Las bacterias potencialmente mortales se están volviendo cada vez más resistentes a los antibióticos, lo que hace que la búsqueda de alternativas a estos sea un desafío cada vez más urgente. Para ciertas aplicaciones, una alternativa puede ser un tipo especial de láser. 

Investigadores de la Escuela de Medicina de la Universidad de Washington en St Louis han encontrado cómo un nuevo tipo de láser que emite pulsos ultracortos de luz puede matar bacterias y esporas bacterianas resistentes a múltiples fármacos. 

Los resultados, publicados en Journal of Biophotonics, abren la posibilidad de utilizar estos láseres para destruir bacterias difíciles de erradicar por otros medios. Los investigadores ya han demostrado que estos láseres no dañan las células humanas, lo que permite imaginar su uso para esterilizar heridas o desinfectar productos sanguíneos.

“La tecnología láser de pulsos ultracortos inactiva de forma única los patógenos al tiempo que preserva las proteínas y las células humanas. Imagínese si, antes de cerrar una herida quirúrgica, pudiéramos escanear esa herida con el láser y reducir aún más la posibilidad de infección. Veo que esta tecnología se utilizará pronto para desinfectar productos biológicos in vitro, e incluso para tratar infecciones del torrente sanguíneo en el futuro, poniendo a los pacientes en diálisis y haciendo pasar la sangre por un dispositivo de tratamiento láser”, explica Shaw Wei (David) Tsen, primer autor de la investigación e instructor de radiología en el Instituto de Radiología Mallinckrodt (MIR) de la Universidad de Washington. 

Propiedades germicidas de los láseres de pulso ultracorto

Tsen, junto con el doctor Samuel Achilefu, director del Centro de Investigación Biofotónica del MIR, llevan años explorando las propiedades germicidas de los láseres de pulso ultracorto. Han demostrado que dichos láseres pueden inactivar virus y bacterias ordinarias sin dañar las células humanas. En el nuevo estudio, realizado en colaboración con la doctora Shelley Haydel, profesora de microbiología de la Universidad Estatal de Arizona, ampliaron su exploración a las bacterias resistentes a los antibióticos y a las esporas bacterianas.

Los investigadores probaron los láseres con el SARM (Staphylococcus Aureus Multirresistente), un tipo de bacteria que causa una infección que no responde a los antibióticos comunes, causando infecciones en la piel, los pulmones y otros órganos, y la bacteria E.Coli, que causa infecciones en el tracto urinario, diarrea e infecciones de heridas. Aparte de las múltiples afecciones que pueden causar, el SARM y la E.coli son tipos de bacterias muy diferentes que representan dos ramas distintas del reino bacteriano. Los investigadores también examinaron las esporas de la bacteria Bacillus Cereus, que causa intoxicación y deterioro de los alimentos. Estas esporas de Bacillus pueden sobrevivir a  la ebullición y la cocción de los alimentos. 

En todos los casos, los láseres mataron más del 99,9% de los organismos objetivos, reduciendo su número en más de 1.000 veces.

Los virus y las bacterias contienen estructuras proteicas densamente empaquetadas que pueden ser excitadas por un láser de pulso ultracorto. El láser mata haciendo vibrar estas estructuras proteicas hasta que se rompen 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 estaban unidos antes. El resultado es un desorden de enlaces incorrectos dentro de las proteínas y entre ellas, y ese desorden hace que la función normal de las proteínas en los microorganismos se detenga.

“Anteriormente publicamos un paper en el que demostramos que la potencia del láser es importante. A una determinada potencia del láser, inactivamos los virus. A medida que se aumenta la potencia, se empiezan a inactivar las bacterias. Pero hace falta una potencia aún mayor, y estamos hablando de órdenes de magnitud, para empezar a matar células humanas. Así que hay una ventana terapéutica en la que podemos ajustar los parámetros del láser de forma que podamos matar a los patógenos sin afectar a las células humanas”, explica Tsen. 

El calor, la radiación y los productos químicos como la lejía son eficaces para esterilizar objetos, pero la mayoría son demasiado perjudiciales 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 más seguros los productos sanguíneos y otros productos biológicos.

“Todo lo que proceda de fuentes humanas o animales puede estar contaminado con patógenos. Examinamos todos los productos sanguíneos antes de transfundirlos a los pacientes. El problema es que tenemos que saber qué estamos examinando. Si surge un nuevo virus transmitido por la sangre, como el VIH en los años 70 y 80, podría entrar en el suministro de sangre antes de que nos demos cuenta. Los láseres de pulso ultracorto podrían ser una forma de garantizar que nuestro suministro de sangre esté libre de patógenos tanto conocidos como desconocidos”, concluye Tsen. 

Créditos de imagen de portada: Michael Worful. Washington University in St. Louis.