили нескольких пациентов, которые заразились пневмонией с неизвестным происхождением. Анализы показали наличие нуклеиновой кислоты. Их всех связывал поход на уханьский оптовый рынок животных и морепродуктов Хуанань. Это место официально считается очагом вспышки коронавирусной инфекции COVID-19. 1 декабря 2019 года в стране был зарегистрирован первый случай заражения коронавирусной инфекцией, а вспышки болезни начались уже спустя месяц. Весь Китай сел на жесткий карантин, но уже во второй половине марта 2020 года власти объявили, что материковый Китай справился со вспышкой ковида – 19-20 марта в стране не было зарегистрировано ни одного нового случая заражения. Официально, по данным на декабрь 2021 года, количество заболевших в Китае превысило 99 тысяч человек, погибло более 4,5 тысяч.

После Китая, основным очагом распространения COVID-19 стала Европа. Самым крупным центром инфицирования – Италия. Уже на 16 марта в стране насчитывалось более 25 тысяч случаев заражения, а число жертв превысило 1,8 тысяч. Испания оказалась на втором месте. Тысячи и тысячи случаев были обнаружены во Франции и в Германии, а 16 марта общее число зараженных коронавирусом за пределами Китая достигло более 88 тысяч. 16 марта объявили, что Шенгенская зона и Евросоюз закрываются на въезд, предварительно на 30 дней, однако со второй половины марта ситуация усугубилась. В Италии и Испании сегодня зарегистрировано более 5 миллионов случаев заражений и более 134 и 88 тысячи смертельных исходов соответственно. Франция и Германия зарегистрировали более 8 и 6 миллионов случаев заражений и потеряли более 220 тысяч человек.

Примерно в то же время вспышка пандемии произошла в США – 24 марта ВОЗ назвала эту страну главным очагом ковида. 4 апреля США побили все рекорды по числу заражений – более 277 тысяч человек, обогнав Италию и Китай. На декабрь 2021 в США зарегистрировано более 50,5 миллионов случаев ковида и более 815 тысяч смертей.

31 января в России впервые выявили два случая коронавирусной инфекции. Зараженными были два гражданина КНР с легкой формой заболевания. 20 февраля был введен запрет на въезд на территорию России граждан из Китая, 11 марта начали вводить серьезные ограничения на авиасообщение с Европой, а 30 марта и вовсе закрыли границы для въезда: как для иностранцев, так и для россиян. Всего на декабрь 2021 в России было заражено более 9,7 миллионов человек, погибло – более 280 тысяч.

Откуда пришел современный ковид?

Если источником атипичной пневмонии SARS-CoV были циветы, ближневосточного респираторного синдрома MERS-CoV – одногорбые верблюды, то источником нынешнего SARS-CoV-2 тоже может быть какое-то животное. Генетический анализ вируса выявил, что новый вирус похож на те, которые распространены среди подковоносых летучих мышей. РНК их образцов на 96% совпадала с РНК вируса, который находили ранее у азиатских особей. Тем более, что на 79,5% вирус похож на атипичную пневмонию, которая началась в Китае в 2002 году.

Еще одна версия гласит, что нынешний коронавирус стал следствием гомологичной рекомбинации между коронавирусом летучей мыши и коронавирусом китайских змей, которые продавали на рынке в Ухане в качестве пищи. Это был так называемый обмен нуклеотидными последовательностями между двумя похожими или одинаковыми хромосомами организмов. Происходит такое, когда существует риск повреждения двух- или однонитевых ДНК.

Сторонники теорий заговоров считают, что вирус имеет искусственное происхождение в ходе экспериментов по созданию биологического оружия в китайской лаборатории в Ухане, которая находилась рядом с тем самым рынком. Некоторые утверждают, что вирус могли завезти из других стран. Ученые из ВОЗ призывают не распространять дезинформацию и полагаться только на научные обоснования происхождения коронавируса COVID-19. Они полагают, что вирус с большей вероятностью имеет природное происхождение.

