Εγκεφαλική φωτοβιομοιωματική προκύπτου

Η εταιρεία Suyzeko είχε ερευνήσει ένα νέο προϊόν. Μηχανή φωτοβιομερών εγκεφάλων, η εταιρεία μας είχε περάσει περισσότερο από 1 χρόνο για να ερευνήσει το προϊόν και κάλεσα τον καθηγητή να κάνει μια έρευνα για εμάς. Δείτε το ακόλουθο άρθρο για λεπτομέρειες.

Μονάδα έρευνας για συμπληρωματική και ολοκληρωμένη ιατρική λέιζερ, ερευνητική μονάδα βιοϊατρικής μηχανικής στην αναισθησία και την ιατρική εντατική θεραπεία και το ερευνητικό κέντρο TCM Graz, Ιατρικό Πανεπιστήμιο του Graz, Auenbruggerplatz 39, EG19, 8036 Graz, Αυστρία

Λήψη: 4 Ιανουαρίου 2019 / Αποδεκτό: 15 Ιανουαρίου 2019 / Δημοσιεύθηκε: 16 Ιανουαρίου 2019

Αφηρημένη:

Εισάγεται ένα νέο κομμάτι εξοπλισμού για LED (διόδους εκπομπής φωτός) στον εγκέφαλο. Προκαταρκτικά αποτελέσματα από περιφερειακό κορεσμό εγκεφαλικού οξυγόνου και από θερμογραφία εμφανίζονται πριν, κατά τη διάρκεια και μετά τη διέγερση. Η διαδικασία προσφέρει έναν νέο τρόπο ποσοτικοποίησης των βιολογικών επιδράσεων μιας πιθανής καινοτόμου θεραπευτικής μεθόδου. Ωστόσο, οι περαιτέρω μετρήσεις είναι απολύτως απαραίτητες.

Λέξεις -κλειδιά:

φωτοβιομοιοποίηση. εγκέφαλος; LED (διόδους εκπομπής φωτός). ελαφριά θεραπεία μήκος κύματος; Εγκεφαλικό; άνοια; ψυχικές ασθένειες · περιφερειακός κορεσμός εγκεφαλικού οξυγόνου. Θερμική απεικόνιση Κράνος

Η φωτοβιομοιοποίηση του εγκεφάλου (PBM) με κόκκινο σε εγγύς υπέρυθρο (NIR) διόδους εκπομπής φωτός (LED) θα μπορούσε να είναι μια καινοτόμος θεραπεία για μια ποικιλία νευρολογικών και ψυχολογικών διαταραχών [1]. Το κόκκινο/NIR μπορεί να διεγείρει το σύμπλοκο IV της μιτοχονδριακής αναπνευστικής αλυσίδας IV (οξειδάση του κυτοχρώματος C) και να αυξήσει τη σύνθεση ΑΤΡ (αδενοσινυτροπωσφορική) [1,2,3]. Επιπλέον, η απορρόφηση φωτός με κανάλια ιόντων οδηγεί στην απελευθέρωση του Ca2+ και στην ενεργοποίηση των παραγόντων μεταγραφής και της γονιδιακής έκφρασης [1]. Η θεραπεία με PBM του εγκεφάλου θα μπορούσε να βελτιώσει τη μεταβολική ικανότητα των νευρώνων και είναι σε θέση να διεγείρει αντιφλεγμονώδεις, αντι-αποπτωτικές και αντιοξειδωτικές αποκρίσεις καθώς και νευρογένεση και συναπτογένεση [1]. Τα ευρήματα υποδεικνύουν ότι η PBM μπορεί να ενισχύσει, για παράδειγμα, τις μετωπικές λειτουργίες του εγκεφάλου των ηλικιωμένων ενηλίκων με ασφαλή και οικονομικά αποδοτικό τρόπο [4].
Αυτό το άρθρο εισάγει ένα νέο κομμάτι εξοπλισμού LED (Εικόνα 1) για φωτοβιοϊδωματική διαμόρφωση του εγκεφάλου, συμπεριλαμβανομένων των προκαταρκτικών αποτελεσμάτων από φασματοσκοπικές μετρήσεις εγγύς υπερύθρων και θερμική απεικόνιση.

