Lasertherapie ATP, NO, zelluläre Effekte

Photomedizin und Laserchirurgie, Band 31, Nummer 2, 2013


Laserstrahlung mit niedriger Intensität bei 660 nm stimuliert die Transkription von Genen, die an der Elektronentransportkette beteiligt sind

Kurzfassung

Hintergrunddaten:Es hat sich gezeigt, dass eine niedrig-intensive Laserbestrahlung (LILI) die Zellfunktionen stimuliert und zu einer erhöhten Adenosintriphosphat (ATP)-Synthese führt. Diese Studie wurde durchgefÃ?hrt, um die Wirkung von LILI auf Gene zu bewerten, die an der mitochondrialen Elektronentransportkette (ETC, Komplexe Iâ€�IV) und der oxidativen Phosphorylierung (ATP-Synthase) beteiligt sind.

Die Methoden: In dieser Studie wurden vier humane Hautfibroblasten-Zellmodelle verwendet, normale, nicht bestrahlte Zellen wurden als Kontrollen verwendet, wÃ?hrend Verwundete, diabetische Verwundete und ischÃ?mische Zellen bestrahlt wurden. Die Zellen wurden mit einem 660-nm-Diodenlaser mit einer Fluenz von 5 J/cm2 bestrahlt und die Genexpression durch quantitative Echtzeit-Reverse-Transkription (RT) Polymerase-Kettenreaktion (PCR) bestimmt. Ergebnisse: LILI regulierte die Cytochrom-c-Oxidase-Untereinheit VIb-Polypeptid 2 (COX6B2), die Cytochrom-c-Oxidase-Untereinheit VIc (COX6C) und die Pyrophosphatase (anorganisch) 1 (PPA1) in diabetischen Wundzellen hochreguliert; COX6C, ATP-Synthase, H+-transportierender, mitochondrialer Fo-Komplex, Untereinheit B1 (ATP5F1), Nicotinamid-Adenin-Dinucleotid (NADH)-Dehydrogenase (Ubiquinon) 1 alpha-Subkomplex, 11 (NDUFA11) und NADH-Dehydrogenase (Ubiquinon) Fe-S-Protein 7 (NDUFS7) in verwundeten Zellen; und ATPase, H+/K+-austauschendes, beta-Polypeptid (ATP4B) und ATP-Synthase, H+-transportierender, mitochondrialer Fo-Komplex, Untereinheit C2 (Untereinheit 9) (ATP5G2) in ischämischen Zellen.

Schlussfolgerungen: LILI bei 660 nm stimuliert die Hochregulation von Genen, die für Untereinheiten von Enzymen kodieren, die an den Komplexen I und IV und der ATP-Synthase beteiligt sind.


Photomedizin und Laserchirurgie. August 2012, 30(8): 451-459.


Wirkung von 635-nm-Leuchtdiodenbestrahlung auf die intrazelluläre Superoxid-Anionenspülung unabhängig vom zellulären enzymatischen Antioxidationssystem

Um diesen Artikel zu zitieren:
WonBong Lim, JiSun Kim, ChaeGwang Lim, SangWoo Kim, SangMi Jeon, Sandeep Karna, MinSung Cho, HongRan Choi und OkJoon Kim. Fotomedizin und Laserchirurgie. August 2012, 30(8): 451-459. doi:10.1089/pho.2011.3199.


Kurzfassung

Zielsetzung: Das Ziel dieser Studie war es, die reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) zu untersuchen, die durch 635nm-Befeldung dissipiert werden, und die Wirkung von 635nm-Befeldung auf das ROS-Absaugsystem.

Hintergrunddaten: Intrazelluläre ROS werden in Form eines Superoxid-Anions entweder durch Nicotinamid-Adenin-Dinucleotid-Phosphat (NADPH)-Oxidase oder Xanthin-Oxidase als Reaktion auf eine Reihe von Stimuli erzeugt. Schwache Lichtbestrahlung senkt den intrazellulären ROS-Spiegel und wurde in klinischen Situationen zur Senkung des Niveaus von oxidativem Stress eingesetzt.

