Podemos usar lasers para matar micróbios?

A  Luz do laser pulsado é tão poderosa que, quando se espalha pelo objeto que atinge, induz vibrações poderosas que podem romper as moléculas do objeto e outras próximas. Esta pesquisa de ponta está nos mostrando novas maneiras de nos ajudar a matar patógenos.

Cerca de 3 milhões de pessoas são infectadas com micróbios resistentes a antibióticos por ano nos EUA. Essas infecções são muito mais difíceis de tratar e estão se tornando cada vez mais comuns. Com os antibióticos cada vez menos úteis, precisamos de uma alternativa para ajudar as pessoas a lutar contra esses germes difíceis de matar.

Os cientistas estão procurando outras maneiras de continuar a guerra sem fim com os microorganismos. Um deles pode até ser lasers!

Isso mesmo! Pode ser possível usar lasers para atirar germes até a morte.

O que são lasers?

Primeiro, você sabia que a palavra ‘ laser’ é na verdade uma sigla? Significa amplificação de luz por emissão estimulada de radiação – um bocado. Dizer laser é definitivamente mais fácil!

Experiência de laser militar

Um laser é um feixe de luz emitido por átomos ou moléculas excitadas. (Crédito da foto: Força Aérea dos EUA/Wikimedia commons)

 

Não sou físico, mas posso dar o básico sobre como os lasers funcionam. Você só precisa dar energia aos átomos, mais comumente chocando um objeto, como um cristal, com alguma eletricidade. Esses átomos tentam se estabilizar removendo o excesso de energia, o que eles fazem emitindo fótons , conhecidos simplesmente como partículas de luz.

No entanto, os lasers básicos emitem luz continuamente enquanto houver uma fonte de energia excitando seus átomos. Isso não é útil, às vezes, pois recebemos muito calor indesejado do laser que pode aquecer os materiais que ele toca. Os lasers precisam ser modificados para que não continuem emitindo luz continuamente.

Os lasers podem ser modificados controlando o fluxo de eletricidade para que os átomos não emitam luz continuamente. É assim que obtemos diferentes tipos de laser, que disparam rajadas de luz em diferentes intervalos de tempo. Um desses tipos de laser que nos interessa são os lasers de pulso ultracurto.

O que são lasers de pulso ultracurto?

Os lasers de pulso ultracurto são lasers que emitem luz muito poderosa em rajadas curtas em intervalos de tempo extremamente pequenos, geralmente no nível de femtossegundos. Um femtosegundo é um quadrilionésimo de segundo!

Essa modificação tornou os lasers mais poderosos e fáceis de controlar. Novamente, não sou físico, então talvez este vídeo ajude você a entender melhor os lasers normais e os de pulso.

A essência é que os lasers de pulso ultracurto emitem rajadas de luz realmente poderosas. É por causa desse poder que podemos usar esses lasers para matar germes, ou melhor, inativa-los.

Um estudo recente mostrou que esses lasers podem matar 99,9% das bactérias resistentes a antibióticos , esporos bacterianos e vírus inativados.

Como os lasers de pulso ultracurto matam os germes?

Partículas de luz viajam em certas frequências. Uma vez que essas partículas atingem um objeto, elas são desviadas ou espalhadas, alterando assim a frequência.

É como jogar uma bola maluca com muita força em uma pequena sala. Ele vai ricochetear em tudo e se espalhar por todo o espaço.

Quando essas partículas de luz pulsada atingem um objeto, ele se espalha, um fenômeno conhecido como espalhamento Raman . A energia do laser está refletindo em cada objeto que atinge.

Este é o lugar onde o poder do laser entra em jogo. Essa luz de laser pulsada é tão poderosa que, quando se espalha pelo objeto que atinge, induz vibrações poderosas que podem romper as moléculas do objeto e outras moléculas próximas.

A vibração é forte o suficiente para quebrar ligações moleculares em biomoléculas, como proteínas e DNA . Então, se eu atirasse em algumas bactérias com este laser, ele essencialmente quebraria suas proteínas em um nível molecular.

Semelhante à forma como um diapasão vibra quando você o atinge, as moléculas de proteína vibram após serem atingidas pelo laser. No entanto, as proteínas não deveriam vibrar de forma não natural, então elas se separam.

