Il y a deux choses auxquelles les gens pensent quand ils entendent le mot « plasma. »Le premier est le plasma sanguin, la partie liquide du sang qui maintient les cellules sanguines en suspension. La seconde, si vous aimez la physique, est un gaz ionisé (si vous aimez la géologie, vous penserez à une pierre de calcédoine vert vif), généralement à des températures assez élevées. Le soleil tire des arcs de plasma, par exemple. Vous pouvez les trouver dans les écrans de télévision à écran plasma, vous pouvez les utiliser pour créer des antennes, et les fans de science-fiction fantasment probablement de leur tirer des armes à feu comme une arme de haute technologie. (La foudre est une forme de plasma.)
Il y a aussi ce qu’on appelle des « plasmas froids. »J’ai écrit à ce sujet en 2007, à la fois dans Physics Today et lors de Cocktails Physics, en me concentrant sur leur potentiel à tuer les bactéries, à éliminer la plaque dentaire, à desserrer les connexions entre les cellules qui composent le tissu biologique, à aider à coaguler le sang et à réduire les saignements suite à une plaie, ou pendant la chirurgie, et peut-être même à éliminer les tumeurs cancéreuses. Et un article publié en octobre dans le Journal of Physics D: Applied Physics décrit un nouveau dispositif à plasma froid potentiellement révolutionnaire, similaire à un chalumeau, pour traiter la leucémie cancéreuse du sang.
« Nous avons un appareil vraiment incroyable », a déclaré l’auteur principal Mounir Laroussi (Université Old Dominion) aux gens de Physics Buzz. « Nous pouvons générer un faisceau de plasma autour de la température ambiante. Il ne brûle rien; il ne détruit ni ne creuse de trous. Vous pouvez le toucher avec votre main. »Les résultats de Laroussi sont assez surprenants: après seulement 10 minutes d’exposition au plasma froid, plus de 90% des cellules leucémiques de l’étude ont été détruites.
Le terme « froid » peut être un peu trompeur. (Par exemple, la « supraconductivité à haute température » a lieu à des températures communes à l’azote liquide.) De nombreux plasmas froids sont « froids » par rapport, disons, au soleil, mais toujours assez chauds: de l’ordre de 70 à 100 degrés Celsius. Appliquez ça sur des tissus humains vivants, et ça va brûler. Mal.
Pourtant, ils sont utiles pour des choses comme la stérilisation de l’eau potable et la décontamination des surfaces industrielles. En effet, ils tuent (« inactivent ») les bactéries en détruisant la membrane cellulaire bactérienne via une combinaison mortelle de particules chargées, de radicaux libres et de rayons UV. Ils travaillent vite aussi: l’Armée de l’air a un programme de recherche actif sur le plasma froid, qui les utilise pour décomposer les produits chimiques présents dans les toxines comme l’anthrax en quelques minutes, contre plusieurs heures pour d’autres méthodes.
À la fin des années 1990, des chercheurs ont découvert comment créer de véritables plasmas froids à température ambiante en laboratoire, afin que pour la première fois, ils puissent être testés sur des tissus biologiques. Et c’est le centre des recherches de Laroussi. Par Buzz physique:
Les scientifiques créent du plasma froid en envoyant des électrons ultra-rapides à travers des gaz comme l’hélium et l’air. Ces électrons frappent les atomes et les molécules avec tellement d’énergie qu’ils retirent les électrons les plus externes des atomes et des molécules du gaz, créant un mélange soupy d’électrons libres et d’ions libres. Le gaz reste autour de la température ambiante, a expliqué Laroussi, car l’énergie nécessaire pour séparer les électrons de leurs atomes se dissipe rapidement, laissant les ions gazeux au frais.
Il y avait un effet retardé intrigant avec le chalumeau à plasma. Alors que les cellules leucémiques semblaient bien immédiatement après avoir été soufflées avec le panache de plasma froid pendant dix minutes, dans les quatre à huit heures, elles ont commencé à mourir. Laroussi émet l’hypothèse que le panache plasmatique pourrait déclencher une sorte de réaction biochimique, induisant la mort cellulaire dans les cellules leucémiques tout en laissant les cellules normales intactes.
