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El láser de pulso ultracorto reduce el trabajo de las superbacterias

by notiulti

S T. LOUIS, Missouri, 29 de noviembre de 2021 (ENS) – Los láseres que emiten pulsos de luz ultracortos pueden matar bacterias resistentes a múltiples fármacos como MRSA y E. coli, descubrieron investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis.

Las bacterias potencialmente mortales se están volviendo cada vez más resistentes a los antibióticos, lo que hace que la búsqueda de alternativas a los antibióticos sea un desafío urgente. Una posibilidad parece ser este tipo único de láser. No destruye todas esas bacterias, pero para algunas aplicaciones, los láseres de pulso ultracorto son justo lo que se necesita.

El estudio, en línea en el “Journal of Biophotonics”, abre la posibilidad de utilizar láseres de pulso ultracorto para destruir bacterias que son difíciles de matar por otros métodos.

El mismo grupo de investigadores había demostrado anteriormente que tales láseres no dañan las células humanas, lo que hace posible usar los láseres para esterilizar heridas o desinfectar productos sanguíneos.

“La tecnología láser de pulso ultracorto inactiva de forma única los patógenos mientras preserva las proteínas y células humanas”, dijo el primer autor Shaw-Wei “David” Tsen, MD, PhD, instructor de radiología en el Instituto de Radiología Mallinckrodt (MIR) de la Universidad de Washington.

“Imagínese si, antes de cerrar una herida quirúrgica, pudiéramos escanear un rayo láser a través del sitio y reducir aún más las posibilidades de infección. Puedo ver que esta tecnología se usará pronto para desinfectar productos biológicos in vitro, e incluso para tratar infecciones del torrente sanguíneo en el futuro, sometiendo a los pacientes a diálisis y pasando la sangre a través de un dispositivo de tratamiento con láser “.

Tsen y el autor principal Samuel Achilefu, PhD, profesor de radiología y director del Centro de Investigación Biofotónica del MIR, han estado explorando las propiedades germicidas de los láseres de pulso ultracorto durante años. Han demostrado que tales láseres pueden inactivar virus y bacterias comunes sin dañar las células humanas.

En el nuevo estudio, colaboraron con Shelley Haydel, PhD, profesora de microbiología en la Universidad Estatal de Arizona, ampliando su exploración a las bacterias resistentes a los antibióticos y las esporas bacterianas.

Los investigadores entrenaron sus láseres en Staphylococcus aureus multirresistente, MRSA, que puede causar infecciones peligrosas o incluso mortales de la piel, los pulmones y otros órganos.

En las instalaciones de atención médica, como hospitales y hogares de ancianos, los pacientes o residentes con más probabilidades de contraer una infección por MRSA son aquellos con otras afecciones que los enferman, según el Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades, CDC. Además, los pacientes de hospitales o hogares de ancianos que han sido tratados con antibióticos, tienen heridas o dispositivos médicos invasivos, como catéteres, o se someten a ciertos procedimientos como cirugía o diálisis, tienen más probabilidades de contraer una infección.

Los investigadores también trabajaron con Escherichia coli, E. coli, productora de betalactamasas de espectro extendido, un grupo grande y diverso de bacterias que se encuentran en el medio ambiente, los alimentos y los intestinos de personas y animales.

La mayoría de las cepas de E. coli son inofensivas, pero otras pueden causar infecciones del tracto urinario, diarrea, enfermedades respiratorias y neumonía y otras enfermedades.

MRSA y E. coli son tipos de bacterias completamente diferentes, de dos ramas distantes del reino bacteriano.

Los investigadores también investigaron las esporas de la bacteria Bacillus cereus, que causa intoxicación y deterioro de los alimentos. Las esporas de Bacillus pueden resistir la ebullición y la cocción.

En todos estos casos, los láseres de pulso ultracorto mataron a más del 99,9 por ciento de los organismos objetivo, reduciendo su número en más de 1.000 veces.

Cómo funciona

Los virus y las bacterias contienen estructuras de proteínas densamente empaquetadas que pueden ser excitadas por un láser de pulso ultracorto. El equipo de investigación de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington explica que el láser mata al hacer que estas estructuras de proteínas vibren hasta que se rompan algunos de sus enlaces moleculares.

Los extremos rotos se vuelven a unir rápidamente a lo que puedan encontrar, que en muchos casos no es a lo que se habían unido antes. El resultado es un lío de enlaces incorrectos dentro y entre las proteínas, y ese lío hace que la función normal de las proteínas en los microorganismos se detenga.

Pero pasar el láser de pulso ultracorto a través del tejido humano no crea un lío, no mata células humanas, han demostrado los investigadores.

“Anteriormente publicamos un artículo en el que mostramos que la potencia del láser es importante”, dijo Tsen. “Con una potencia láser determinada, inactivamos virus. A medida que aumenta la potencia, comienza a inactivar las bacterias. Pero se necesita una potencia incluso mayor que esa, y estamos hablando de órdenes de magnitud, para comenzar a matar células humanas. Por lo tanto, existe una ventana terapéutica en la que podemos ajustar los parámetros del láser de manera que podamos matar patógenos sin afectar las células humanas “.

El calor, la radiación y los productos químicos como la lejía son eficaces para esterilizar objetos, pero la mayoría de estos métodos son demasiado dañinos para ser utilizados en personas o productos biológicos. Al inactivar todo tipo de bacterias y virus sin dañar las células, los láseres de pulso ultracorto podrían proporcionar un nuevo enfoque para hacer que los hemoderivados y otros productos biológicos sean más seguros.

“Cualquier cosa derivada de fuentes humanas o animales podría estar contaminada con patógenos”, dijo Tsen. “Examinamos todos los productos sanguíneos antes de transfundirlos a los pacientes. El problema es que tenemos que saber qué estamos evaluando. Si surge un nuevo virus transmitido por la sangre, como lo hizo el VIH en los años 70 y 80, podría ingresar al suministro de sangre antes de que nos demos cuenta ”.

Tsen dijo: “Los láseres de pulso ultracorto podrían ser una forma de asegurarnos de que nuestro suministro de sangre esté libre de patógenos conocidos y desconocidos”.

Foto principal: Una ilustración médica de meticilina resistente, Staphylococcus aureus, MRSA, bacteria, presentado en los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades, CDC, publicación “Amenazas de resistencia a antibióticos en los Estados Unidos, 2019”.

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