Симптомы и последствия коронавируса

COVID-19 – острое респираторное вирусное заболевание, которое может протекать как в легкой, так и в тяжелой формах, передающееся воздушно-капельным путем через вдыхание распыленных капель вируса, а также через попадание вируса на поверхности с занесением в рот, глаза и нос. Оно может поражать различные внутренние органы напрямую или вследствие иммунного ответа организма.

К симптомам, которые чаще всего связаны с коронавирусом, относят повышенную температуру тела, утомляемость, сухой кашель, тяжесть в груди, отсутствие вкусов и запахов, а также ломоту и боли в суставах, конечностях и спине.

Самые частые осложнения после «короны»: вирусная пневмония и острая дыхательная недостаточность, после которых необходимы кислородная терапия и респираторная поддержка. Частыми осложнениями считаются и полиорганная недостаточность, то есть неспособность органов поддерживать жизнеобеспечение организма, септический шок, вызванный нарушением кровообращения, и закупорка вен тромбами.

Страшно представить

Грачья Сагателян – молодой оператор, много лет работал по профессии. Его семья заболела 6 апреля 2020 года, несмотря на то, что сидела дома и не ходила на работу. Они были уверены – это коронавирус, так как симптомы совпадали. Тридцатилетний Грачья чувствовал себя хуже всех: ему четыре раза вызывали скорую. Фельдшеры после каждого посещения вкалывали жаропонижающие, разводили руками и отказывались забирать его в больницу, ссылаясь на обычную ангину. Врачи советовали отлежаться и пить больше жидкости. 11 апреля семья уже в пятый раз позвонила по номеру 112 и буквально заставила фельдшеров забрать парня в больницу. Грачья все-таки забрали, но на следующий день семье сообщили, что молодой человек умер. Тетя Грачьи, Ивета, рассказывает, что в больнице у парня поднялся сахар, что невозможно было представить, так как сахарным диабетом он не болел. Врачи вкололи ему порцию глюкозы, но он все равно умер от сахарной комы. Сделанный только в пятый раз тест на коронавирус оказался положительным.

В Мордовии в республиканской клинической больнице имени С.В. Каткова работал врач-инфекционист по имени Николай Лобачев. 4 июля 2020 года сообщили, что каждый день сражавшийся за пациентов Николай умер прямо в больнице. Причиной смерти стала коронавирусная пневмония. Инфекция была подтверждена при жизни, а летальный случай занесли в федеральную статистику. Это был не единственный случай заражения и смерти врача на рабочем месте – ежедневно по всей России появлялись новости о том, как смело сражаются с болезнью врачи и чем они жертвуют ради спасения других. В Петербурге на Малой Садовой улице создали «Стену памяти» в честь погибших во время борьбы с пандемией медиков.

На передовой: шлем для легких и экспресс-тест в помощь

Чтобы предотвратить страшные осложнения, которые возникают при коронавирусной инфекции, одних ограничительных мер, перчаток, масок и вакцин может не хватить. Гарантий нет, так как все очень индивидуально у каждого отдельно взятого человека. Именно поэтому ученые по всему миру стараются создавать способы, которые помогут максимально уберечь от заражения или переноса ковида.

Так, российские ученые из Пермского политехнического университета, например, создали модель экспресс-теста на коронавирус, который можно легко сделать в домашних условиях, определив около 12 видов коронавирусов, в том числе и новых мутаций.

По причине того, что вирусы достаточно быстро адаптируются к внешней среде, важно ускорить процесс обнаружения инфекционного заболевания «здесь и сейчас». Такой прибор и разработали исследователи: тест буквально за пять минут сможет дать четкий ответ о наличии инфекции в организме человека. Доктор технических наук Сергей Костарев уверен, что такая скорость в разы сократит распространение инфекции и поможет быстро определить конкретные действия в той или иной ситуации. Главной идеей такого устройства было сделать его простым в использовании для любого человека.