Σχήμα 1. Πρώτη μέτρηση με το καινοτόμο κράνος φωτοβιοϊατρικής (πρωτότυπο από το Suyzeko (Shenzhen Guangyang Zhongkang Technology Limited, China) στο Κέντρο Ερευνών TCM στο Ιατρικό Πανεπιστήμιο του Graz της Αυστρίας της Ευρώπης στις 25 Δεκεμβρίου 2018 .

Οι πρώτες υποσχόμενες βασικές και κλινικές δοκιμές που αφορούν την φωτοβιομοιοποίηση του εγκεφάλου έχουν ήδη ολοκληρωθεί. Ωστόσο, σήμερα εξακολουθεί να υπάρχει έλλειψη χρήσιμων συσκευών για θεραπευτικές διαδικασίες [1,2,3,4,5,6,7,8]. Η Suyzeko (Shenzhen Guangyang Zhongkang Technology Limited, China) ανέπτυξε ένα πρωτότυπο μιας τέτοιας καινοτόμου συσκευής. Στο ερευνητικό κέντρο TCM (παραδοσιακό κινεζικό ιατρικό) (Πρόεδρος: Gerhard Litscher) του Ιατρικού Πανεπιστημίου του Γκρατς, πραγματοποιήθηκαν οι πρώτες μετρήσεις δοκιμών με αυτή την κατασκευή (Εικόνα 1). Τα προκαταρκτικά δεδομένα αυτής της πιλοτικής μέτρησης παρουσιάζονται εδώ.

Ο εξοπλισμός βασίζεται επί του παρόντος σε υπερύθρων LED χρησιμοποιώντας μήκος κύματος 810 nm. Αυτό το μήκος κύματος έχει αποδειχθεί πρόσφατα (2018) ως ένα από τα καλύτερα για τη διέγερση με διακρανιακή λέιζερ/φωτός [9]. Τα αποτελέσματα επιβεβαιώθηκαν με μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν από την ερευνητική μας ομάδα [5,6,7,8,10].

Για το νέο κράνος διέγερσης, χρησιμοποιήθηκαν συνολικά 256 LED με μήκος κύματος 810 nm (Εικόνα 2). Οι έρευνες διεξήχθησαν με όλες τις LED (n = 256) σε ενεργό λειτουργία (60 MW, μία LED, 24 MW/cm2, ~ 15 W ολικό κράνος). Η διάρκεια της διέγερσης ήταν 15 λεπτά. Το σχήμα 2 δείχνει επίσης τη μετάδοση φωτός για ένα ανθρώπινο κρανίο (μεσαία και δεξιά πλευρά). Για περαιτέρω υπολογισμούς για τον συντελεστή μετάδοσης, βλ. Προηγούμενες δημοσιεύσεις [6,7,8,9,10,11].

Σχήμα 2. Κράνος από Suyzeko (Shenzhen, Κίνα) για πιθανή θεραπεία φωτοβιοϊατρικής θεραπείας εγκεφάλου (3 Ιανουαρίου 2019).