O laser também pode ser usado para inativar vírus. Podemos disparar o laser nas partículas do vírus e a energia eletromagnética do laser polarizará ou carregará as moléculas virais, assim como suas proteínas. Essa energia faz com que as proteínas sofram vibrações ativas Raman. Como resultado, as ligações de hidrogênio que mantêm essas biomoléculas juntas se rompem, o que leva a danos estruturais nas proteínas.

bactérias evitam meme

A próxima missão impossível…. para micróbios.

Esses lasers teriam muitos benefícios. Por exemplo, após um corte profundo, você pode direcionar o laser de pulso ultracurto na ferida para matar qualquer bactéria ao redor, evitando assim uma infecção.

O laser também não matará células humanas?

O segredo dessa pergunta justa está no poder do laser. Existe uma janela terapêutica específica de potência do laser que é segura de usar sem danificar nossas células. Essa faixa é de 1-10 GW/cm 2 .

As células humanas não são como células bacterianas ou partículas virais. Eles são maiores, mais complexos e densamente embalados com todas as suas organelas .

Se usássemos os lasers de pulso ultracurto em uma potência mais alta, seria prejudicial às nossas células. Os vírus requerem menos energia para inativação, devido ao seu tamanho incrivelmente pequeno. Se usássemos um pouco mais de energia, o laser também mataria as células bacterianas. Se continuarmos a aumentar ainda mais o poder, as células humanas ou de mamíferos podem começar a ser afetadas.

De que outra forma esses lasers podem ser usados?

A capacidade de matar microorganismos desses lasers oferece vários usos. Além de apenas atirar nas feridas para desinfetar a área, também poderíamos desinfetar outras superfícies de materiais, fazer vacinas e tratar infecções no sangue . Por exemplo, equipamentos hospitalares como aparelhos cirúrgicos podem se tornar estéreis disparando-os com esses lasers.

Esses lasers ajudam até na fabricação de vacinas , pois oferecem uma maneira mais fácil de inativar vírus ou bactérias. Normalmente, inativamos vírus usando produtos químicos como formaldeído, mas usar um laser seria muito mais eficiente em termos de tempo e possibilitaria a produção de vacinas sem produtos químicos.

Teoricamente, também é possível usar lasers para matar germes transmitidos pelo sangue . Por exemplo, digamos que uma pessoa HIV positiva desconhecida doa sangue. Quem receber esse sangue não saberá que ele contém partículas de HIV, o que pode representar um risco. No entanto, passar o sangue por esses lasers inativaria as partículas do vírus, tornando o sangue seguro para uso.

O futuro com certeza parece brilhante com esses lasers em mãos!

Uma palavra final

Essa tecnologia a laser existe há algumas décadas, mas ainda não começamos a aplicá-la para fins práticos. No entanto, os usos potenciais para isso são a esterilização de produtos sanguíneos ou produtos farmacêuticos e a fabricação de vacinas inativadas sem produtos químicos.

Atualmente, UV ou outras formas de radiação são aplicadas para esterilizar produtos sanguíneos e produtos farmacêuticos. No entanto, há sempre o risco de danos ao sangue também. Os raios UV não podem matar seletivamente as células, ao contrário dos lasers de pulso ultracurto. A radiação é uma ótima ferramenta para esterilizar objetos não vivos, mas não é segura para uso em pessoas ou produtos biológicos.

Pesquisadores estão realizando estudos para testar a eficácia com que esses lasers podem matar bactérias, fungos , seus esporos e vírus em diferentes ambientes. Se forem considerados eficazes, podem até ser usados ​​na indústria de alimentos para inibir o crescimento microbiano e melhorar a vida útil dos alimentos .

Alguns ajustes ainda precisam ser descobertos, como o nível de potência ideal e a duração da exposição. Em alguns anos, podemos esperar ver essa tecnologia implementada em nossas vidas.

Com o aumento da resistência aos antibióticos , tornando alguns medicamentos quase inúteis, precisávamos de métodos físicos para combater os microrganismos. Não é como se os germes pudessem desenvolver resistência ao laser, pois não existem processos biológicos naturais conhecidos que possam ser usados ​​para se defender contra os lasers.

Embora, no que diz respeito à fabricação de vacinas, sejam necessárias mais pesquisas para ver quão eficazes elas serão. Precisaríamos ver em detalhes como os vírus inativados por laser seriam bons em induzir respostas imunes.

Por enquanto, esses raios de morte microbiana nos dão uma maneira ecológica, livre de produtos químicos e não invasiva de matar seletivamente micróbios!

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