¿Podemos usar láseres para matar microbios?

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 matar patógenos.

Alrededor de 3 millones de personas se infectan con microbios resistentes a los antibióticos por año en los EE. UU. Estas infecciones son mucho más difíciles de tratar y son cada vez más comunes. Con los antibióticos 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 llevar a cabo la guerra interminable con los microorganismos. ¡Uno de ellos incluso podría ser láser!

¡Así es! Podría ser posible utilizar láseres para matar los gérmenes.

¿Qué son los láseres?

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

Un láser es un rayo de luz emitido por átomos o moléculas excitados. (Crédito de la foto: US Air Force / Wikimedia commons)

No soy físico, pero puedo dar los conceptos básicos sobre cómo funcionan los láseres. Solo necesita darles algo de energía a los átomos, 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 interesan 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 potente en ráfagas cortas en intervalos de tiempo extremadamente pequeños, generalmente al nivel de femtosegundos. ¡Un femtosegundo es una billonésima de segundo!

Esta modificación hizo que los láseres fueran más potentes y más fáciles de controlar. Una vez más, no soy un físico, por lo 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 determinadas frecuencias. Una vez que estas partículas golpean un objeto, se desvían o se dispersan, cambiando así la frecuencia.

Es como lanzar una pelota loca con mucha fuerza en una habitación pequeña. Rebotará en todo y se esparcirá 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 algunas bacterias con este láser, esencialmente descompondría sus proteínas a nivel molecular.

De manera similar a como 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 antinatural, 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 experimenten vibraciones activas Raman. Como resultado, los enlaces de hidrógeno que mantienen unidas estas biomoléculas se romperán, lo que provocará daños estructurales en las proteínas.

La próxima misión imposible…. para microbios.

Tales láseres tendrían muchos beneficios. Por ejemplo, después de un corte profundo, puede hacer brillar el láser de pulso ultracorto en la herida para matar cualquier bacteria a su alrededor, previniendo así una infección.

¿No matará el láser también a las células humanas?

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

Las células humanas no son como células bacterianas o 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, 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 de materiales, hacer vacunas y tratar infecciones de la sangre. Por ejemplo, los equipos hospitalarios, como los aparatos quirúrgicos, podrían 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 virus utilizando productos químicos como el formaldehído, pero el uso de un láser sería mucho más eficiente en el tiempo y permitiría producir vacunas sin productos químicos.

En teoría, también es posible usar láseres para matar gérmenes transmitidos por la sangre. Por ejemplo, digamos que una persona VIH positiva sin saberlo dona sangre. Quien reciba esta sangre no sabrá que tiene partículas de VIH, lo que podría representar un riesgo. Sin embargo, el paso de la sangre a través de estos láseres inactiva las partículas del virus, lo que hace que la sangre sea segura de usar.

PARA ALPA: Insertar imagen aquí (Leyenda: 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, sus usos potenciales son la esterilización de hemoderivados o productos farmacéuticos y la fabricación de vacunas inactivadas libres de químicos.

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

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

Aún deben resolverse 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, lo que hizo que algunos medicamentos fueran 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. Necesitaríamos ver en detalle qué tan buenos serían los virus inactivados con láser para provocar respuestas inmunes.

¡Por ahora, estos rayos de muerte microbiana nos brindan una forma no invasiva, libre de químicos y respetuosa con el medio ambiente para matar microbios selectivamente!