Methode: Menschliche Epithelzellen wurden exogenen und endogenen Oxidationsmitteln ausgesetzt, die die Erzeugung schädlicher ROS fördern. Diese wurden dann mit 635â€�nm LED-Licht, 5 mW/cm2 fÃ?r 1â€�h, 18â€�J/cm2 oder mit 470â€�nm LED-Licht, ebenfalls 5 mW/cm2 fÃ?r 1â€�h, 18â€�J/cm2 auf einer 9â€�cm Zellkulturschale bestrahlt. Nach der Bestrahlung wurden die MTT-Reduktionsmethode und ein kolorimetrischer Malondialdehyd (MDA)-Test in Xanthin/Xanthinoxidase (XXO)- oder Wasserstoffperoxid (H2O2)-behandelten HaCaT-Zellen durchgefÃ?hrt. Das Superoxid-Anion wurde mit einem Elektronenspinresonanz-Spektrometer (ESR) unter Verwendung von 5,5-Dimethyl-1-pyrrolin-N-oxid (DMPO) als Spinfalle nachgewiesen, und H2O2 wurde mittels Durchflusszytometrie unter Verwendung von 2′,7′-Dichlordihydrofluoresceindiacetat (H2DCF-DA) bestimmt.

Die Ergebnisse: Bestrahlung bei 635�nm erhöhte die Zelllebensf�higkeit in den XXO-behandelten HaCaT-Zellen. Außerdem hatte die Bestrahlung eine viel geringere Auswirkung auf die Zelllebensf�higkeit der mit exogenem H2O2 behandelten HaCaT-Zellen im Vergleich zu den mit N-Acetyl-L-Cystein behandelten Zellen. Das Niveau des Superoxid-Anions stieg als Reaktion auf die XXO-Behandlung an und ging dann nach 635�nm Bestrahlung zur�ck. Die Bestrahlung mit 635�nm f�hrte zu einer Abnahme des Superoxidanions und der Lipidperoxidationsspiegel in Anwesenheit oder Abwesenheit von Diethyldithiocarbamat.

Schlussfolgerungen: Diese Ergebnisse unterstreichen die potenzielle Rolle der Bestrahlung mit 635�nm beim Schutz vor oxidativem Stress durch das Abfangen von Superoxid-Anionen. Außerdem könnte ein Weg, der unabh�ngig von den Aktivit�ten intrazellul�rer enzymatischer ROS-F�nger wie Superoxid-Dismutase, Glutathion-Peroxidase und Katalase ist, an seinem Wirkungsmechanismus beteiligt sein.


Laser-Photobiomodulation der Genexpression und Freisetzung von Wachstumsfaktoren und Zytokinen aus Zellen in Kultur:

Ein Überblick über Human- und Tierstudien


Philip V. Peplow, Ph.D.,1 Tzu-Yun Chung, BMedSc,1 Brigid Ryan, B.A.,2 und G. David Baxter, DPhil2


Kurzfassung

Ziel: Ziel dieser Arbeit war es, experimentelle Studien zur Laserbestrahlung von menschlichen und tierischen Zellen in Kultur zu überprüfen, um die photobiomodulatorischen Wirkungen einer solchen Bestrahlung auf die Genexpression und Freisetzung von Wachstumsfaktoren und Zytokinen zu bewerten. Zum Hintergrund: Frühere Studien haben berichtet, dass die Freisetzung bestimmter Wachstumsfaktoren und Zytokine durch verschiedene Arten von Zellen durch Laserbestrahlung moduliert werden kann. Ein Überblick über neuere Studien könnte weitere Einblicke in die klinischen Effekte geben, die durch Laserbestrahlung von Zellen und Geweben hervorgerufen werden, einschließlich Veränderungen bei Entzündungen und Zellproliferation.

Die Methoden: Es wurde eine systematische Durchsicht von Original-Forschungsarbeiten abgeschlossen, die die Auswirkungen der Laser-Phototherapie auf die Genexpression und Freisetzung dieser Mediatoren aus menschlichen und tierischen Zellen in Kultur untersuchten (Januar 2002 bis September 2009). Relevante Arbeiten wurden hauptsächlich aus den Datenbanken PubMed und Medline abgerufen. Die Suchbegriffe waren â€�â€�growth factorsâ€�â€�, â€�â€�cytokinesâ€�â€�, â€�â€�laser therapyâ€�â€�, â€�â€�laser irradiationâ€�â€�, â€�â€�laser phototherapy,â€�â€� und â€�â€�phototherapyâ€�â€�â€�. Die Ergebnisse: Insgesamt wurden 17 relevante Papiere in die Ãœbersicht einbezogen, die Studien zu einer Vielzahl von Zelltypen umfassen. BetrÃ?chtliche Variationen im Forschungsdesign, in der Methodik und den verwendeten Bestrahlungsparametern traten auf, was den Vergleich der Forschungsergebnisse zwischen den Studien einschrÃ?nkt. Die Ergebnisse zeigten, dass Laserbestrahlung mit grünen, roten oder infraroten Wellenlängen bei einer Reihe von Dosisparametern signifikante Veränderungen in der zellulären Genexpression und Freisetzung dieser Mediatoren verursachen kann und dass solche Effekte von der Wellenlänge und der Strahlungsexposition abhängen.

