L’ UV lointain permet de réduire la propagation de bactéries et virus en suspension dans l’air

Des maladies comme la grippe ou la tuberculose se transmettent par voie respiratoire.  Cela constitue donc un problème majeur de santé publique et il ne faut pas s’étonner que l’on ait depuis longtemps essayé de limiter cette propagation en utilisant les propriétés microbicides des rayonnements ultraviolets. Mais les sources conventionnelles d’UVC utilisées (250 à 300 nm) ont l’inconvénient d’émettre des radiations que l’on sait être carcinogènes et cataractogènes, ce qui limite fortement leur possibilité d’emploi dans des espaces publics.

 

On a figuré ci-dessous un diagramme montrant la place des radiations ultra-violettes par rapport au spectre électromagnétique visible et infrarouge ( 1THz  =1 térahertz =1012Hz,  1 PHz = 1 pétahertz = 1015 Hz ). 

 

Des chercheurs du Center for Radiological Research, Columbia University Medical Center, New York, USA, ont montré pour la première fois qu’une partie de l’ultraviolet lointain (207 to 222 nm) inactive efficacement  dans l’air des virus présents sous forme d’aérosols sans pouvoir causer de dommages à la peau. Et ceci s’obtient avec une faible intensité lumineuse (2mj/cm2).

 

Inocuité de l’UVC 222 nm

Ils ont établi préalablement que la lumière UVC produites par des lampes du commerce émettant dans la bande  207 à 222 nm ne causait aucun dommage à la peau des mammifères. La raison biologique en est la forte absorption du lointain UVC. En effet plus la fréquence de la radiation est élevée, plus elle est fortement atténuée sur une courte distance dans un matériau biologique naturellement conducteur. Elle n’arrive donc pas à pénétrer dans la couche externe de cellules mortes de la peau humaine ni à traverser la couche de larmes existant à la surface de l’œil.

On peut voir sur l’image suivante des images au microscope de coupes de peau, les unes montrant l’épaisseur de l’épiderme, les autres, traitées par des colorants différents, mettant en évidence des cellules de l’épiderme, les kératinocytes, qui constituent à leur mort la kératine qui protège la peau. Ces coupes ont été réalisées sur la peau de souris  exposées à un rayonnement UV de longueurs d’onde 254 nm et 222nm. Des coupes correspondantes sur des souris non exposées servent de témoin pour comparaison. On en conclut que, s’il y a bien  avec la lumière à 254 nm un effet d’épaississement de l’épiderme et une multiplication des kératinocytes, on ne les observe pas plus  sur les coupes exposées à une lumière  de 222 nm que sur les coupes témoins, toutes choses égales par ailleurs.

Fig.1. Epaisseur de l’épiderme et prolifération des kératinocytes dans la peau de souris exposée à la lumière UVC. A)Coupes de la peau du dos de souris montrant l’épaisseur (e) de l’épiderme dans le cas d’une souris témoin (en haut) non exposée aux UV, d’une souris ayant reçu 157 milli-joules/cm2 d’UVC de 254 nm (au milieu) et dans celui d’une souris ayant reçu la même insolation à 222 nm (en bas). L’épaisseur de l’épiderme est 3 fois plus grande dans la coupe du milieu (254 nm) que dans les 2 autres, où elle est égale. B) Kératinocytes (cellules teintes en brun fonçé) présentes dans les coupes de peau de souris dans les mêmes conditions d’insolation qu’en A. La densité de kéranocytes est 2,5 fois plus élevée dans la microphoto du milieu (254 nm) que dans les 2 autres. Tiré de Germicidal Efficacy and Mammalian Skin Safety of 222-nm UV Light Manuela Buonanno, Brian Ponnaiya, David Welch, Milda Stanislauskas, Gerhard Randers-Pehrson, Lubomir Smilenov, Franklin D. Lowy, David M. Owens, and David J. Brenner Radiat. Res. Author manuscript; available in PMC 2017 August 10. Avec l’aimable autorisation de David J. Brenner.

Fig.1. Epaisseur de l’épiderme et prolifération des kératinocytes dans la peau de souris exposée à la lumière UVC.                                                             A) Coupes de la peau du dos de souris montrant l’épaisseur (e) de l’épiderme dans le cas d’une souris témoin (en haut) non exposée aux UV, d’une souris ayant reçu 157 milli-joules/cm2 d’UVC de 254 nm (au milieu) et dans celui d’une souris ayant reçu la même insolation à 222 nm (en bas). L’épaisseur de l’épiderme est 3 fois plus grande dans la coupe du milieu (254 nm) que dans les 2 autres, où elle est égale.                                                                                                                                                   B) Kératinocytes (cellules teintées en brun fonçé) présentes dans les coupes de peau de souris dans les mêmes conditions d’insolation qu’en A. La densité de kératinocytes est 2,5 fois plus élevée dans la microphoto du milieu (254 nm) que dans les 2 autres.                                                                                                 Tiré de Germicidal Efficacy and Mammalian Skin Safety of 222-nm UV Light Manuela Buonanno, Brian Ponnaiya, David Welch, Milda Stanislauskas, Gerhard Randers-Pehrson, Lubomir Smilenov, Franklin D. Lowy, David M. Owens, and David J. Brenner Radiat. Res. Author manuscript; available in PMC 2017 August 10. Avec l’aimable autorisation de David J. Brenner.

 

 

L’action de l’UVC 222 nm sur des virus en suspension dans un  aérosol.

Les scientifiques de Columbia ont développé un procédé de stérilisation utilisant une lumière UVC d’une longueur d’onde particulière qui inactive des microorganismes sans produire d’effets biologiques nocifs sur les cellules et tissus des mammifères.