Οι μετρήσεις των μεταβολών στον περιφερειακό κορεσμό εγκεφαλικού οξυγόνου (RSO2) πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας ένα Oximeter Invos 5100C (Somanetics Corp., Troy, ΜΙ, ΗΠΑ). Η φασματοσκοπία κοντά στην υπέρυθρη ακτινοβολία είναι μια μη επεμβατική μέθοδος για τη μέτρηση του RSO2Through το άθικτο κρανίο που έχει εφαρμοστεί με επιτυχία στη βασική ιατρική έρευνα και τις κλινικές ενδείξεις για πολλά χρόνια [6]. Το φως της υπέρυθρης ακτινοβολίας (730 και 805 nm) εκπέμπεται μέσω του δέρματος και μετά από να περάσει διαφορετικά είδη ιστού (δέρμα και οστό), το επιστρεφόμενο φως ανιχνεύεται σε δύο αποστάσεις από την πηγή φωτός (3 και 4 cm). Με βάση αυτή την αρχή, η φασματική απορρόφηση του αίματος σε βαθύτερες δομές (2-4 cm) μπορεί να προσδιοριστεί και να ορίζεται ως RSO2 [5,12]. Οι αισθητήρες εφαρμόστηκαν στην μετωπική περιοχή στη δεξιά και αριστερή πλευρά του εγκεφάλου του υγιούς εθελοντή (βλ. Εικόνα 1). Για να ελαχιστοποιηθεί η επιρροή εξωτερικού φωτός, η κεφαλή σε αυτή την περιοχή καλύφθηκε με ελαστική ζώνη κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εγγραφής και διέγερσης. Μετά από χρόνο ανάπαυσης 20 λεπτών, η διέγερση LED ενεργοποιήθηκε. Τα αποτελέσματα των τριών τμημάτων (πριν (20 λεπτά), κατά τη διάρκεια (15 λεπτά), και μετά από (20 λεπτά) διέγερση) υποδεικνύονται στο Σχήμα 3. Σημειώστε τη σημαντική αύξηση του RSO2 (αριστερά και δεξιά πλευρά) κατά τη διάρκεια και ακόμη και μετά το διακρανιακό Διέγερση LED. Οι μεταβολές της θερμοκρασίας φαίνονται στο σχήμα 4.

Σχήμα 3. Αποτελέσματα της πρώτης μέτρησης πιλότου με το κράνος διέγερσης LED από το Suyzeko (Shenzhen, China). Σημειώστε την αύξηση του περιφερειακού κορεσμού εγκεφαλικού οξυγόνου κατά τη διάρκεια και μετά από διέγερση στην αριστερή και τη δεξιά πλευρά.

Σχήμα 4. Αποτελέσματα από τη θερμική απεικόνιση της πρώτης μέτρησης πιλότου χρησιμοποιώντας το νέο κράνος διέγερσης. Σημειώστε την αύξηση της θερμοκρασίας στο κράνος (άνω σειρά, A πριν, B κατά τη διάρκεια και C μετά τη διέγερση) στο μέτωπο (μεσαία σειρά, D -F) και στο πηγούνι (κάτω σειρά, G -I).

Η θεραπεία με PBM αναπτύχθηκε πριν από περισσότερα από 50 χρόνια. Ωστόσο, δεν υπάρχει ακόμη κοινή συμφωνία για τις παραμέτρους και τα πρωτόκολλα για την κλινική του εφαρμογή. Ορισμένες ερευνητικές ομάδες έχουν συστήσει τη χρήση πυκνότητας ισχύος μικρότερη από 100 MW/cm2 και ενεργειακής πυκνότητας 4 έως 10 J/cm2 [11]. Άλλες ομάδες συνιστούν έως και 50 J/cm2 στην επιφάνεια του ιστού [11]. Οι παράμετροι όπως το μήκος κύματος, η ενέργεια, η ροή, η ισχύς, η ακτινοβολία, η λειτουργία παλμών, η διάρκεια της θεραπείας και ο ρυθμός επανάληψης μπορούν να εφαρμοστούν σε ευρύ φάσμα. Τα παρόντα προκαταρκτικά μας αποτελέσματα έδειξαν σαφή ανταπόκριση του εγκεφαλικού RSO2 σε σχέση με την διέγερση LED. Ωστόσο, πρέπει να αναφερθεί ότι η θερμοκρασία αυξήθηκε σημαντικά και αυτά τα αποτελέσματα πρέπει να ληφθούν υπόψη σε περαιτέρω μελέτες λεπτομερώς. Υπάρχει επίσης το γεγονός ότι οι αναποτελεσματικές μελέτες σε κύτταρα με υψηλή μιτοχονδριακή δραστηριότητα φαίνεται να οφείλονται συχνότερα σε υπερβολική δοσολογία παρά σε υπο-δοσολογία [11]. Επομένως, απαιτούνται κλινικές μελέτες σχετικά με τις βέλτιστες δόσεις διέγερσης.

