Indagine sull'effetto battericida di una metà

Nov 16, 2023

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 18111 (2022) Citare questo articolo

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Il rapido aumento del numero di batteri resistenti a molti agenti antimicrobici comunemente usati e la loro diffusione globale sono diventati un grave problema a livello mondiale. In particolare, per la malattia parodontale, che è un’infezione localizzata, vi è una crescente necessità di metodi di trattamento che non coinvolgano principalmente agenti antimicrobici e la terapia fotodinamica antimicrobica (aPDT) sta attirando l’attenzione. In questo studio, gli effetti battericidi di un laser a elettroni liberi nel medio infrarosso (MIR-FEL) su E. coli sono stati studiati come studio di base per esaminare l'applicabilità dei MIR-FEL, che possono eccitare selettivamente le vibrazioni molecolari grazie alla loro sintonizzabilità della lunghezza d'onda , ad aPDT. Le lunghezze d'onda di irradiazione ottimali da esaminare in questo studio sono state determinate dallo spettro infrarosso dei batteri, ottenuto utilizzando la spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier. Cinque lunghezze d'onda di irradiazione (6,62, 6,88, 7,14, 8,09 e 9,26 µm) sono state selezionate dallo spettro FT-IR e abbiamo scoperto che gli effetti battericidi alla lunghezza d'onda di 6,62 µm erano nettamente più forti di quelli osservati alle altre lunghezze d'onda. A questa lunghezza d'onda corrispondente alla banda dell'Ammide II, il tasso di sopravvivenza batterica diminuiva significativamente all'aumentare del tempo di irradiazione. Al contrario, l'irradiazione di un laser a granato di ittrio e alluminio drogato al neodimio (Nd: YAG) a 1,06 µm non ha mostrato alcun effetto battericida distinto. Non sono stati osservati cambiamenti morfologici dopo l'irradiazione MIR-FEL, suggerendo che una molecola di organello batterico potrebbe essere il bersaglio dell'irradiazione MIR-FEL, ma il bersaglio esatto non è stato identificato. Inoltre, la variazione di temperatura indotta nel terreno di coltura dall'irradiazione laser è stata di ± 1,5 °C a temperatura ambiente. Questi risultati suggeriscono che gli effetti battericidi di MIR-FEL derivano da reazioni fotochimiche che coinvolgono fotoni infrarossi, poiché l'E. coli viene solitamente ucciso riscaldandolo a 75 °C per 1 minuto o più.

Il laser a elettroni liberi (FEL) a infrarossi (IR) installato presso il Noda Campus (FEL-TUS) dell'Università delle Scienze di Tokyo (TUS) è ​​un laser pulsato ad alta potenza. Il principale dispositivo FEL-TUS è un FEL nel medio infrarosso (MIR-FEL) con un intervallo di lunghezze d'onda di oscillazione compreso tra 5 e 12 µm, che copre quasi l'intera regione dell'impronta molecolare1. Questo intervallo di lunghezze d'onda corrisponde alle frequenze vibrazionali fondamentali delle molecole; pertanto, il MIR-FEL può essere utilizzato per studiare le proprietà fotochimiche di una serie di sostanze, tra cui molecole, materiali organici, biomolecole, cellule biologiche, ecc. attraverso l'eccitazione vibrazionale selettiva2. L'ampia larghezza di banda istantanea degli oscillatori MIR a picosecondi è particolarmente interessante poiché consente l'impiego di potenti tecniche di trasformata di Fourier (FT), che trasferiscono il peso della precisa calibrazione della lunghezza d'onda dalla sorgente al sistema di rilevamento, fornendo allo stesso tempo un eccellente rapporto segnale-rumore caratteristiche e risoluzione spettrale indipendente dalla lunghezza d'onda3,4.

Il FEL-TUS introduce la radiazione, che viene prodotta accelerando gli elettroni a una velocità prossima a quella della luce in un acceleratore lineare, in un campo magnetico periodico e poi amplifica la radiazione attraverso l'interazione tra la radiazione e un fascio di elettroni in un risonatore, generando un raggio laser5. La luce laser risultante è caratterizzata da (I) una speciale struttura di impulsi costituita da macro e microimpulsi, (II) elevata luminosità, (III) lunghezza d'onda variabile e (IV) perfetta polarizzazione lineare. Inoltre, l'ampia sintonizzabilità della lunghezza d'onda del FEL-TUS consente l'eccitazione vibrazionale molecolare selettiva, fornendo una fonte di luce appropriata per la dissociazione delle molecole attraverso la salita della scala vibrazionale6.

Negli studi dentistici, i laser a granato di ittrio-alluminio drogato al neodimio (laser Nd: YAG), che hanno una lunghezza d'onda della luce di emissione tipica di 1064 nm, e i laser YAG drogati con erbio (Er): (2940 nm) vengono spesso utilizzati per la sterilizzazione durante la fase radicolare. procedure canalari e trattamento della malattia parodontale7,8,9. La disinfezione chimica con una soluzione di ipoclorito di sodio è stata tradizionalmente utilizzata per il trattamento dei canali radicolari10, mentre l'applicazione di un unguento contenente antibiotici o la rimozione meccanica con uno scaler sono trattamenti comuni per la malattia parodontale. Recentemente, l'uso dei laser per la sterilizzazione ha attirato l'attenzione; tuttavia, i laser utilizzati per tali procedure hanno una lunghezza d'onda fissa e sono disponibili poche sorgenti luminose appropriate con lunghezze d'onda variabili. Negli ultimi anni sono state segnalate la sterilizzazione delle superfici degli impianti con biossido di titanio mediante laser UV e la sterilizzazione nel vicino infrarosso di COVID-1911,12. Tuttavia, ci sono stati solo pochi rapporti sugli effetti di sterilizzazione dei MIR-FEL dal 199813,14, anche se si prevedeva che i MIR-FEL sarebbero stati introdotti come nuovi dispositivi medici nel 200615.