Selon Michael Keidar de l’Université George Washington, parmi les molécules d’un plasma froid se trouve l’ozone, qui est particulièrement réactif hence d’où l’efficacité des plasmas froids dans le traitement des infections bactériennes. Keidar étudie les traitements plasmatiques du cancer et pense que parce que les cellules cancéreuses ont des métabolismes plus élevés que les cellules saines, elles ont plus d’ozone. Ainsi, l’ajout d’encore plus de molécules d’ozone via le panache de plasma froid place les cellules cancéreuses au-dessus du seuil et déclenche la mort cellulaire, alors que les cellules saines peuvent très bien résister à l’explosion.
Auparavant, Laroussi a développé un crayon plasma rempli d’hélium capable de créer un long panache de plasma de 2 à 3 pouces, qui peut tuer les bactéries sur la surface délicate de la peau humaine sans endommager les tissus environnants. Laroussi l’a utilisé sur des bactéries e coli. D’autres groupes travaillant avec des « pistolets à jet » à plasma froid ont démontré la destruction de salmonelles et même de quelques virus.
Ces propriétés de décontamination sont incroyablement utiles pour accélérer la cicatrisation des plaies, qui comporte environ trois étapes. Il y a un stade inflammatoire, où tout est rouge et / ou enflé et douloureux, dans lequel il peut sembler que peu de guérison a réellement lieu — en fait, il est facile de confondre avec une infection réelle.
Mais il se passe toutes sortes de choses pour amener le corps à la deuxième étape: production de collagène pour renforcer la plaie. Cela peut prendre plusieurs semaines, selon la gravité de la blessure, et des cicatrices épaisses peuvent se développer.
La phase finale est appelée phase de remodelage, au cours de laquelle le corps se débarrasse de l’excès de tissu cicatriciel. Parfois, une lourde cicatrice surélevée (chéloïde) reste, si la plaie était particulièrement profonde et méchante. Être capable de tuer les bactéries réduit les risques d’infection, et être capable d’éliminer les cellules mortes et de les remplacer par des cellules saines peut accélérer considérablement ce processus de plusieurs semaines.
En 2010, des chercheurs de l’Institut d’épidémiologie et de microbiologie Gamaleya à Moscou ont utilisé une torche à plasma froid sur deux bactéries communes, Pseudomonas aeruginosa et Staphylococcus aureus, deux souches résistantes aux antibiotiques (grâce à un biofilm) qui sont courantes dans les infections des plaies. Par Discovery News: « Après cinq minutes, la torche à plasma a tué 99% des bactéries cultivées dans une boîte de Pétri, et après dix minutes, elle a tué 90% des bactéries présentes dans les plaies d’un rat. Et parce que la torche peut être dirigée vers une petite zone d’infection spécifique, les tissus environnants sont laissés sains et saufs. »
Eva Stoffels-Adamowicz de l’Université de technologie d’Eindhoven aux Pays-Bas a développé un petit appareil pratique appelé aiguille à plasma – essentiellement un mince fil de tungstène d’environ 50 millimètres de long, à l’intérieur d’un tube de quartz rempli de gaz – qui lui permet d’enlever ou de manipuler avec précision des cellules biologiques. Elle l’appelle « chirurgie sans coupure. »Il suffit de faire passer une tension à travers l’aiguille et le tour est joué! Une petite étincelle de plasma est générée à la pointe.
Ni l’aiguille à plasma ni le crayon à plasma n’utilisent de plasma froid pour effectuer une coupe réelle. Mais une société appelée Peak Surgical a un prototype de dispositif appelé lame de plasma qui utilise en fait des plasmas froids pour couper des tissus biologiques. Les scalpels chirurgicaux nous servent bien depuis très longtemps, mais bien qu’ils coupent très précisément, ils ne peuvent pas contrôler les saignements. Il existe d’autres dispositifs électrochirurgicaux qui peuvent faire les deux, mais il y a généralement des dommages thermiques aux tissus environnants.
La lame de plasma coupe, cautérise et ne brûle pas les tissus environnants, de plus, vous disposez de ces attributs de décontamination intégrés pour lutter contre l’infection et réduire l’inflammation, accélérant ainsi le processus de guérison. Peak a testé sa lame de plasma à la fois sur le tissu rétinien et sur la peau de porc.
Les plasmas froids tuent les bactéries et sauvent des vies, ce qui les rend plutôt cool.
Ermolaeva, Svetlana A. et coll. (2011) « Effets bactéricides du plasma d’argon non thermique in vitro, dans les biofilms et dans le modèle animal des plaies infectées », Journal of Medical Microbiology 60 (1): 75-83.
Laroussi, M. et al. (2006) « Inactivation des bactéries par le crayon plasma », Plasma Proc. Polym. 3: 470-473.