Для определения наличия инфекции берется кровь или слюна, которая отправляется в специальный контейнер. В нем расположен щуп или стержень из нитроцеллюлозной мембраны. Она обладает связывающими свойствами для анализа белков и нуклеиновых кислот, из которых состоит вирус SARS-CoV-2. Именно в этой мембране будут содержаться антитела коронавируса, белки, которые вырабатываются иммунной системой в ответ на проникшую в организм инфекцию. В течение нескольких минут происходит реакция, в результате которой образуется комплекс «антиген-антитело». Такая реакция протекает в две фазы: первая соединяет антитело и антиген, а вторая визуально – от голубого до синего цветов – показывает результат. Таким образом, человек может узнать, есть у него коронавирус или нет, а также проследить за наличием антител или фактом перенесенного заболевания. В устройстве даже предусмотрели автоматическую дезинфекцию. Чтобы использовать устройство многократно, нужно будет просто заменять щупы.

Сегодня этот прибор существует в виде математической модели, которая была проверена в программной среде. Результаты показали, что тестирования проходят без ошибок. Ученым из Пермского политеха помогали коллеги из Пермского аграрно-технологического университета, которые разрабатывали биологическую часть проекта.

Ученые уже приступили к созданию прибора. Он будет похож на бытовой тонометр стоимостью около пяти тысяч рублей. Сроки создания планируются конец 2021 – начало 2022 года. Для того, чтобы запустить проект, им необходимо финансирование в размере около миллиона рублей и получение белков коронавируса и их антител в реальном виде.

В то же самое время коллеги из Волгоградского государственного медицинского университета не отставали и презентовали устройство, которое защитит дыхательные пути от проникновения коронавируса. Изначально работу по созданию «шлема для легких» вели в связи с избавлением от сезонной аллергии на пыльцу. Коронавирус же внес свои коррективы и заставил ученых ускорить процесс создания изобретения.

Результатом плодотворной работы стал универсальный шлем под названием «Венец 34», который может предотвратить заражение коронавирусом врачей, контактирующих с больными. Главной целью специалистов было создать устройство, которое бы не оказывало большую нагрузку на шейные позвонки и одновременно защищали врачей от воздушно-капельной передачи инфекции. Изучив модели мотоциклетных шлемов, они сделали вывод, что нельзя делать головной убор тяжелее 1,7 кг.

Модель, напечатанная на 3D принтере, представляет собой парапластовый шлем с прозрачными стенками и коробочкой на голове. В этой коробочке находится фильтр для очистки воздуха и аккумуляторы для питания прибора. Фильтр способен удержать на себе 98% пыли, а аккумуляторы рассчитаны на 11 часов работы при весе устройства менее полутора килограмм. Батарея для такого количества времени будет весить примерно 250 грамм, а работа на 3-5 часов будет «весить» всего 60-70 грамм. Также в шлеме есть вентилятор – он не позволяет стеклу запотевать. Размеры устройства рассчитаны на среднюю голову, но могут достаточно просто регулироваться.

В результате вентилятор всасывает воздух, подает его через диффузор сверху и обеспечивает «выдувание» вирусов из купола. Так, человек дышит очищенным воздухом, не страдая от дискомфорта, как, скажем, в противогазе или обычной маске. Шлем также не контактирует с кожей, чтобы не вызывать раздражения.

Конечно, ученые пока представили лишь прототип своего изобретения. После массового производства он будет отличаться своим внешним видом, тогда как устройство не изменится. Разработчики считают, что в магазинах такой шлем можно будет купить за 1 000 – 1 500 рублей, причем в разных комплектациях. Шлем будут изготавливаться для бытовых нужд, более усовершенствованными для врачей и даже с вип-комплектацией в виде ингалирования, с увлажнителем и прочими инновациями. Прибор смогут приобрести все желающие.

Авторы отправили заявку на патент и начали искать возможность для серийного выпуска «Венца», а недавно коллектив разработчиков выиграл грант на проведение фармакологических исследований.