Actividad antimicrobiana de la luz azul. Ventajas de la terapia lumínica en afecciones de piel. Revisión bibliográfica

 
 
PALABRAS CLAVE > PHOVIA > energía de luz fluorescente > pioderma profundo > cicatrización > herida > Streptococcus agalactiae

M en C. MVZ Angel Jiménez García de León

Gerente de producto y técnico en pequeñas especies

Vetoquinol de México

angel.jimenez@vetoquinol.com

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Resumen

 La resistencia bacteriana hacia los antibióticos ha tomado una seria relevancia en la medicina. El incremento hacia la resistencia a antibióticos se reporta constantemente y el enfoque tradicional para destruir bacterias cada vez son menos eficaces; y aunque se han desarrollado nuevos antibióticos, estos cada vez son más desafiados y el éxito en los ensayos clínicos es raro. Además, la prevalencia de mecanismos de resistencia bacteriana en el ambiente, la penetración limitada de los fármacos a los biofilms bacterianos y la rápida tasa de evolución bacteriana, estos nuevos fármacos serán eficaces de manera temporal; por lo que existe una clara necesidad de tratamientos antimicrobianos alternativos que puedan ser eficaces y sostenibles a largo plazo ¹, ² ya que existe una amenaza significativa que las infecciones se vuelvan intratables con las alternativas actuales. ³

 

Además de la propia resistencia a los antimicrobianos y que conlleva tratamientos prolongados, se agrega el costo por estos largos tratamientos, donde en algunos casos se requiere de hospitalización y esto puede ser una limitante para considerar que genere frustración y no sea posible aplicarlo de manera completa y con esto acrecentar el problema. Se estima que las infecciones por bacterias MRSA representan hasta el 44% de las infecciones asociadas a hospitales en Estados Unidos ⁵y el uso descontrolado de antibióticos sigue empeorando la situación.

Para prevenir la aparición de resistencias y maximizar la eficacia del tratamiento, gran parte de las investigaciones se centran en alternativas a los agentes antimicrobianos convencionales; entre ellos, involucran agentes tópicos, con el objetivo principal de reducir la contaminación superficial y, por lo tanto, reducir el riesgo de sepsis y la subsecuente progresión de la infección. ⁴

 

Nuevas alternativas

Recientemente se ha reportado el efecto bactericida de la luz visible, la mayoría mencionan que la parte azul (400 - 500 nm) es la responsable de eliminar varios patógenos. Por ejemplo, Feursteinet et al. ⁶ mostró que fuentes de luz azul de 400 a 500 nm tiene un efecto fototóxico sobre algunas bacterias Gram negativas que tienen la característica de producir porfirinas. Otros reportes indican que, usando luz azul con una longitud de onda de 400 a 420 nm, es la más efectiva con actividad bactericida; y en este sentido, Mclean et al. mostró que luz azul de 405 nm LED tiene efecto fototóxico en una variedad de bacterias incluyendo Gram positivas como Staphylococcus aureus MRSA. ⁷

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Existen otros autores que mencionan que es posible eliminar bacterias con luz roja, cercana a la luz infrarroja; por ejemplo, Nussbaum et al, reportaron un efecto bactericida de luz a longitud de onda de 630 nm para Pseudomonas aeruginosa y E. coli.

 

A diferencia de la inactivación bacteriana inducida por luz visible, la iluminación con luz de baja potencia ha demostrado aumentar la viabilidad bacteriana ⁹, ¹⁰ este tipo de luz tiene efecto estimulador a la proliferación de varias líneas celulares ¹¹

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Las longitudes de onda de la luz azul visible son intrínsecamente antimicrobianas y no requieren fotosensibilizadores exógenos para su efecto antimicrobiano, ⁴ la inactivación fotodinámica bacteriana es resultado de la fotoexcitación de porfirinas intracelulares por la luz azul ¹², originando una transferencia de energía y la producción de especies de oxígeno reactivo (ROS) altamente citotóxico ⁴. Todas las longitudes de onda de 400 a 425 nm pueden ser usadas para inactivación bacteriana, sin embargo, la actividad antimicrobiana óptima ocurre a los 405 nm, ya que es el punto de espectro electromagnético donde sucede la máxima excitación de las porfirinas ¹³.

