¿Podemos usar láseres para matar microbios? » ABC de la ciencia

La luz láser pulsada es tan poderosa que cuando se dispersa del objeto que golpea, induce poderosas vibraciones que pueden alterar las moléculas del objeto y otras cercanas. Esta investigación de vanguardia nos muestra nuevas formas de ayudarnos a eliminar los patógenos.

Alrededor de 3 millones de personas se infectan con microbios resistentes a los antibióticos cada año en los EE. UU. Tales infecciones son mucho más difíciles de tratar y se están volviendo cada vez más comunes. Dado que los antibióticos son cada vez menos útiles, necesitamos una alternativa para ayudar a las personas a luchar contra estos gérmenes difíciles de matar.

Los científicos están buscando otras formas de continuar la guerra interminable contra los microorganismos. ¡Uno de ellos podría incluso ser láseres!

¡Así es! Podría ser posible usar láseres para disparar gérmenes hasta matarlos.

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¿Qué son los láseres?

Primero, ¿sabía que la palabra ‘láser’ es en realidad un acrónimo? Significa amplificación de luz por emisión estimulada de radiación, un bocado. ¡Decir láser es definitivamente más fácil!

Experimento láser militar

Un láser es un haz de luz emitido por átomos o moléculas excitados. (Crédito de la foto: Fuerza Aérea de EE. UU./Wikimedia commons)

No soy físico, pero puedo dar los conceptos básicos sobre cómo funcionan los láseres. Solo necesita dar a los átomos algo de energía, más comúnmente golpeando un objeto, como un cristal, con algo de electricidad. Estos átomos intentan estabilizarse eliminando el exceso de energía, lo que hacen emitiendo fotones, conocidos simplemente como partículas de luz.

Sin embargo, los láseres básicos emiten luz continuamente siempre que haya una fuente de energía que excite sus átomos. Eso no es útil, a veces, ya que recibimos mucho calor no deseado del láser que puede calentar los materiales que toca. Los láseres deben modificarse para que no sigan emitiendo luz continuamente.

Los láseres se pueden modificar controlando el flujo de electricidad para que los átomos no emitan luz continuamente. Así es como obtenemos diferentes tipos de láser, que disparan ráfagas de luz en diferentes intervalos de tiempo. Uno de esos tipos de láser que nos interesa son los láseres de pulso ultracorto.

¿Qué son los láseres de pulso ultracorto?

Los láseres de pulso ultracorto son láseres que emiten una luz muy poderosa en ráfagas cortas en intervalos de tiempo extremadamente pequeños, generalmente al nivel de femtosegundos. ¡Un femtosegundo es la milmillonésima parte de un segundo!

Esta modificación hizo que los láseres fueran más potentes y fáciles de controlar. Nuevamente, no soy físico, así que tal vez este video lo ayude a comprender mejor los láseres normales y de pulso.

La esencia es que los láseres de pulso ultracorto emiten ráfagas de luz realmente poderosas. Es por este poder que podemos usar estos láseres para matar gérmenes, o mejor dicho, inactivarlos.

Un estudio reciente mostró que estos láseres podrían matar el 99,9 % de las bacterias resistentes a los antibióticos, las esporas bacterianas y los virus inactivados.

¿Cómo matan los gérmenes los láseres de pulso ultracorto?

Las partículas de luz viajan a ciertas frecuencias. Una vez que estas partículas golpean un objeto, se desvían o se dispersan, cambiando así la frecuencia.

Es como lanzar una pelota loca muy fuerte en una habitación pequeña. Rebotará en todo y se dispersará por todo el espacio.

Cuando estas partículas de luz pulsada golpean un objeto, se dispersa, un fenómeno conocido como dispersión Raman. La energía del láser rebota en cada objeto que golpea.

Aquí es donde entra en juego la potencia del láser. Esta luz láser pulsada es tan poderosa que cuando se dispersa del objeto que golpea, induce poderosas vibraciones que pueden alterar las moléculas del objeto y otras moléculas cercanas.

La vibración es lo suficientemente fuerte como para romper enlaces moleculares en biomoléculas, como proteínas y ADN. Entonces, si disparara a algunas bacterias con este láser, esencialmente descompondría sus proteínas a nivel molecular.

Similar a cómo vibra un diapasón cuando lo golpeas, las moléculas de proteína vibran después de ser golpeadas por el láser. Sin embargo, las proteínas no estaban destinadas a vibrar de forma poco natural, por lo que se rompen.

