I batteri pericolosi per la vita stanno diventando sempre più resistenti agli antibiotici, rendendo la ricerca di alternative ad essi una sfida sempre più ardua. Per alcune applicazioni, un’alternativa può essere un tipo speciale di laser. I ricercatori della Washington University School of Medicine di St. Louis hanno scoperto che i laser che emettono impulsi di luce ultracorti possono uccidere i batteri multiresistenti e le spore batteriche persistenti.
I risultati, disponibili online nel Journal of Biophotonics, aprono la possibilità di utilizzare tali laser per distruggere i batteri che sono difficili da uccidere con altri mezzi.
I ricercatori hanno precedentemente dimostrato che tali laser non danneggiano le cellule umane, rendendo possibile concepire l’utilizzo dei laser per sterilizzare le ferite o disinfettare i derivati del sangue.
“La tecnologia laser a impulsi ultracorti inattiva in modo unico gli agenti patogeni preservando le proteine e le cellule umane“. Commenta il primo autore Shaw-Wei (David) Tsen, MD, PhD, un istruttore di radiologia al Mallinckrodt Institute of Radiology (MIR) della Washington University.
“Immaginate se, prima di chiudere una ferita chirurgica, potessimo scansionare un raggio laser attraverso il punto e ridurre ulteriormente le possibilità di infezione. Immagino che questa tecnologia sarà presto usata per disinfettare prodotti biologici in vitro, e anche per trattare le infezioni del flusso sanguigno in futuro, mettendo i pazienti in dialisi e facendo passare il sangue attraverso un dispositivo di trattamento laser“.
I laser a impulsi ultracorti eliminano i batteri multiresistenti e le spore batteriche
Tsen e l’autore senior Samuel Achilefu, PhD, il Michel M. Ter-Pogossian Professor di Radiologia e direttore del MIR’s Biophotonics Research Center, hanno esplorato le proprietà germicide dei laser a impulsi ultracorti per anni. Hanno dimostrato che tali laser possono inattivare virus e batteri ordinari senza danneggiare le cellule umane.
Nel nuovo studio, hanno esteso la loro esplorazione a batteri resistenti agli antibiotici e spore batteriche. Indagine condotta in collaborazione con Shelley Haydel, PhD; professoressa di microbiologia all’Arizona State University.
I ricercatori hanno addestrato i loro laser sullo Staphylococcus aureus multiresistente (MRSA), che causa infezioni della pelle; e anche dei polmoni e di altri organi. E poi sull’Escherichia coli produttore di beta-lattamasi a spettro esteso (E. coli), che causa infezioni del tratto urinario, diarrea e infezioni delle ferite.
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A parte la loro capacità condivisa di rendere le persone malate, MRSA ed E. coli sono tipi di batteri molto diversi, che rappresentano due rami distanti del regno batterico. I ricercatori hanno anche esaminato le spore del batterio Bacillus cereus, che causa intossicazione alimentare e deterioramento del cibo. Le spore del Bacillus possono resistere alla bollitura e alla cottura.
In tutti i casi, i laser hanno ucciso più del 99,9% degli organismi bersaglio, riducendo il loro numero di più di 1.000 volte
Virus e batteri contengono strutture proteiche densamente imballate che possono essere stimolate da un laser a impulsi ultracorti. Il laser uccide facendo vibrare queste strutture proteiche finché alcuni dei loro legami molecolari si rompono. Le estremità rotte si ricollegano rapidamente a qualsiasi cosa possano trovare, che in molti casi non è ciò a cui erano state attaccate prima. Il risultato è un disordine di legami errati all’interno e tra le proteine, e questo caos fa sì che la normale funzione proteica nei microrganismi si arresti.
“Abbiamo precedentemente pubblicato un documento in cui abbiamo dimostrato che la tensione del laser è importante”; aggiunge Tsen. “Ad una certa potenza laser, stiamo inattivando i virus. Man mano che la pressione aumenta, i batteri iniziano ad inattivarsi”. Ma ci vuole un’ energia ancora più alta di questa, e stiamo parlando di ordini di grandezza, per iniziare a uccidere le cellule umane. Quindi c’è una finestra terapeutica in cui possiamo sintonizzare i parametri del laser in modo da poter uccidere gli agenti patogeni senza colpire le cellule umane”.
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Il calore, le radiazioni e i prodotti chimici come la candeggina sono efficaci per sterilizzare gli oggetti, ma la maggior parte sono troppo dannosi per essere usati su persone o prodotti biologici. Inattivando tutti i tipi di batteri e virus senza danneggiare le cellule, i laser a impulsi ultracorti potrebbero fornire un nuovo approccio per rendere più sicuri gli emoderivati e altri prodotti biologici.
“Qualsiasi cosa derivata da fonti umane o animali potrebbe essere contaminata da agenti patogeni”; conclude Tsen. “Noi controlliamo tutti gli emoderivati prima di sottoporli a trasfusione nei pazienti. Il problema è che dobbiamo sapere per cosa stiamo facendo lo screening. Se emerge un nuovo virus del sangue, come fece l’HIV negli anni ’70 e ’80, potrebbe introdursi nel sangue prima che ce ne accorgiamo”. I laser a impulsi ultracorti potrebbero essere un modo per assicurarsi che la nostra fornitura di sangue sia libera da agenti patogeni sia noti che sconosciuti”.
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