 

Aunque la luz azul visible es menos bactericida que la luz ultravioleta (UV), los patógenos pueden inactivarse selectivamente sin dañar las células de los tejidos y, en consecuencia, la luz azul se considera mucho menos perjudicial para las células de los mamíferos que la luz UV. ¹⁴

 

El daño oxidativo puede no ser la única causa de muerte celular; adicionalmente, el daño a los componentes de proteínas y lípidos, y el daño al ADN causada por la luz azul es similar a la observada en células tratadas con UVA 15, lo cual no sorprende debido a la proximidad espectral de la luz UVA y la luz azul. Figura 1.

 

El ROS inducido por la luz visible en bacterias, incluye radicales libres de oxígeno, oxígeno singlet y peróxidos; estos son generalmente moléculas muy pequeñas y son altamente reactivos debido a la presencia de electrones no apareados. Es bien conocido que altas cantidades de ROS son letales a las células bacterianas y este es un fenómeno aprovechado en la terapia fotodinámica que se emplea principalmente como tratamiento antibacteriano. 

 

Está demostrado que la luz en su rango visible es capaz que generar ROS en células vivas seguida de su absorción por fotoaceptores endógenos celulares tales como citocromos, porfirinas, flavinas y NADH. Debido a que las bacterias también poseen fotoaceptores endógenos, la luz azul genera una alta cantidad de ROS que es letal para la bacteria. ¹⁶

Biofilms bacterianos

Los biofilms se definen como comunidades de microorganismos que crecen embebidos en una matriz de exopolisacáridos y están adheridos a una superficie. En literatura veterinaria, los biofilms han sido descritos en casos de mastitis crónica en vacas, en la cavidad del oído medio, en implantes quirúrgicos y en heridas y es un factor potencial de virulencia de Staphylococcus pseudointermedius que es la bacteria que más comúnmente causa infecciones en piel y en heridas quirúrgicas en perros. ¹⁹

 

Los biofilms están estructurados por grandes colonias bacterianas sésiles inmersas en una matriz polimérica extracelular o glicocalix. 

 

La matriz se compone hasta un 97% de agua, y además de esta, por exopolisacáridos, lo que constituye su componente fundamental, producidos por los propios microorganismos. En menor cantidad se encuentran otras macromoléculas como proteínas, ácidos nucleicos y diversos productos que provienen de la lisis bacteriana. 

La producción de exopolisacáridos está mediada por la disponibilidad nutricional del ambiente; se ha observado que un incremento en la concentración de nutrientes está correlacionado con el número de bacterias adheridas. ²⁰

 

Existen diversos estudios en modelo animales que han demostrado la muerte bacteriana expuestas a la luz azul unas horas después; y de manera prometedora, se ha demostrado la reducción de bacterias establecidas en biofilms in vitro ¹⁷, ¹⁸.

 

En un reciente estudio se evaluó el crecimiento bacteriano inmerso en biofilms seguido de la exposición a la luz azul, comparado con un grupo control sin tratamiento ²¹. El resultado fue una reducción de la carga bacteriana en todas las muestras evaluadas y la mayoría de estas reducciones fueron estadísticamente significativas. En este mismo estudio se encontró que las bacterias Gram negativo fueron más susceptibles a la exposición a la luz azul, sin embargo, microorganismos Gram positivos también respondieron favorablemente al tratamiento por luz azul.

Conclusiones

En esta revisión bibliográfica se ha encontrado que, debido al problema actual que enfrenta la medicina de resistencias bacterianas, es fundamental encontrar alternativas eficaces y que puedan ser empleadas a largo plazo. En los estudios revisados se ha demostrado que la exposición a la luz azul (400 nm) es efectiva para inactivar tanto bacterias en forma plantónica como inmersas en biofilms. Es bien conocido que las células bacterianas han utilizado la pigmentación como factor de virulencia ²² y que estos pigmentos les proveen la habilidad de sobrevivir en superficies expuestas a la luz natural del sol ²³. 