El láser también se puede utilizar para inactivar virus. Podemos disparar el láser a las partículas del virus y la energía electromagnética del láser polarizará o cargará las moléculas virales, al igual que sus proteínas. Esta energía hace que las proteínas sufran vibraciones activas Raman. Como resultado, los enlaces de hidrógeno que mantienen unidas a estas biomoléculas se romperán, lo que provocará daños estructurales en las proteínas.

las bacterias evitan el meme

La próxima misión imposible…. para microbios.

Dichos láseres tendrían tantos beneficios. Por ejemplo, después de un corte profundo, puede hacer brillar el láser de pulso ultracorto sobre la herida para matar cualquier bacteria a su alrededor, evitando así una infección.

¿El láser no matará también las células humanas?

El secreto de esta justa pregunta radica en el poder del láser. Existe una ventana terapéutica particular de energía láser que es segura de usar sin dañar nuestras células. Ese rango es de 1-10 GW/cm2.

Las células humanas no son como las células bacterianas o las partículas virales. Son más grandes, más complejos y están densamente empaquetados con todos sus orgánulos.

Si usáramos los láseres de pulso ultracorto a una potencia superior, sería perjudicial para nuestras células. Los virus requieren la menor cantidad de energía para la inactivación, debido a su tamaño increíblemente pequeño. Si usáramos un poco más de energía, el láser también mataría las células bacterianas. Si continuamos aumentando la potencia aún más, entonces las células humanas o de mamíferos podrían comenzar a verse afectadas.

¿De qué otra manera se pueden usar estos láseres?

La capacidad de matar microorganismos que tienen estos láseres ofrece varios usos. Además de disparar heridas para desinfectar el área, también podríamos desinfectar otras superficies materiales, hacer vacunas y tratar infecciones de la sangre. Por ejemplo, el equipo hospitalario, como los aparatos quirúrgicos, podría esterilizarse disparándolos con estos láseres.

Estos láseres incluso ayudan en la fabricación de vacunas, ya que ofrecen una forma más fácil de inactivar virus o bacterias. Por lo general, inactivamos los virus con productos químicos como el formaldehído, pero usar un láser sería mucho más eficiente en el tiempo y permitiría producir vacunas sin productos químicos.

Teóricamente, también es posible usar láseres para matar gérmenes transmitidos por la sangre. Por ejemplo, supongamos que una persona VIH positiva sin saberlo dona sangre. Quien reciba esta sangre no sabrá que tiene partículas de VIH, lo que podría suponer un riesgo. Sin embargo, pasar la sangre a través de estos láseres inactivaría las partículas del virus, haciendo que la sangre sea segura de usar.

PARA ALPA: Insertar imagen aquí (Pie de foto: el esquema que muestra cómo se pueden usar los láseres para limpiar productos sanguíneos)

¡El futuro parece brillante con estos láseres en la mano!

Una palabra final

Esta tecnología láser existe desde hace algunas décadas, pero aún no hemos comenzado a aplicarla con fines prácticos. Sin embargo, los usos potenciales son la esterilización de productos sanguíneos o productos farmacéuticos y la fabricación de vacunas inactivadas libres de químicos.

Actualmente, los rayos UV u otras formas de radiación se aplican para esterilizar productos sanguíneos y productos farmacéuticos. Sin embargo, siempre existe el riesgo de dañar la sangre también. Los rayos UV no pueden matar selectivamente las células, a diferencia de los láseres de pulso ultracorto. La radiación es una gran herramienta para esterilizar objetos no vivos, pero no es seguro usarla en personas o productos biológicos.

Los investigadores están realizando estudios para probar la eficacia con la que estos láseres pueden matar bacterias, hongos, sus esporas y virus en diferentes entornos. Si se descubre que son efectivos, incluso podrían usarse en la industria alimentaria para inhibir el crecimiento microbiano y mejorar la vida útil de los alimentos.

Todavía se deben resolver algunos ajustes, como el nivel de potencia óptimo y la duración de la exposición. Dentro de unos años, podemos esperar ver esta tecnología implementada en nuestras vidas.

Con el aumento de la resistencia a los antibióticos, que hace que algunos medicamentos sean casi inútiles, necesitábamos métodos físicos para combatir los microorganismos. No es que los gérmenes puedan desarrollar resistencia al láser, ya que no se conocen procesos biológicos naturales que puedan usarse para defenderse de los láseres.

Aunque, con respecto a la fabricación de vacunas, se necesita más investigación para ver qué tan efectivas serán. Tendríamos que ver en detalle qué tan buenos serían los virus inactivados con láser para provocar respuestas inmunes.

¡Por ahora, estos rayos microbianos de la muerte nos brindan una forma ecológica, libre de químicos y no invasiva de matar microbios de manera selectiva!

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