來自Washington University School of Medicine的最新研究，發(fā)現(xiàn)激光可摧毀耐藥菌王國

位于圣路易斯的華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)，耐多藥細(xì)菌和細(xì)菌芽孢可以被超短脈沖激光殺死。這一發(fā)現(xiàn)可能會(huì)帶來新的方法來為傷口和血液制品消毒而不損害人體細(xì)胞。來源：Michael Worful

我們都知道，病毒的厲害性在于抗藥性。當(dāng)一種藥物作用于某種病毒細(xì)菌，不久之后，病毒細(xì)菌便對此免疫，同樣的藥物將無法再殺死它。因此，在這種嚴(yán)峻形勢下，研究者們面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

由于危及生命的細(xì)菌對抗生素的耐藥性越來越強(qiáng)，尋找抗生素的替代品成為重要任務(wù)。一種特殊類型的激光器應(yīng)運(yùn)而生。這一發(fā)現(xiàn)來自于華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院（Washington University School of Medicine）。

研究人員《生物光子學(xué)雜志》(Journal of Biophotonics)網(wǎng)絡(luò)版上發(fā)表了這項(xiàng)研究，研究表明，發(fā)出超短光脈沖的激光可以殺死耐多藥細(xì)菌和頑強(qiáng)的細(xì)菌芽孢。研究人員此前已經(jīng)證明，這種激光不會(huì)損害人類細(xì)胞，這使得使用激光來消毒傷口或消毒血液制品成為可能。這項(xiàng)研究為使用超短光脈沖激光殺死其他手段難以殺死的細(xì)菌開辟了可能性。

圖源：千庫網(wǎng)

“超短脈沖激光技術(shù)獨(dú)特地滅活了病原體，同時(shí)保存了人類蛋白質(zhì)和細(xì)胞，”第一作者、MIR放射學(xué)講師Shaw-Wei (David) Tsen醫(yī)學(xué)博士說?！跋胂笠幌?，在縫合手術(shù)傷口之前，我們可以通過掃描激光束來進(jìn)一步降低感染的幾率。可以預(yù)見，這項(xiàng)技術(shù)很快就會(huì)被用于體外生物制品消毒，未來甚至可以通過對患者進(jìn)行透析和通過激光治療設(shè)備輸送血液來治療血液感染。”

芽孢圖 圖源：網(wǎng)絡(luò)

Tsen和資深作者Samuel Achilefu博士，Michel M.ter - pogoan放射學(xué)教授和MIR生物光子學(xué)研究中心主任多年來一直在探索超短脈沖激光的殺菌特性。已經(jīng)證明這種激光可以在不傷害人體細(xì)胞的情況下滅活病毒和普通細(xì)菌。在這項(xiàng)新研究中，他們與亞利桑那州立大學(xué)微生物學(xué)教授Shelley Haydel博士合作，將他們的探索擴(kuò)展到耐抗生素細(xì)菌和細(xì)菌芽孢。

研究人員用激光對耐多藥金黃色葡萄球菌(MRSA)和產(chǎn)生廣譜β -內(nèi)酰胺酶的大腸桿菌(E. coli)進(jìn)行了訓(xùn)練，前者會(huì)導(dǎo)致皮膚、肺部和其他器官感染，后者會(huì)導(dǎo)致尿路感染、腹瀉和傷口感染。除了讓人痛苦的能力，MRSA和大腸桿菌是非常不同的細(xì)菌類型，代表著細(xì)菌王國的兩個(gè)遙遠(yuǎn)分支。研究人員還研究了蠟樣芽孢桿菌的芽孢，這種細(xì)菌會(huì)導(dǎo)致食物中毒和食物腐敗。芽孢桿菌的芽孢能經(jīng)得起煮和煮。

“當(dāng)細(xì)菌細(xì)胞遇到樹突狀大分子時(shí)，對細(xì)菌來說結(jié)果并不好，” Michael Malkoch說。左圖為暴露于樹突水凝膠前的銅綠假單胞菌細(xì)胞，以及暴露于樹突水凝膠后的明顯損傷。來源：Malkoch Group/KTH Royal Institute of Technology

研究結(jié)果表明，激光殺死了99.9%以上的目標(biāo)生物，使它們的數(shù)量減少了1000多倍。

病毒和細(xì)菌含有密集的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，可以被超短脈沖激光激發(fā)。激光通過使這些蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)，直到它們的一些分子鍵斷裂，從而致人死亡。斷了的末端很快就會(huì)重新連接到他們能找到的任何東西上，在很多情況下，這不是他們以前連接的東西。其結(jié)果是蛋白質(zhì)內(nèi)部和之間錯(cuò)誤的連接混亂，而這種混亂導(dǎo)致微生物中正常的蛋白質(zhì)功能逐漸停止。

樹突水凝膠是一種不含抗生素的傷口保護(hù)劑，可以殺死耐藥細(xì)菌。來源：Malkoch Group/KTH Royal Institute of Technology

Tsen說：“在一定的激光功率下正在滅活病毒。當(dāng)增加能量時(shí)，便開始滅活細(xì)菌。但要開始?xì)⑺廊祟惣?xì)胞，需要更強(qiáng)大的力量。所以有一個(gè)治療窗口，可以調(diào)整激光參數(shù)，這樣我們可以在不影響人類細(xì)胞的情況下殺死病原體?！?/p>

熱、輻射和漂白劑等化學(xué)物質(zhì)可以有效地對物體進(jìn)行消毒，但其中大多數(shù)對人體或生物制品的傷害太大。通過滅活各種細(xì)菌和病毒而不破壞細(xì)胞，超短脈沖激光可以提供一種新的方法，使血液制品和其他生物制品更安全。

“任何來自人類或動(dòng)物來源的東西都可能被病原體污染，”Tsen說?！拔覀冊趯⑺醒褐破份斞o患者之前都要進(jìn)行篩查。問題是我們必須知道我們在篩查什么。如果一種新的血液傳播病毒出現(xiàn)，就像70年代和80年代的艾滋病毒那樣，它可能在我們知道之前就進(jìn)入血液供應(yīng)。超短脈沖激光可以確保我們的血液供應(yīng)不受已知和未知病原體的影響。”

來源：Inactivation of multidrug‐resistant bacteriaand bacterial spores and generation of high‐potency bacterialvaccines using ultrashort pulsed lasers, Journal ofBiophotonics (2021). DOI:10.1002/jbio.202100207