Schlussfolgerungen: Die Ergebnisse der überprüften Studien zeigen deutlich die Fähigkeit der Laserbestrahlung, die Genexpression und die Freisetzung von Wachstumsfaktoren und Zytokinen aus Zellen in Kultur zu modulieren. Es sind weitere Arbeiten auf klinischer Ebene angezeigt, um die mutmaßliche klinische Relevanz dieser Effekte auf zellulärer Ebene zu klären.


Intrazellulärer ATP-Spiegelanstieg in Lymphozyten, die mit Infrarot-Laserlicht der Wellenlänge 904 nm bestrahlt wurden

Stefano Benedicenti, D.D.S.,1 Isidoro Mario Pepe,1 Francesca Angiero, M.D.,2 und Alberico Benedicenti, D.D.S.1


Kurzfassung

Zielsetzung: Es wird berichtet, dass rote und Nah-Infrarot-Laserbestrahlung eine Reihe von biologischen Effekten auf kultivierte Zellen und verschiedene Gewebe hat, was zu der Hypothese führt, dass Laserlicht den Energiestoffwechsel beeinflussen kann. Es wurde über eine erhöhte Adenosintriphosphat (ATP)-Synthese in kultivierten Zellen und Ratten-Gehirngewebe nach Bestrahlung bei 632,8 nm bzw. 830 nm berichtet. Diese Studie untersuchte, ob diodengepulste Laserbestrahlung die ATP-Produktion in Lymphozyten erhöht.

Materialien und Methoden: Aliquots (500 L) eines Extraktes von kultivierten Lymphozyten der Molt-4-Zelllinie wurden mit Diodenlaserlicht ( 904 nm, gepulster Modus, 6 kHz Frequenz) mit einer durchschnittlichen Emissionsleistung von 10 mW für 60 min bestrahlt. Zur Messung der Lichtintensität wurde ein Leistungsmesser von Spectra Physics M404 verwendet. Die Kontrollen wurden ähnlich behandelt, aber nicht bestrahlt. Die ATP-Menge wurde mit dem Luciferin-Luciferase-Biolumineszenz-Assay gemessen.

Ergebnisse: Die ATP-Menge in bestrahlten Zellkulturen betrug 10,79 0,15 g/L (SD; n 10), und in nicht bestrahlten Zellkulturen 8,81 0,13 g/L (SD; n 10). Der durchschnittliche prozentuale Anstieg der bestrahlten gegenüber den Kontrollzellkulturen betrug etwa 22,4% 0,56% SD (p 0,001).

Schlussfolgerungen: Diese signifikante Erhöhung ist wahrscheinlich auf die Laserbestrahlung zur�ckzuf�hren; sie kann nicht auf einen thermischen Effekt zur�ckgef�hrt werden, da die Temperatur w�hrend der Bestrahlung auf 37,0° 0,5°C gehalten wurde. Somit sind die therapeutischen Effekte der biostimulierenden Kraft dieses Lasertyps identifiziert und die Indikationen können erweitert werden.


Ga-As (808 nm) Laserbestrahlung verstärkt die ATP-Produktion in menschlichen Neuronenzellen in Kultur

Juni 2007, Band 25, Nr. 3 : 180 -182

U. Oron, Ph.D.
Photothera Inc., Carlsbad, Kalifornien.

S. Ilic, M.D.
Photothera Inc. mit Sitz in Carlsbad, Kalifornien.

L. De Taboada, M.S.E.E.
Photothera Inc. mit Sitz in Carlsbad, Kalifornien.

J. Streeter, M.D.
Photothera Inc. mit Sitz in Carlsbad, Kalifornien.

Zielsetzung: Ziel der vorliegenden Studie war es zu untersuchen, ob Ga-As-Laserbestrahlung die Adenosintriphosphat (ATP)-Produktion in normalen menschlichen neuralen Vorläuferzellen (NHNP) in Kultur steigern kann. Die Methoden: NHNP wurden in Gewebekultur gezüchtet und mit Ga-As-Laser (808 nm, 50 mW/cm2, 0,05 J/cm2) behandelt, und ATP wurde 10 Minuten nach der Laseranwendung bestimmt.

