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Les lasers à impulsions ultracourtes tuent les superbactéries bactériennes, les spores – Washington University School of Medicine à St. Louis

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Technique probablement sans danger pour les cellules humaines ; a le potentiel de stériliser les plaies, les produits sanguins

Michel Worful

Les bactéries potentiellement 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 particulier 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 des bactéries difficiles à tuer par d’autres moyens. Les chercheurs ont précédemment montré que ces 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.

“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, M.D., Ph.D.professeur de radiologie à l’Université de Washington Institut de radiologie Mallinckrodt (MIR). « Imaginez si, avant de fermer une plaie chirurgicale, nous pouvions balayer un faisceau laser sur le site et réduire davantage les risques d’infection. Je vois que cette technologie sera bientôt utilisée pour désinfecter des 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, PhDprofesseur de radiologie Michel M. Ter-Pogossian 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 ces lasers peuvent inactiver les virus et les bactéries ordinaires sans nuire aux cellules humaines. Dans la nouvelle étude, menée en collaboration avec Shelley Haydel, PhD, 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 formé leurs lasers sur la résistance à la méthicilline Staphylococcus aureus (SARM), qui provoque des infections de la peau, des poumons et d’autres organes, et des bêta-lactamases à spectre étendu Escherichia coli (E. coli), qui provoquent des infections des voies urinaires, des diarrhées et des infections de 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 Bacille cereus, qui provoque une intoxication alimentaire et la 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 denses 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 étaient 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 avons montré 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 ajuster les paramètres laser de manière à 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 nocifs 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 fournir 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 testons 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 à diffusion hématogène 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.

Tsen SWD, Popovich J, Hodges M, Haydel SE, Tsen KT, Sudlow G, Mueller EA, Levin PA, Achilefu S. Inactivation de bactéries multirésistantes et de spores bactériennes et génération de vaccins bactériens à haute puissance à l’aide de lasers pulsés ultracourts. Journal de biophotonique. 21 novembre 2021. DOI : 10.1002/jbio.202100207

Cette recherche a été soutenue par l’Institut national d’imagerie biomédicale et de bio-ingénierie des Instituts nationaux de la santé (NIH), numéro de subvention 3R01EB021048-04S1 ; et par le financement incitatif des chercheurs de l’Arizona State University.

SDT et KT détiennent des brevets sur “Système et méthode d’inactivation de micro-organismes avec un laser femtoseconde” (publication n° US20080299636 A1).

École de médecine de l’Université de WashingtonLes 1 700 médecins de la faculté font également partie du personnel médical de Barnes-juif et St.Louis Children’s hôpitaux. L’École de médecine est un chef de file dans la recherche médicale, l’enseignement et les soins aux patients, se classant régulièrement parmi les meilleures écoles de médecine du pays par US News & World Report. Grâce à ses affiliations avec les hôpitaux pour enfants Barnes-Jewish et St. Louis, l’École de médecine est liée à Soins de santé BJC.


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