Investigação do efeito bactericida de um meio

Nov 16, 2023

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 18111 (2022) Citar este artigo

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O rápido aumento no número de bactérias resistentes a muitos agentes antimicrobianos comumente usados ​​e sua disseminação global tornaram-se um grande problema em todo o mundo. Em particular, para a doença periodontal, que é uma infecção localizada, há uma necessidade crescente de métodos de tratamento que não envolvam principalmente agentes antimicrobianos, e a terapia fotodinâmica antimicrobiana (aPDT) está atraindo atenção. Neste estudo, os efeitos bactericidas de um laser de elétrons livres de infravermelho médio (MIR-FEL) em E. coli foram investigados como um estudo básico para examinar a aplicabilidade de MIR-FELs, que podem excitar seletivamente vibrações moleculares devido à sua capacidade de ajuste de comprimento de onda , para aPDT. Os comprimentos de onda de irradiação ótimos a serem examinados neste estudo foram determinados a partir do espectro infravermelho da bactéria, que foi obtido usando espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier. Cinco comprimentos de onda de irradiação (6,62, 6,88, 7,14, 8,09 e 9,26 µm) foram selecionados do espectro FT-IR, e descobrimos que os efeitos bactericidas em um comprimento de onda de 6,62 µm foram marcadamente mais fortes do que aqueles observados nos outros comprimentos de onda. Neste comprimento de onda correspondente à banda Amida II, a taxa de sobrevivência bacteriana diminuiu significativamente à medida que o tempo de irradiação aumentou. Pelo contrário, a irradiação de um laser de granada de ítrio-alumínio dopado com neodímio (Nd: YAG) a 1,06 µm não exibiu nenhum efeito bactericida distinto. Nenhuma alteração morfológica foi observada após a irradiação com MIR-FEL, sugerindo que uma molécula de organela bacteriana pode ser o alvo da irradiação com MIR-FEL, mas o alvo exato não foi identificado. Além disso, a mudança de temperatura induzida no meio de cultura pela irradiação do laser foi de ± 1,5 °C à temperatura ambiente. Esses resultados sugerem que os efeitos bactericidas do MIR-FEL são derivados de reações fotoquímicas envolvendo fótons infravermelhos, uma vez que a E. coli é geralmente morta por aquecimento a 75 °C por 1 min ou mais.

O laser infravermelho (IR) de elétrons livres (FEL) instalado no Noda Campus (FEL-TUS) da Universidade de Ciências de Tóquio (TUS) é um laser pulsado de alta potência. O principal dispositivo FEL-TUS é um FEL de infravermelho médio (MIR-FEL) com uma faixa de comprimento de onda de oscilação de 5 a 12 µm, que cobre quase toda a região de impressão digital molecular1. Essa faixa de comprimento de onda corresponde às frequências vibracionais fundamentais das moléculas; portanto, o MIR-FEL pode ser usado para estudar as propriedades fotoquímicas de uma série de substâncias, incluindo moléculas, materiais orgânicos, biomoléculas, células biológicas, etc. através da excitação vibracional seletiva2. A ampla largura de banda instantânea dos osciladores de picossegundos MIR são particularmente atraentes, pois permitem a utilização de poderosas técnicas de transformada de Fourier (FT), que transferem o fardo da calibração precisa do comprimento de onda da fonte para o sistema de detecção, ao mesmo tempo em que fornecem excelente relação sinal-ruído características e resolução espectral independente do comprimento de onda3,4.

O FEL-TUS introduz radiação, que é produzida pela aceleração de elétrons a velocidades próximas à da luz em um acelerador linear, em um campo magnético periódico e então amplifica a radiação através da interação entre a radiação e um feixe de elétrons em um ressonador, gerando um feixe de laser5. A luz laser resultante é caracterizada por (I) uma estrutura de pulso especial que consiste em macro e micropulsos, (II) alto brilho, (III) um comprimento de onda variável e (IV) polarização linear perfeita. Além disso, a ampla sintonização de comprimento de onda do FEL-TUS permite a excitação vibracional molecular seletiva, fornecendo uma fonte de luz apropriada para a dissociação de moléculas por meio da escalada vibracional da escada6.

Na prática odontológica, os lasers de granada de ítrio e alumínio dopados com neodímio (Nd: YAG lasers), que têm um comprimento de onda de luz de emissão típico de 1064 nm, e os lasers dopados com érbio (Er): YAG (2940 nm) são frequentemente empregados para esterilização durante a cirurgia radicular. procedimentos de canal e o tratamento da doença periodontal7,8,9. A desinfecção química com solução de hipoclorito de sódio tem sido tradicionalmente usada para o tratamento do canal radicular10, e a aplicação de pomada contendo antibiótico ou remoção mecânica com um raspador são tratamentos comuns para a doença periodontal. Recentemente, o uso de lasers para esterilização tem atraído atenção; no entanto, os lasers usados ​​para tais procedimentos têm um comprimento de onda fixo e poucas fontes de luz apropriadas com comprimentos de onda variáveis ​​estão disponíveis. Nos últimos anos, foi relatada a esterilização de superfícies de implantes de dióxido de titânio por lasers UV e esterilização por infravermelho próximo de COVID-1911,12. No entanto, houve apenas alguns relatos sobre os efeitos de esterilização dos MIR-FELs desde 199813,14, embora se esperasse que os MIR-FELs fossem introduzidos como novos dispositivos médicos em 200615.