Le rayonnement  222 nm est généré  par un banc de lampes à excimère contenant du krypton et du chlore. La fenêtre de sortie de chaque lampe est munie d’un filtre optique passe-bande centré sur une longueur d’onde de 222  nm avec une largeur à mi-hauteur de 25 nm.

Les excimères sont des molécules constituées de deux monomères (atomes ou molécules) qui ne peuvent exister qu’à l’état excité.

Pour mesurer l’efficacité de ce rayonnement sur les virus, les chercheurs ont utilisé le montage dont la figure 2 présente la photographie.
Une solution de virus est placée dans un nébuliseur médical qui émet un aérosol  chargé de virus. Celui-ci est envoyé dans une chambre d’irradiation où il est mélangé à de l’air d’humidité contrôlée. Le réglage du nébuliseur et le degré d’humidité relative détermine la taille des particules de l’aérosol. On a choisi une distribution de particules autour de 1 µm ou moins, semblable à celle des particules dans la toux humaine ou la respiration. Des filtres aux entrées et sorties d’air  empêchent toute contamination de la chambre d’irradiation et tout risque de relâche du virus à l’extérieur.

Fig.2. Photographie de la chambre d’irradiation Par souci de clarté on n’a pas inclus les lampes utilisées pour l’irradiation ni les filtres. Tiré de Far-UVC light: A new tool to controlthe spread of airborne-mediated microbial diseases David Welch, Manuela Buonanno, Veljko Grilj, Igor Shuryak, Connor Crickmore, Alan W. Bigelow, Gerhard Randers-Pehrson, Gary W. Johnson & David J. Brenner Scientific Reports 09 February 2018 CCC 4.0

Fig.2. Photographie de la chambre d’irradiation
Par souci de clarté on n’a pas inclus les lampes utilisées pour l’irradiation ni les filtres.
Tiré de Far-UVC light: A new tool to control the spread of airborne-mediated microbial diseases
David Welch, Manuela Buonanno, Veljko Grilj, Igor Shuryak, Connor Crickmore,
Alan W. Bigelow, Gerhard Randers-Pehrson, Gary W. Johnson & David J. Brenner
Scientific Reports 09 February 2018 CCC 4.0

 

Avec cet appareillage on a obtenu l’inactivation du virus (H1N1) de la grippe avec une dose d’UVC de seulement 2mJ/cm2 comme en témoigne la figure 3 ci-dessous.

Fig. 3. Efficacité antivirale de différentes faibles doses de lumière UV lointain à 222 nm. Images en fluorescence de cellules épithéliales infectées par le virus H1N1. Les virus étaient irradiés sous forme d’aérosols dans la chambre de la figure2 aux doses indiquées. Les cellules infectées fluorescent en vert. Tiré de Far-UVC light: A new tool to controlthe spread of airborne-mediatedmicrobial diseases David Welch, Manuela Buonanno, Veljko Grilj, Igor Shuryak, Connor Crickmore, Alan W. Bigelow, Gerhard Randers-Pehrson, Gary W. Johnson & David J. Brenner Scientific Reports 09 February 2018 CCC 4.0

Fig. 3. Efficacité antivirale de différentes faibles doses de lumière UV lointain à 222 nm.
Images en fluorescence de cellules épithéliales infectées par le virus H1N1. Les virus étaient irradiés sous forme d’aérosols dans la chambre de la figure2 aux doses indiquées. Les cellules infectées fluorescent en vert.
Tiré de Far-UVC light: A new tool to controlthe spread of airborne-mediatedmicrobial diseases
David Welch, Manuela Buonanno, Veljko Grilj, Igor Shuryak, Connor Crickmore,
Alan W. Bigelow, Gerhard Randers-Pehrson, Gary W. Johnson & David J. Brenner
Scientific Reports 09 February 2018 CCC 4.0

 

Pour la première fois, on a établi que de très faibles doses de lumière UVC lointain inactivent efficacement des virus en suspension dans des aérosols. A titre d’exemple, 2 mJ/cm2 de lumière à 222 nm inactive plus de 95% du virus H1N1 présent dans l’air. L’ utilisation de la lumière du lointain UVC apparaît comme une méthode puissante et peu onéreuse  pour la prévention et la réduction des infections virales en suspension dans l’air sans présenter les inconvénients et dangers des lampes germicides UVC conventionnelles. L’émission d’UVC lointain de faible intensité dans les hauteurs de salles recevant le public peut être une méthode simple et efficace pour limiter la transmission de maladies microbiennes transportées par l’air. Des endroits comme les hôpitaux, les cabinets médicaux, les écoles, les aéroports pourraient être ainsi traités. Cette technique peut aider à limiter l’épidémie saisonnière de grippe, à freiner la transmission de la tuberculose et d’autres affections pandémiques.

 

 

 

 

 

Pour en savoir plus :

Far-UVC light: A new tool to control the spread of airborne-mediatedmicrobial diseases
David Welch, Manuela Buonanno, Veljko Grilj, Igor Shuryak, Connor Crickmore,
Alan W. Bigelow, Gerhard Randers-Pehrson, Gary W. Johnson & David J. Brenner

Scientific Reports 09 February 2018

 

Germicidal Efficacy and Mammalian Skin Safety of 222-nm UV Light
Manuela Buonanno, Brian Ponnaiya, David Welch, Milda Stanislauskas, Gerhard Randers-Pehrson, Lubomir Smilenov, Franklin D. Lowy, David M. Owens, and David J. Brenner

Radiat. Res. Author manuscript; available in PMC 2017 August 10.

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