Η διακρανιακή PBM φαίνεται να υποσχόμαστε να θεραπεύσει διαφορετικές ψυχικές ασθένειες. Pitzschke et αϊ. [13] επίσης μέτρησε τη διάδοση φωτός σε διάφορες περιοχές της νόσου του Parkinson (PD)-σχετικό βαθύ εγκεφαλικό ιστό κατά τη διάρκεια του διακρανιακού και του διαφανειακού φωτισμού (στα 671 και 808 nm) μιας κεφαλής πτώσης και των διαμορφωμένων οπτικών παραμέτρων του ανθρώπινου εγκεφαλικού ιστού χρησιμοποιώντας Monte- Προσομοιώσεις Carlo. Αυτή η μελέτη καταδεικνύει ότι είναι δυνατόν να φωτιστούν επίσης οι βαθιές εγκεφαλικοί ιστοί μετασμητικά και διαφαινοειδή. Αυτό ανοίγει θεραπευτικές επιλογές για πάσχοντες από PD ή άλλες εγκεφαλικές παθήσεις που απαιτούν φωτεινή θεραπεία [13].

Έχουν διεξαχθεί αρκετές έρευνες σχετικά με πιθανές ανεπιθύμητες ενέργειες για το LED PBM. Για παράδειγμα, οι Moro et αϊ. διερεύνησε τις επιδράσεις της μακροπρόθεσμης εφαρμογής, έως και 12 εβδομάδων, του PBM (670 nm) σε φυσιολογικούς, αφελείς μακάκους πιθήκους. Δεν βρήκαν ιστολογική βάση για τυχόν σημαντικές ανησυχίες για τη βιοασφάλεια που σχετίζονται με την PBM που παρέχεται από μια ενδοκρανιακή προσέγγιση [14]. Οι Hennessy και Hamblin επεσήμαναν επίσης την ήδη καθιερωμένη ασφάλεια και την αξιοσημείωτη έλλειψη ανεπιθύμητων ενεργειών του διακρανιακού PBM [2].

Τα προκαταρκτικά αποτελέσματα είναι πολύ ελπιδοφόρα. Ωστόσο, απαιτούνται περαιτέρω ερευνητικές εργασίες για να μπορέσουμε να χρησιμοποιηθούν, για παράδειγμα, αυτό το νέο είδος PBM ως θεραπευτική μέθοδος. Πολλοί ερευνητές πιστεύουν ότι η PBM με LED και/ή λέιζερ για διαταραχές του εγκεφάλου θα γίνει μια από τις σημαντικότερες ιατρικές εφαρμογές της φωτεινής θεραπείας τα επόμενα χρόνια και τις δεκαετίες [3].

Χρηματοδότηση
Η έρευνα αυτή δεν έλαβε εξωτερική χρηματοδότηση.
Παραδοχές
Ο συγγραφέας θα ήθελε να ευχαριστήσει τον Shenzhen Guangyang Zhongkang Technology Limited, Shenzhen, Κίνα για το νέο εξοπλισμό LED και τους αισθητήρες NIRS. Θέλει επίσης να ευχαριστήσει τη Daniela Litscher, MSC PhD για την πολύτιμη βοήθεια της με την καταγραφή δεδομένων. Το επιστημονικό έργο στο ερευνητικό κέντρο TCM Graz υποστηρίζεται εν μέρει από το Αυστριακό Ομοσπονδιακό Υπουργείο Επιστημών, Έρευνας και Οικονομίας.
Συγκρούσεις συμφερόντων

Ο συγγραφέας δεν δηλώνει καμία σύγκρουση συμφερόντων.