Ergebnisse: Die Menge an ATP in den laserbehandelten Zellen betrug 7513 ± 970 Einheiten, was signifikant höher war (p < 0,05) als die der unbehandelten Zellen, die 3808 ± 539 ATP-Einheiten enthielten.

Schlussfolgerungen: Die Laseranwendung auf NHNP-Zellen erhöht die ATP-Produktion in diesen Zellen signifikant. Diese Befunde könnten die positiven Effekte der Low-Level-Lasertherapie (LLLT) bei gestreichelten Ratten erklÃ?ren. Gewebekulturen von NHNP-Zellen könnten ein gutes Modell zur Untersuchung der Mechanismen bieten, die mit der Förderung der ATP-Produktion im Nervensystem durch LLLT verbunden sind.


Photochemie und Photobiologie der Lichtabsorption durch lebende Zellen

Apr 2006, Vol. 24, Nr. 2: 179-185 Photomedizin und Laserchirurgie

Dr. Rachel Lubart, Ph.D.
Fakultät für Physik, Bar-Ilan-Universität, Ramat-Gan, Israel.

Dr. Ronit Lavi, Ph.D.
Fakultät für Chemie, Bar-Ilan-Universität, Ramat-Gan, Israel.

Harry Friedmann, Ph.D.
Fachbereich Chemie, Bar-Ilan-Universität, Ramat-Gan, Israel.

Dr. Shimon Rochkind, M.D.
Abteilung für die Rekonstruktion peripherer Nerven, Tel-Aviv Sourasky Medical Center, Universität Tel-Aviv, Tel-Aviv, Israel.

Zielsetzung: In dieser Übersicht fassen wir einen Teil unserer Forschung über photobiostimulative Effekte auf Kardiomyozyten, Spermien und Nervenzellen zusammen. Wir konzentrieren uns auf Ergebnisse, die zeigen, dass die Photobiostimulation durch die Arndt-Schultz (A.S.)-Kurve beschrieben werden kann.

Ergebnisse: Die Überwachung eines Anstiegs der Konzentration reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) nach Bestrahlung mit sichtbarem Licht beschreibt den aufsteigenden Teil der A.S.-Kurve, während diejenigen, die die antioxidative Rolle der Photobiostimulation beschreiben, den absteigenden Teil der Kurve darstellen.


Photoengineering der Gewebereparatur in Skelett- und Herzmuskeln

Apr 2006, Vol. 24, Nr. 2: 111-120, Photomedizin und Laserchirurgie

Dr. Uri Oron, Ph.D.
Abteilung für Zoologie, The George S. Wise Faculty of Life Sciences, Universität Tel-Aviv, Tel-Aviv, Israel.

In diesem Bericht wird die Anwendung der He-Ne-Laserbestrahlung auf verletzte Muskeln bei optimaler Leistungsdichte und optimalem Timing erörtert, wobei festgestellt wurde, dass sie die (zweifache) Muskelregeneration bei Ratten und noch mehr bei den Kaltblutkröten signifikant verbessert. Die mehrfache und häufige (tägliche) Anwendung des Lasers im Krötenmodell erwies sich als weniger effektiv als die Bestrahlung an abwechselnden Tagen. Es wurde festgestellt, dass bei der Ischämie/Reperfusions-Verletzungsart in den Skelett-Beinmuskeln (3 h Ischämie) die infrarote Ga-Al-As-Laserbestrahlung die Muskeldegeneration reduzierte, den Gehalt an zytoprotektiven Hitzeschockproteinen (HSP-70i) erhöhte und eine Verdoppelung der Gesamt-Antioxidantien bewirkte. In-vitro-Studien an myogenen Satellitenzellen (SC) zeigten, dass die Phototherapie ihre Proliferation wiederherstellte. Die Phototherapie induzierte in diesen Zellen die Phosphorylierung von mitogen-aktivierter Proteinkinase/extrazellulärer signalregulierter Proteinkinase (MAPK/ERK), wahrscheinlich durch spezifische Rezeptorphosphorylierung. Der Eintritt in den Zellzyklus und die Anhäufung von Satellitenzellen um isolierte einzelne in vitro kultivierte Myofasern wurde ebenfalls durch die Phototherapie stimuliert. Die Phototherapie hatte auch positive Auswirkungen auf ischämische Herzmodelle von Maus, Ratte, Hund und Schwein. In diesen Modellen wurde festgestellt, dass die Phototherapie das nach der Induktion eines Myokardinfarkts (MI) gebildete Narbengewebe deutlich und signifikant (50â€�70%) reduzierte. Der phototherapeutische Effekt war mit der Reduktion der ventrikulÃ?ren Dilatation, der Erhaltung der Mitochondrien und der Erhöhung von HSP- 70i und ATP in der Infarktzone assoziiert.


