Un team internazionale di ricercatori sta esortando scienziati fisici e ingegneri a unirsi alla lotta contro la nuova pandemia di coronavirus (COVID-19), e contribuire alla creazione a lungo termine di conoscenze e tecnologie per le malattie respiratorie infettive in generale.

Guidato da Jiaxing Huang della Northwestern University, il team ha scritto un articolo prospettico pubblicato ieri (8 aprile) sulla rivista ACS Nano .

"La sanità pubblica e gli operatori sanitari sono in prima linea per contenere e mitigare la diffusione di questa malattia, " scrivono i ricercatori. "Sebbene l'intervento di risposte biologiche e immunologiche contro l'infezione virale possa sembrare lontano dalle scienze fisiche e dall'ingegneria che tipicamente lavorano con oggetti inanimati, in realtà c'è molto che può e deve essere fatto per aiutare in una crisi globale come questa".

L'ansia ha scatenato l'azione

La prima ansia di Huang per l'epidemia iniziale di coronavirus lo ha ispirato a guidare l'invito all'azione. Sentendosi confuso e impotente, ha affrontato studiando libri di testo e letteratura medica sui virus respiratori.

"Questo esercizio ha generato molte domande e idee, e ho capito che gli scienziati fisici e gli ingegneri potevano fare molto per aiutare, " disse Huang, un professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la McCormick School of Engineering della Northwestern. "Dopotutto, prima che i virus vengano rilevati da una persona, la trasmissione e la diffusione avvengono nello spazio fisico e nel mondo materiale."

I primi sforzi di Huang hanno motivato Haiyue Huang, uno studente laureato nel suo laboratorio alla Northwestern, di unirsi a lui per condurre una lettura intensiva, analisi e brainstorming.

"Intellettualmente, è stato un periodo molto stimolante, " ha detto. "Sono rimasta stupita dal modo in cui le nostre intuizioni fisiche - e talvolta supposizioni selvagge - possono connettersi con le osservazioni nella letteratura medica".

La soluzione riceve la sovvenzione NSF RAPID

I due per primi hanno redatto l'invito all'azione per scienziati fisici e ingegneri, e ne ha incorporato parte in un white paper alla National Science Foundation (NSF).

"L'NSF è in una posizione perfetta per radunare scienziati fisici e ingegneri per affrontare le sfide associate a una crisi come COVID-19, " disse Huang, "Ho ricevuto un caloroso incoraggiamento dalla divisione della ricerca sui materiali, e casualmente, NSF ha rapidamente pubblicato un invito a presentare proposte attraverso il suo meccanismo RAPID.

Il laboratorio di Huang ha ricevuto una sovvenzione RAPID, e Haiyue Huang è diventato uno dei ricercatori "essenziali" designati che lavorano 24 ore su 24 per esplorare un metodo di modulazione chimica su maschera in grado di ridurre l'infettività delle goccioline respiratorie cariche di virus.

Costruire connessioni in tutto il mondo

Per convalidare le loro ipotesi e idee, Huang si è consultato con un team di ricercatori biomedici e medici in prima linea in Cina per comprendere i problemi che hanno incontrato nella loro battaglia contro COVID-19, e per perfezionare ulteriormente le strategie. Dottor Xin Zheng, un'alunna del nord-ovest, e attualmente professore e medico a Wuhan, Cina, ha risposto rapidamente alla chiamata di Huang. Agli albori del COVID-19, era stata sconcertata sulle caratteristiche e sui comportamenti inaspettati del virus.

"Eravamo sotto pressione estremamente alta in quei giorni, ma abbiamo scelto di combattere questo virus, " Zheng ha detto. "Essendo medici, tutti qui sono soldati in questa battaglia."

Zheng è il direttore del Dipartimento di Malattie Infettive presso l'Union Hospital di Wuhan, che è affiliato con la Huazhong University of Science and Technology. Ha detto che gli scienziati fisici e gli ingegneri possono concentrarsi su tre elementi chiave:bloccare la fonte dei virus, spezzare la catena della diffusione e proteggere le popolazioni più vulnerabili.

"Indossiamo tutti i dispositivi di protezione individuale ogni giorno, " ha aggiunto. "Sappiamo che c'è molto spazio per miglioramenti da parte di scienziati fisici e ingegneri".

Aree di opportunità

Nell'articolo in prospettiva, i ricercatori delineano le aree in cui scienziati e ingegneri potrebbero aiutare:

• Inserire nuove barriere lungo i percorsi di infezione basate sulle scienze fisiche e sull'ingegneria;
• "Inquinare" le goccioline respiratorie esalate con composti antivirali, ridurre la vitalità del virus alla fonte;
• Progetta superfici sensibili agli stimoli per accelerare l'inattivazione dei virus depositati sulle maniglie delle porte, schermi tattili, controsoffitti, e altre aree all'interno di ospedali e case;
• Rendere più efficaci i dispositivi di protezione individuale (DPI), compresi occhiali che non si appannano e maschere e tute che non causano reazioni allergiche o accelerano l'affaticamento dei medici in prima linea, che sono già sottoposti a un tremendo stress;
• Inventa DPI intelligenti con protezione potenziata, funzioni di comunicazione e monitoraggio per i clinici che lavorano nelle situazioni più pericolose;
• Sviluppare materiali degradabili e approcci più sostenibili per trattare in sicurezza i rifiuti di DPI in plastica;
• Pensa in anticipo all'elevata produttività, produzione riconfigurabile e flessibile in grado di gestire l'impennata esplosiva della domanda di forniture mediche critiche;
• Sviluppare sistemi di test distribuiti con un rapido turnaround di campione-in-risultato, e rapida acquisizione automatica dei dati per meglio attrezzare gli operatori della sanità pubblica e i responsabili politici per prendere decisioni più rapide e accurate;
• Sviluppare nuovi sistemi modello per comprendere meglio come si trasmettono i virus, si diffondono e interagiscono fisicamente con l'ambiente circostante.

Gli autori sottolineano che i ricercatori possono ancora contribuire anche se hanno poca o nessuna esperienza con le malattie infettive. Questo messaggio risuonava con Hua-Li Nie, un'altra alunna nordoccidentale del gruppo di Huang, e attualmente professore associato presso la Donghua University di Shanghai.

"Quando sono stato contattato dal professor Huang, chi è il mio ex consigliere, Ero bloccato a casa in quel momento". Nie ha detto. "Il mio campo non è direttamente correlato alle malattie infettive. Ma ero incuriosito dal suggerimento del professor Huang, e ho iniziato a studiare gli argomenti. Presto ho capito che c'erano cose che potevo fare per aiutare, pure. Infine, siamo stati in grado di connetterci ad alcuni medici in prima linea tramite amici dei miei amici e condurre discussioni significative da remoto."

Preparazione proattiva

A nordovest, Huang ha già incoraggiato gli studenti della sua lezione di Conducting Polymers lo scorso trimestre invernale a pensare a come contribuire.

"Voglio che gli studenti di ingegneria siano proattivi e pensino a cosa possono fare per aiutare la società, " disse Huang, "Haiyue era il mio assistente di insegnamento in quel corso, quindi ha supervisionato due studenti per dimostrare un concetto di igienizzazione delle maschere facciali mediante elettroriscaldamento attraverso un rivestimento polimerico conduttivo.

"Crisi come la pandemia di COVID-19 trascendono ogni tipo di confine, " disse Huang, "Spero di vedere le persone rompere i confini e lavorare insieme per creare soluzioni".