Les bactéries mortelles deviennent de plus en plus résistantes aux antibiotiques, faisant de la recherche d’alternatives aux antibiotiques un défi de plus en plus urgent. Pour certaines applications, une alternative peut être un type spécial de laser.
Des chercheurs de la Washington University School of Medicine à St. Louis ont découvert que les lasers qui émettent des impulsions lumineuses ultracourtes peuvent tuer les bactéries multirésistantes et les spores bactériennes résistantes. Les résultats, disponibles en ligne dans le Journal of Biophotonics, ouvrent la possibilité d’utiliser de tels lasers pour détruire les bactéries difficiles à tuer par d’autres moyens. Les chercheurs ont précédemment montré que de tels lasers n’endommagent pas les cellules humaines, ce qui permet d’envisager d’utiliser les lasers pour stériliser des plaies ou désinfecter des produits sanguins.
Des chercheurs de la Washington University School of Medicine ont découvert que les bactéries multirésistantes et les spores bactériennes peuvent être tuées par des lasers à impulsions ultracourtes. Les résultats pourraient conduire à de nouvelles façons de stériliser les plaies et les produits sanguins sans endommager les cellules humaines. Crédit image : Michael Worful/School of Medicine, Washington University à St. Louis
« La technologie laser à impulsions ultracourtes inactive de manière unique les agents pathogènes tout en préservant les protéines et les cellules humaines », a déclaré le premier auteur. Shaw Wei (David) Tsen, MD, PhD, professeur de radiologie à l’Université de Washington Institut de radiologie Mallinckrodt (MIR). « Imaginez si, avant de refermer une plaie chirurgicale, nous pouvions numériser un faisceau laser à travers le site et réduire davantage les risques d’infection. Je peux voir que cette technologie sera bientôt utilisée pour désinfecter les produits biologiques in vitro, et même pour traiter les infections du sang à l’avenir en mettant les patients sous dialyse et en faisant passer le sang dans un appareil de traitement au laser.
Tsen et auteur principal Samuel Achilefu, le professeur Michel M. Ter-Pogossian de radiologie et directeur du MIR Centre de recherche en biophotonique, explorent depuis des années les propriétés germicides des lasers à impulsions ultracourtes. Ils ont montré que de tels lasers peuvent inactiver les virus et les bactéries ordinaires sans endommager les cellules humaines. Dans la nouvelle étude, menée en collaboration avec Shelley Haydel, professeur de microbiologie à l’Arizona State University, ils ont étendu leur exploration aux bactéries résistantes aux antibiotiques et aux spores bactériennes.
Les chercheurs ont entraîné leurs lasers sur des appareils multirésistants Staphylococcus aureus (SARM), qui provoque des infections de la peau, des poumons et d’autres organes, et produisant des bêta-lactamases à spectre étendu Escherichia coli (E. coli), qui provoquent des infections des voies urinaires, des diarrhées et des infections des plaies. Outre leur capacité commune à rendre les gens malheureux, le SARM et E. coli sont des types de bactéries très différents, représentant deux branches éloignées du règne bactérien. Les chercheurs ont également examiné les spores de la bactérie Bacillus cereus, qui provoque une intoxication alimentaire et une détérioration des aliments. Bacille les spores peuvent résister à l’ébullition et à la cuisson.
Dans tous les cas, les lasers ont tué plus de 99,9% des organismes cibles, réduisant leur nombre de plus de 1 000 fois.
Les virus et les bactéries contiennent des structures protéiques densément emballées qui peuvent être excitées par un laser à impulsions ultracourtes. Le laser tue en faisant vibrer ces structures protéiques jusqu’à ce que certaines de leurs liaisons moléculaires se rompent. Les extrémités cassées se rattachent rapidement à tout ce qu’elles peuvent trouver, ce qui, dans de nombreux cas, n’est pas ce à quoi elles avaient été attachées auparavant. Le résultat est un gâchis de liaisons incorrectes à l’intérieur et entre les protéines, et ce gâchis provoque l’arrêt de la fonction normale des protéines dans les micro-organismes.
« Nous avons précédemment publié un article dans lequel nous montrons que la puissance du laser est importante », a déclaré Tsen. « À une certaine puissance laser, nous inactivons les virus. Au fur et à mesure que vous augmentez la puissance, vous commencez à inactiver les bactéries. Mais il faut encore plus de puissance que cela, et nous parlons d’ordres de grandeur, pour commencer à tuer des cellules humaines. Il existe donc une fenêtre thérapeutique où nous pouvons régler les paramètres laser de manière à pouvoir tuer les agents pathogènes sans affecter les cellules humaines. »
La chaleur, les radiations et les produits chimiques tels que l’eau de Javel sont efficaces pour stériliser les objets, mais la plupart sont trop dommageables pour être utilisés sur des personnes ou des produits biologiques. En inactivant toutes sortes de bactéries et de virus sans endommager les cellules, les lasers à impulsions ultracourtes pourraient offrir une nouvelle approche pour rendre les produits sanguins et autres produits biologiques plus sûrs.
« Tout ce qui provient de sources humaines ou animales pourrait être contaminé par des agents pathogènes », a déclaré Tsen. « Nous examinons tous les produits sanguins avant de les transfuser aux patients. Le problème est que nous devons savoir ce que nous recherchons. Si un nouveau virus transmissible par le sang émerge, comme le VIH l’a fait dans les années 70 et 80, il pourrait pénétrer dans l’approvisionnement en sang avant que nous le sachions. Les lasers à impulsions ultracourtes pourraient être un moyen de s’assurer que notre approvisionnement en sang est exempt d’agents pathogènes connus et inconnus. »
La source: Université de Washington à Saint-Louis