BIOPHYSIKALISCHE ASPEKTE DER LOW-LEVEL-LASERTHERAPIE

Herbert Klima Atominstitut der Österreichischen Universitäten, Wien, Österreich

Biophysikalische Aspekte der Low-Level-Lasertherapie werden aus zwei Blickwinkeln diskutiert: aus elektromagnetischer und thermodynamischer Sicht. Aus elektromagnetischer Sicht werden lebende Systeme hauptsächlich durch die elektromagnetische Wechselwirkung gesteuert, deren wechselwirkende Teilchen Photonen genannt werden. Jede Wechselwirkung zwischen Molekülen, Makromolekülen oder lebenden Zellen ist grundsätzlich elektromagnetisch und wird durch Photonen gesteuert. Aus diesem Grund müssen wir erwarten, dass elektromagnetische Einflüsse wie Laserlicht der richtigen Wellenlänge einen bemerkenswerten Einfluss auf die Regulation lebender Prozesse haben werden. Ein eindrückliches Beispiel für diese regulierende Funktion verschiedener Wellenlängen des Lichts findet sich im Bereich der Botanik, wo Photonen von 660 nm in der Lage sind, das Wachstum von Pflanzen auszulösen, was unter anderem zur Bildung von Knospen führt. Andererseits kann die Bestrahlung von Pflanzen mit Photonen der Wellenlänge 730 nm das Wachstum und die Blüte stoppen. Menschliche phagozytierende Zellen emittieren von Natur aus Licht, das mit Einzelphotonen-Zählmethoden nachgewiesen werden kann. Singulett-Sauerstoffmoleküle sind die Hauptquellen für dieses Licht, das bei 480, 570, 633, 760, 1060 und 1270 nm Wellenlänge emittiert wird. Auf der anderen Seite können menschliche Zellen (Leukozyten, Lymphozyten, Stammzellen, Fibroblasten usw.) durch Laserlicht niedriger Leistung genau dieser Wellenlängen stimuliert werden.

Aus thermodynamischer Sicht sind lebende Systeme - im Gegensatz zu toten Organismen - offene Systeme, die einen Stoffwechsel benötigen, um ihren geordneten Lebenszustand aufrechtzuerhalten. Solche Zustände können nur weit entfernt vom thermodynamischen Gleichgewicht existieren, so dass Wärme abgeführt werden muss, um ihre hohe Ordnung und Komplexität aufrechtzuerhalten. Solche Nichtgleichgewichtssysteme werden als dissipative Strukturen bezeichnet, die von dem Nobelpreisträger I. Prigogine vorgeschlagen wurden. Eines der Hauptmerkmale der dissipativen Strukturen ist ihre Fähigkeit, sehr sensibel auf schwache Einflüsse zu reagieren, d.h. sie sind in der Lage, selbst sehr kleine Reize zu verstärken. Daher müssen wir erwarten, dass selbst schwaches Laserlicht der richtigen Wellenlänge und der richtigen Bestrahlung in der Lage sein sollte, die Dynamik der Regulation in lebenden Systemen zu beeinflussen. So wird z.B. der Übergang von einer ruhenden zu einer sich teilenden Zelle während eines bereits durch kleinste Fluktuationen beeinflussten Phasenübergangs stattfinden. Äussere Reize können diese Phasenübergänge induzieren, die sonst gar nicht stattfinden würden. Diese durch Licht induzierten Phasenübergänge lassen sich durch verschiedene chemische und physiologische Reaktionen als spezielle Arten von dissipativen Systemen eindrucksvoll darstellen.