 

La luz azul, indudablemente tiene el potencial de ser altamente efectiva contra bacterias y está demostrada la evidencia de que el mecanismo por el cual la luz visible detona la generación de ROS inducida por fotoaceptores endógenos. Las bacterias ricas en fotoaceptores son más sensibles a la luz, sin embargo, es importante mencionar que la luz de baja intensidad puede ser peligrosa, ya que puede promover la proliferación de bacterias debido a la generación de pocas cantidades de ROS que ha sido descrito que esto puede inducir crecimiento celular. 

 

La terapia lumínica es una alternativa prometedora para el manejo de infecciones cutáneas, así como para evitar o controlar infecciones en heridas de cualquier índole y reduciendo la exposición a antibióticos que cada vez presentan más limitantes debido a las resistencias bacterianas presentes en la actualidad.

Referencias

 

1. Bhullar, K., Waglechner, N., Pawlowski, A., Koteva, K., Banks, E. D., Johnston, M. D., et al. (2012). Antibiotic resistance is prevalent in an isolated cave microbiome. PLOS ONE 7:e34953. doi: 10.1371/journal.pone.0034953

2. von Wintersdorff, C. J., Penders, J., van Niekerk, J. M., Mills, N. D., Majumder, S., van Alphen, L. B., et al. (2016). Dissemination of antimicrobial resistance in microbial ecosystems through horizontal gene transfer. Front. Microbiol. 7:173. doi: 10.3389/fmicb.2016.00173

3. Nordmann P, Poirel L, Toleman MA, Walsh TR. 2011. Does broadspectrum beta-lactam resistance due to NDM-1 herald the end of the antibiotic era for treatment of infections caused by Gram-negative bacteria? J Antimicrob Chemother 66:689–692.

4. Maclean M, Macgregor SJ, Anderson JG, Woolsey GA, Coia JE, Hamilton K, Taggart I, Watson SB, Thakker B, Gettinby G. 2010. Environmental decontamination of a hospital isolation room using high-intensity narrow-spectrum light. J Hosp Infect 76:247–251.

5. Gould DJ, Moralejo D, Drey N, Chudleighet JH. Interventions to improve hand hygiene compliance in patient care. Cochrane Database Syst Rev. 2010; 9:CD005186. [PubMed: 20824842]

6. Feuerstein O, Persman N, Weiss EI. Phototoxic Effect of Visible Light on Porphyromonas gingivalis and Fusobacterium nucleatum: An In Vitro Study. Photochemistry and Photobiology 2004;80(3):412- 415.

7. Maclean M, MacGregor SJ, Anderson JG, Woolsey G. High-intensity narrow-spectrum light inactivation and wavelength sensitivity of Staphylococcus aureus. FEMS Microbiol Lett 2008;285(2):227-32.

8. Lipovsky A, Nitzan Y, Friedmann H, Lubart R. Sensitivity of Staphylococcus aureus strains to broadband visible light. Photochem Photobiol 2009;85(1):255-260.

9. Dadras S, Mohajerani E, Eftekhar F, Hosseini M. Different photoresponses of Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa to 514, 532, and 633 nm low level lasers in vitro. Curr Microbiol 2006;53(4):282-6.

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11. Grossman N, Schneid N, Reuveni H, Halevy S, Lubart R. 780 nm low power diode laser irradiation stimulates proliferation of keratinocyte cultures: involvement of reactive oxygen species. Lasers Surg Med 1998;22(4):212-8.

12. Maclean M, McKenzie K, Anderson JG, Gettinby G, MacGregor SJ. 2014. 405 nm light technology for the inactivation of pathogens and its potential role for environmental disinfection and infection control. J Hosp Infect 88:1–11.

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