Hay dos cosas en las que la gente piensa cuando escucha la palabra «plasma».»El primero es el plasma sanguíneo, la parte líquida de la sangre que contiene las células sanguíneas en suspensión. El segundo, si amas la física, es un gas ionizado (si amas la geología, pensarás en una piedra de calcedonia verde brillante), generalmente a temperaturas bastante altas. El sol dispara arcos de plasma, por ejemplo. Los puedes encontrar en pantallas de TV de plasma, puedes usarlos para crear antenas, y los fanáticos de la ciencia ficción probablemente fantaseen con dispararles armas de fuego como un arma de alta tecnología. (El rayo es una forma de plasma.)
También hay los llamados «plasmas fríos».»Escribí sobre este tema en 2007, tanto en Physics Today como en Cocktail Party Physics, centrándose en su potencial para matar bacterias, eliminar la placa dental, aflojar las conexiones entre las células que componen el tejido biológico, ayudar a coagular la sangre y reducir el sangrado después de una herida o durante una cirugía, y tal vez incluso eliminar tumores cancerosos. Y un artículo de octubre en el Journal of Physics D: Applied Physics describe un nuevo dispositivo de plasma frío potencialmente revolucionario, similar a un soplete, para tratar la leucemia de cáncer de sangre.
«Tenemos un dispositivo realmente increíble», dijo el autor principal Mounir Laroussi (Old Dominion University) a la gente de Physics Buzz. «Podemos generar un haz de plasma a temperatura ambiente. No quema nada, no destruye ni hace agujeros. Puedes tocarlo con la mano.»Los resultados de Laroussi son bastante sorprendentes: después de solo 10 minutos de exposición al plasma frío, más del 90% de las células leucémicas del estudio fueron destruidas.
El término «frío» puede ser un poco engañoso. (Por ejemplo, la «superconductividad a alta temperatura» tiene lugar a temperaturas comunes al nitrógeno líquido.) Muchos plasmas fríos son «fríos» en comparación con, por ejemplo, el sol, pero todavía bastante calientes: del orden de 70 a 100 grados centígrados. Aplícalo al tejido humano vivo, y se quemará. Mal.
Aún así, son útiles para cosas como esterilizar agua potable y descontaminar superficies industriales. Esto se debe a que matan («inactivan») las bacterias al destruir la membrana celular bacteriana a través de una combinación letal de partículas cargadas, radicales libres y radiación UV. También trabajan rápido: la Fuerza Aérea tiene un programa activo de investigación de plasma frío, que los usa para descomponer los químicos que se encuentran en toxinas como el ántrax en cuestión de minutos, en comparación con varias horas para otros métodos.
En algún momento a finales de la década de 1990, los investigadores descubrieron cómo crear plasmas fríos a temperatura ambiente en el laboratorio, por lo que, por primera vez, podrían probarse en tejido biológico. Y ese es el foco de la investigación de Laroussi. Por Zumbido de física:
Los científicos crean plasma frío enviando electrones súper rápidos a través de gases como el helio y el aire. Estos electrones golpean los átomos y moléculas con tanta energía que extraen los electrones más externos de los átomos y moléculas en el gas, creando una mezcla espesa de electrones libres e iones libres. El gas permanece alrededor de la temperatura ambiente, explicó Laroussi, porque la energía requerida para separar los electrones de sus átomos se disipa rápidamente, dejando los iones de gas fríos.
Hubo un intrigante efecto retardado con el soplete de plasma. Mientras que las células leucémicas parecían estar bien inmediatamente después de ser atacadas con el penacho de plasma frío durante diez minutos, dentro de cuatro a ocho horas comenzaron a morir. Laroussi plantea la hipótesis de que el penacho de plasma podría desencadenar una especie de reacción bioquímica, induciendo la muerte celular en las células leucémicas mientras deja intactas las células normales.
Según Michael Keidar de la Universidad George Washington, entre las moléculas de un plasma frío está el ozono, que es especialmente reactivo, de ahí la eficacia de los plasmas fríos en el tratamiento de infecciones bacterianas. Keidar estudia los tratamientos con plasma para el cáncer y piensa que, debido a que las células cancerosas tienen metabolismos más altos que las células sanas, tienen más ozono. Por lo tanto, la adición de aún más moléculas de ozono a través del penacho de plasma frío coloca a las células cancerosas por encima del umbral y desencadena la muerte celular, mientras que las células sanas pueden soportar la explosión perfectamente.
