來自Washington University School of Medicine的最新研究，發現激光可摧毀耐藥菌王國
位于圣路易斯的華盛頓大學醫學院的研究人員發現，耐多藥細菌和細菌芽孢可以被超短脈沖激光殺死。這一發現可能會帶來新的方法來為傷口和血液制品消毒而不損害人體細胞。來源：Michael Worful
我們都知道，病毒的厲害性在于抗藥性。當一種藥物作用于某種病毒細菌，不久之后，病毒細菌便對此免疫，同樣的藥物將無法再殺死它。因此，在這種嚴峻形勢下，研究者們面臨更加嚴峻的挑戰。
由于危及生命的細菌對抗生素的耐藥性越來越強，尋找抗生素的替代品成為重要任務。一種特殊類型的激光器應運而生。這一發現來自于華盛頓大學醫學院（Washington University School of Medicine）。
研究人員《生物光子學雜志》(Journal of Biophotonics)網絡版上發表了這項研究，研究表明，發出超短光脈沖的激光可以殺死耐多藥細菌和頑強的細菌芽孢。研究人員此前已經證明，這種激光不會損害人類細胞，這使得使用激光來消毒傷口或消毒血液制品成為可能。這項研究為使用超短光脈沖激光殺死其他手段難以殺死的細菌開辟了可能性。
圖源：千庫網
“超短脈沖激光技術獨特地滅活了病原體，同時保存了人類蛋白質和細胞，”第一作者、MIR放射學講師Shaw-Wei (David) Tsen醫學博士說。“想象一下，在縫合手術傷口之前，我們可以通過掃描激光束來進一步降低感染的幾率。可以預見，這項技術很快就會被用于體外生物制品消毒，未來甚至可以通過對患者進行透析和通過激光治療設備輸送血液來治療血液感染。”
芽孢圖 圖源：網絡
Tsen和資深作者Samuel Achilefu博士，Michel M.ter - pogoan放射學教授和MIR生物光子學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。已經證明這種激光可以在不傷害人體細胞的情況下滅活病毒和普通細菌。在這項新研究中，他們與亞利桑那州立大學微生物學教授Shelley Haydel博士合作，將他們的探索擴展到耐抗生素細菌和細菌芽孢。
研究人員用激光對耐多藥金黃色葡萄球菌(MRSA)和產生廣譜β -內酰胺酶的大腸桿菌(E. coli)進行了訓練，前者會導致皮膚、肺部和其他器官感染，后者會導致尿路感染、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菌類型，代表著細菌王國的兩個遙遠分支。研究人員還研究了蠟樣芽孢桿菌的芽孢，這種細菌會導致食物中毒和食物腐敗。芽孢桿菌的芽孢能經得起煮和煮。
“當細菌細胞遇到樹突狀大分子時，對細菌來說結果并不好，” 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
研究結果表明，激光殺死了99.9%以上的目標生物，使它們的數量減少了1000多倍。
病毒和細菌含有密集的蛋白質結構，可以被超短脈沖激光激發。激光通過使這些蛋白質結構振動，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。其結果是蛋白質內部和之間錯誤的連接混亂，而這種混亂導致微生物中正常的蛋白質功能逐漸停止。
樹突水凝膠是一種不含抗生素的傷口保護劑，可以殺死耐藥細菌。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。當增加能量時，便開始滅活細菌。但要開始殺死人類細胞，需要更強大的力量。所以有一個治療窗口，可以調整激光參數，這樣我們可以在不影響人類細胞的情況下殺死病原體。”
熱、輻射和漂白劑等化學物質可以有效地對物體進行消毒，但其中大多數對人體或生物制品的傷害太大。通過滅活各種細菌和病毒而不破壞細胞，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。
“任何來自人類或動物來源的東西都可能被病原體污染，”Tsen說。“我們在將所有血液制品輸血給患者之前都要進行篩查。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，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入血液供應。超短脈沖激光可以確保我們的血液供應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
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