Eine der wichtigsten biochemischen Reaktionen, die in den Mitochondrien lokalisiert ist, ist die Oxidation von NADH in der Atmungskette der aeroben Zellen. Eine ähnliche Reaktion hat sich als ein dissipativer Prozess erwiesen, der ein oszillierendes und chaotisches Verhalten zeigt und in der Lage ist, Photonen der richtigen Wellenlänge zu absorbieren und zu verstärken. Eine Vielzahl von experimentellen und klinischen Ergebnissen auf dem Gebiet der Low-Level-Lasertherapie unterstützt diese beiden biophysikalischen Gesichtspunkte bezüglich der Wechselwirkung zwischen Leben und Laserlicht. Unsere früheren, aber auch unsere jüngsten experimentellen Ergebnisse über die Auswirkungen von Laserlicht niedriger Intensität auf menschliche Zellen sind Schritte in diese Richtung. Mit Hilfe zytometrischer, photometrischer und radiochemischer Methoden wird gezeigt, dass die Zunahme oder Abnahme des Zellwachstums von den verwendeten Wellenlängen (480, 570, 633, 700, 760, 904, 1060, 1270 nm), von der Bestrahlungsstärke (100 - 5000 J/m2), von der zu Laserstrahlen modulierten Pulsfolge (konstante, periodische, chaotische Pulse), von der Art der Zellen (Leukozyten, Lymphozyten, Fibroblasten, normale und Krebszellen) und von der Zelldichte in Gewebekulturen abhängt.

Unsere experimentellen Ergebnisse unterstützen unsere Hypothese, die besagt, dass Triplett-Sauerstoffmoleküle in der Lage sind, Laserlicht bei Wellenlängen von 480, 570, 633, 700, 760, 904, 1060, 1270 nm richtig zu absorbieren und so Singulett-Sauerstoffmoleküle zu erzeugen. Singulett-Sauerstoff nimmt an vielen Stoffwechselprozessen teil, z.B. an der katalytischen Oxidation von NADH, das sich als ein dissipatives System erwiesen hat, das weit vom thermodynamischen Gleichgewicht entfernt ist und selbst auf kleine Reize reagiert. Daher geht man davon aus, dass Laserlicht mit der richtigen Wellenlänge und Bestrahlungsstärke in der Low-Level-Lasertherapie in der Lage ist, Sauerstoffmoleküle auszustoßen und dadurch den Stoffwechsel zu beeinflussen oder zu verstärken und somit grundlegende Heilungsprozesse zu beeinflussen und zu unterstützen.


Amat A, Rigau J, Nicolaua R, Aalders M et al.


Wirkung von rotem und nah-infrarotem Laserlicht auf Adenosintriphosphat (ATP) in der Luciferin�luciferase-Reaktion.

Zeitschrift fÃ?r Photochemie und Photobiologie A: Chemie. 2004; 168 (1-2): 59-65.

Adenosintriphosphat (ATP) ist ein wichtiges MolekÃ?l in der Biologie, weil es chemische Energie speichert und sie an die biochemischen Prozesse in der Zelle abgibt. In dieser Studie analysierten die Autoren das biochemische Verhalten von ATP nach Bestrahlung mit 635 und 830 nm Diodenlasern. Sie analysierten den Lumineszenzpeak, die Reaktionsgeschwindigkeit und die FlÃ?che unter der Lumineszenzkurve unter 2Ã�10â��9 mol/l ATP in der Lumineszenzreaktion luciferineâ€�luciferase vor und nach der Bestrahlung des MolekÃ?ls bei verschiedenen BestrahlungsstÃ?rken und Bestrahlungen. Das Absorptionsspektrum von ATP in der Konzentration 3Ã�10â��3mol/l wurde zwischen 650 und 900 nm nach Laserbestrahlung bei 635 nm (Argon-Farbstoff) und 830 nm (Diodenlaser) gemessen. Es wurden signifikante Unterschiede in den gemessenen Parametern festgestellt, wenn ATP mit beiden Wellenlängen bestrahlt wurde. Die Absorptionsspektren von nicht-bestrahltem und bestrahltem ATP zeigten einen physikalischenâ€�chemical Unterschied im ATP-MolekÃ?l nach der Bestrahlung mit beiden Lasern. Daraus kann geschlossen werden, dass sich das sichtbare und Nah-IR-Laserlicht mit den in dieser Studie verwendeten Parametern das biochemische Verhalten der ATP-MolekÃ?le verÃ?nderte.


MECHANISMEN DER WIRKUNG VON LASERLICHT NIEDRIGER LEISTUNG AUF ZELLULÄRER EBENE

Tiina-Karu-Institut für Laser- und Informatiktechnologien des russischen Akad. Sci., 142092 Troitsk, Gebiet Moskau, Russische Föderation

Cytochrom c-Oxidase wird als möglicher Photoakzeptor diskutiert, wenn Zellen mit monochromatischer roter bis Nah-IR-Strahlung bestrahlt werden. Es werden vier primäre Wirkungsmechanismen untersucht: Veränderungen der Redox-Eigenschaften der Komponenten der Atmungskette nach der Photoanregung ihrer elektronischen Zustände, Erzeugung von Singulett-Sauerstoff, lokalisierte vorübergehende Erwärmung absorbierender Chromophore und erhöhte Superoxid-Anionenproduktion mit anschließender Erhöhung der Konzentration des Produkts seiner Dismutation, H2O2. Eine Kaskade von Reaktionen, die mit einer Änderung der Parameter der zellulären Homöostase (pHi, [Cai], cAMP, Eh, [ATP] und einige andere) verbunden sind, wird als eine Kette der Photosignaltransduktion und -verstärkung in einer Zelle betrachtet (sekundäre Mechanismen).