Anteriormente, Laroussi desarrolló un lápiz de plasma lleno de helio capaz de crear un penacho de plasma largo de 2 a 3 pulgadas, que puede matar bacterias en la delicada superficie de la piel humana sin dañar el tejido circundante. Laroussi lo ha usado en la bacteria E. coli. Otros grupos que trabajan con «pistolas de chorro» de plasma frío han demostrado la destrucción de salmonella e incluso de algunos virus.
Esas propiedades de descontaminación son increíblemente útiles para ayudar a acelerar la cicatrización de heridas, que tiene aproximadamente tres etapas. Hay una etapa inflamatoria, donde todo está rojo y / o hinchado y doloroso, en la que podría parecer que en realidad se está produciendo poca curación — de hecho, es fácil confundir con una infección real.
Pero hay todo tipo de cosas va a pedir el cuerpo en la segunda etapa: producir colágeno para fortalecer la herida. Esto puede llevar varias semanas, dependiendo de la gravedad de la lesión, y se pueden desarrollar cicatrices gruesas.
La etapa final se denomina fase de remodelación, en la que el cuerpo elimina el exceso de tejido cicatricial. A veces, aún queda una cicatriz elevada (queloide), si la herida era especialmente profunda y desagradable. Ser capaz de matar bacterias reduce la posibilidad de infección, y ser capaz de eliminar células muertas y reemplazarlas con células sanas puede acelerar significativamente este proceso de semanas de duración.
En 2010, investigadores del Instituto Gamaleya de Epidemiología y Microbiología de Moscú utilizaron una antorcha de plasma frío en dos bacterias comunes, Pseudomonas aeruginosa y Staphylococcus aureus, ambas cepas resistentes a los antibióticos (gracias a una biopelícula) que son comunes en infecciones de heridas. Según Discovery News: «Después de cinco minutos, la antorcha de plasma mató al 99 por ciento de las bacterias cultivadas en una placa de Petri, y después de diez minutos, mató al 90 por ciento de las bacterias presentes en las heridas de las ratas. Y debido a que la antorcha se puede dirigir a un área específica y pequeña de infección, el tejido circundante queda ileso.»
Eva Stoffels-Adamowicz de la Universidad Tecnológica de Eindhoven en los Países Bajos desarrolló un pequeño y práctico dispositivo llamado aguja de plasma, básicamente un delgado alambre de tungsteno de unos 50 milímetros de largo, dentro de un tubo de cuarzo lleno de gas, que le permite eliminar o manipular con precisión las células biológicas. Ella lo llama » cirugía sin cortarse.»¡Solo pasa un voltaje a través de la aguja y listo! Se genera una pequeña chispa de plasma en la punta.
Ni la aguja de plasma ni el lápiz de plasma están usando plasma frío para hacer el corte real. Pero una compañía llamada Peak Surgical tiene un prototipo de dispositivo llamado Lámina de plasma que en realidad usa plasmas fríos para cortar tejido biológico. Los bisturíes quirúrgicos nos han servido bien durante mucho tiempo, pero aunque cortan con mucha precisión, no pueden controlar el sangrado. Hay dispositivos electroquirúrgicos alternativos que pueden hacer ambas cosas, pero generalmente hay algún daño térmico acompañante en el tejido circundante.
La cuchilla de plasma corta, cauteriza y no quema el tejido circundante, además de que tiene esos atributos de descontaminación incorporados para combatir las infecciones y reducir la inflamación, acelerando así el proceso de curación. Peak ha probado su lámina de plasma tanto en tejido retiniano como en piel de cerdo.
Los plasmas fríos matan bacterias y salvan vidas, lo que los hace bastante geniales.
Ermolaeva, Svetlana A. et al. (2011) «Bactericidal effects of non-thermal argon plasma in vitro, in biofilms and in the animal model of infected wounds,» Journal of Medical Microbiology 60 (1): 75-83.
Laroussi, M. et al. (2006)» Inactivation of bacteria by the plasma pencil, » Plasma Proc. Polym. 3: 470-473.