Wirkung von Laserstrahlung niedriger Intensität (3,75-25 J/cm2) im nahen Infrarot (810 nm) auf die ATPase-Aktivitäten der roten Blutkörperchen und die Membranstruktur

Kujawa J; Zavodnik L; Zavodnik I; Buko V; Lapshyna A; Bryszewska M

Zeitschrift für klinische Lasermedizin und -chirurgie; VOL: 22 (2); S. 111-7 /200404/

Abteilung für Rehabilitation, Medizinische Universität Lodz, Lodz, Polen. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

Zielsetzung: Die biostimulierenden und therapeutischen Wirkungen von Laserstrahlung niedriger Leistung verschiedener Wellenlängen und Lichtdosen sind bekannt, aber der genaue Wirkungsmechanismus der Laserstrahlung an lebenden Zellen ist noch nicht verstanden. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Wirkung von Laserstrahlung (810 nm, Strahlungsbelastung 3,75-25 J/cm(2)) auf die Struktur von Protein- und Lipidkomponenten der Erythrozytenmembranen und deren funktionelle Eigenschaften zu untersuchen. Die Rolle der Membran-ATPasen als mögliche Ziele der Laserbestrahlung wurde analysiert.

Hintergrunddaten: Eine Vielzahl von Studien sowohl in vivo als auch in vitro zeigten einen signifikanten Einfluss der Laserbestrahlung auf den Funktionszustand der Zellen. Gleichzeitig fand eine andere Gruppe von Arbeiten keine nachweisbaren Effekte der Lichtexposition. Einige unterschiedliche Erklärungen, die auf der Lichtabsorption durch primäre endogene Chromophore (mitochondriale Enzyme, Cytochrome, Flavine, Porphyrine) basieren, wurden vorgeschlagen, um biologische Effekte von Laserlicht zu beschreiben. Es wurde vorgeschlagen, dass die Optimierung der strukturell-funktionellen Organisation der Erythrozytenmembran als Folge der Laserbestrahlung die Grundlage für die Verbesserung der Herzfunktion bei Patienten unter einer Lasertherapie sein könnte. MATERIALIEN UND METHODEN: Menschliche Erythrozyten oder isolierte Zellmembranen wurden mit Laserlicht niedriger Intensität (810 nm) bei verschiedenen Bestrahlungsstärken (3,75-25 J/cm(2)) und Lichtleistungen (Fluenzrate; 10-400 mW) bei 37 Grad C bestrahlt. Als Parameter zur Charakterisierung der strukturellen und funktionellen Veränderungen von Zellmembranen wurden die Aktivitäten der Na(+)-, K(+)- und Mg(2+)-ATPasen, die Tryptophanfluoreszenz von Membranproteinen und die Fluoreszenz von Pyren, das in die Membranlipid-Doppelschicht eingebaut ist, verwendet. ERGEBNISSE: Es wurde festgestellt, dass Nah-Infrarot-Laserstrahlung niedriger Intensität die ATPase-Aktivitäten der Membran-Ionenpumpen dosis- und fluenzgeschwindigkeitsabhängig verändert. Gleichzeitig wurden keine Veränderungen solcher integraler Parameter wie Zellstabilität, Membranlipidperoxidationsspiegel, intrazellulär reduzierter Glutathion- oder Oxyhämoglobinspiegel beobachtet. Bei einer Laserleistung von 10 mW wurde eine Erhöhung der ATPase-Aktivität mit maximaler Wirkung bei 12-15 J/cm(2) Lichtdosis (18-26% für die gesamte ATPase-Aktivität) beobachtet. Bei einer Laserleistung von 400 mW (Fluenzgeschwindigkeit signifikant erhöht) wurde eine Hemmung der ATPase-Aktivität, die hauptsächlich auf die Hemmung der Na(+)-, K(+)-ATPase zurückzuführen ist, mit maximaler Wirkung bei der gleichen Lichtdosis von 12-15 J/cm(2) (18-23% für die gesamte ATPase-Aktivität) beobachtet.

Die Fraktionierung der Lichtdosis veränderte die Membranreaktion auf Laserstrahlung signifikant. Änderungen der Tryptophan-Fluoreszenzparameter von Erythrozytenmembranproteinen und die Zunahme der Lipid-Doppelschicht-Fluidität, gemessen durch das Pyrenmonomer/Excimer-Fluoreszenzverhältnis, wurden beobachtet.

Schlussfolgerungen: Nah-Infrarot-Laserlichtstrahlung (810 nm) induzierte langfristige Konformationsübergänge der Erythrozytenmembran, die mit den Änderungen der Strukturzustände sowohl der Erythrozytenmembranproteine als auch der Lipiddoppelschicht zusammenhingen und die sich als Änderungen der Fluoreszenzparameter der Erythrozytenmembranen und der Lipiddoppelschicht-Fluidität manifestierten. Dies führte zu einer Modulation der funktionellen Eigenschaften der Membranen: Änderungen in der Aktivität der Membran-Ionenpumpen und damit Änderungen in den Membran-Ionenströmen.


Zelluläre Effekte der Lasertherapie mit niedriger Leistung können durch Stickstoffmonoxid vermittelt werden.

Karu TI; Pyatibrat LV; Afanasyeva NI

Laser in Chirurgie und Medizin; VOL: 36 (4); S. 307-14 /200504/

Institut für Laser- und Informationstechnologien der Russischen Akademie der Wissenschaften, 142190 Troitsk, Moskau, Russland. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

HINTERGRUND UND ZIELE: Das Ziel dieser Studie war es, die Möglichkeit einer Beteiligung von Stickstoffmonoxid (NO) an der bestrahlungsinduzierten Erhöhung der Zellanhaftung zu untersuchen. Diese Experimente wurden mit dem Ziel durchgeführt, die zellulären Mechanismen der Niederleistungs-Lasertherapie zu erforschen. STUDIENDESIGN/MATERIALIEN UND METHODEN: Eine Suspension von HeLa-Zellen wurde mit einer monochromatischen Strahlung im sichtbaren bis nahen Infrarotbereich (600-860 nm, 52 J/m2) oder mit einem Diodenlaser (820 nm, 8-120 J/m2) bestrahlt, und die Anzahl der an einer Glasmatrix anhaftenden Zellen wurde nach 30-minütiger Inkubation bei 37 Grad C gezählt. Die NO-Donatoren Natriumnitroprussid (SNP), Glyceryltrinitrat (GTN) oder Natriumnitrit (NaNO2) im Konzentrationsbereich 5 x 10(-9)-5 x 10(-4)M wurden der Zellsuspension vor oder nach der Bestrahlung zugesetzt. Die Aktionsspektren und die erhaltenen Konzentrations- und Fluenzabhängigkeiten wurden verglichen und analysiert.

ERGEBNISSE: Das gut strukturierte Aktionsspektrum für die Erhöhung der Adhäsion der Zellen mit Maxima bei 619, 657, 675, 740, 760 und 820 nm weist auf die Existenz eines Photoakzeptors hin, der für die Verstärkung dieser Eigenschaft verantwortlich ist (vermutlich Cytochrom-c-Oxidase, das terminale Atmungskettenenzym), sowie auf Signalwege zwischen den Zellmitochondrien, der Plasmamembran und dem Zellkern. Die Behandlung der Zellsuspension mit SNP (5 x 10(-5)M) vor der Bestrahlung verändert das Aktionsspektrum für die Verstärkung der Zellanheftungseigenschaft signifikant (Bandenmaxima bei 642, 685, 700, 742, 842 und 856 nm). Die Wirkung von SNP, GTN und NaNO2, die vor oder nach der Bestrahlung hinzugefügt werden, hängt von ihrer Konzentration und Strahlungsfluenz ab.

SCHLUSSFOLGERUNGEN: Die NO-Donatoren, die der Zellsuspension vor der Bestrahlung zugesetzt werden, eliminieren den strahlungsinduzierten Anstieg der Anzahl der an die Glasmatrix gebundenen Zellen, vermutlich durch Bindung von NO an Cytochrom c-Oxidase. NO, das der Suspension nach der Bestrahlung zugesetzt wird, kann auch das lichtinduzierte Signal stromabwärts hemmen. Beide Effekte von NO hängen von der Konzentration der zugegebenen NO-Donoren ab. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass NO die bestrahlungsaktivierten Reaktionen steuern kann, die die Anheftung der Zellen erhöhen.