βιβλιογραφικές αναφορές
Salehpour, F.; Mahmoudi, J.; Kamari, F.; Sadigh-Eteghad, S.; Rasta, SH; Hamblin, κ. Brain Photobiomodulation Therapy: Μια αφηγηματική ανασκόπηση. ΜΟΝ. Neurobiol. 2018, 55, 6601-6636. [Μελετητής Google] [CrossRef] [PubMed]
Hennessy, Μ.; Hamblin, κ. Photobiomodulation και ο εγκέφαλος: ένα νέο πρότυπο. J. Opt. 2017, 19, 013003. [Μελετητής Google] [CrossRef] [PubMed]
Hamblin, κ. Shining Light on the Head: PhotobioMision για διαταραχές του εγκεφάλου. BBA Clin. 2016, 6, 113-124. [Μελετητής Google] [CrossRef] [PubMed]
Chan, όπως; Lee, TL; Yeung, Mk; Hamblin, ο κ. Photobiomodulation βελτιώνει την μετωπική γνωστική λειτουργία των ηλικιωμένων ενηλίκων. Int. J. Geriatr. Ψυχιατρική 2018. [Μελετητής Google] [CrossRef]
Litscher, G. Transcranial Laser Intrelization Research-a New κράνος και πρώτα δεδομένα από φασματοσκοπία κοντά υπέρυθρων. Φάρμακα 2018, 5, 97. [Μελετητής Google] [CrossRef]
Litscher, G.; Litscher, D. Επιστημονικές πτυχές της καινοτόμου ιατρικής λέιζερ. Στον βελονισμό λέιζερ και την καινοτόμο ιατρική λέιζερ. Bahr, F., Litscher, G., eds.; Bahr & Fuechtenbusch: Μόναχο, Γερμανία, 2018; Κεφάλαιο 3; σελ. 13-77. [Μελετητής Google]
Litscher, D.; Litscher, G. Θεραπεία με λέιζερ και εγκεφαλικό επεισόδιο: ποσοτικοποίηση των μεθοδολογικών απαιτήσεων λαμβάνοντας υπόψη το κίτρινο λέιζερ. Int. J. PhotoEnergy 2013, 2013, 575798. [Μελετητής Google] [CrossRef]
Litscher, D.; Litscher, G. Θεραπεία με λέιζερ και άνοια: ανάλυση βάσεων δεδομένων και μελλοντικές πτυχές σε συστήματα με βάση το LED. Int. J. PhotoEnergy 2014, 2014, 268354. [Μελετητής Google] [CrossRef]
Wang, Ρ.; Li, Τ. Ποιο μήκος κύματος είναι το βέλτιστο για τη διέγερση λέιζερ χαμηλού επιπέδου χαμηλού επιπέδου; J. Biophotonics 2018, Ε201800173. [Μελετητής Google] [CrossRef] [PubMed]
Litscher, G.; Min, L.; Passegger, CA; Litscher, D.; Li, Μ.; Wang, Μ.; Ghaffari-Tabrizi-Wizsy, Ν.; Stelzer, Ι.; Feigl, G.; Gaischek, Ι.; et αϊ. Διακρανιακή κίτρινη, κόκκινη και υπέρυθρη λέιζερ και διέγερση LED: Μεταβολές των αγγειακών παραμέτρων σε μοντέλο εμβρύου κοτόπουλου. Ενσωματωμένη. Med. Int. 2015, 2, 80-89. [Μελετητής Google] [CrossRef]
Zein, R.; Selting, W.; Hamblin, MR Ανασκόπηση παραμέτρων φωτός και αποτελεσματικότητα φωτοβιοϊατρικής: οδηγείτε σε πολυπλοκότητα. J. Biomed. Επιλέγω. 2018, 23, 120901. [Μελετητής Google] [CrossRef] [PubMed]
Litscher, G.; Schwarz, G. Διακρανιακή εγκεφαλική οξυμετρία. PABST Science Εκδότης: Lengerich, Γερμανία, 1997. [Google Scholar]
Pitzschke, Α.; Lovisa, Β.; Seydoux, Ο.; Zellweger, Μ.; Pfleiderer, Μ.; TARDY, Υ.; Wagnières, G. Red και Nir Light Dosimetry στον ανθρώπινο βαθύ εγκέφαλο. Φυσικός. Med. ΒίοΙ. 2015, 60, 2921-2937. [Μελετητής Google] [CrossRef] [PubMed]
Moro, C.; Torres, Ν.; Arvanitakis, Κ.; Cullen, Κ.; Chabrol, C.; Agay, D.; Darlot, F.; Benabid, AL. Mitrofanis, J. Δεν υπάρχουν ενδείξεις για τοξικότητα μετά από μακροχρόνια φωτοβιοϊδόση σε φυσιολογικά μη ανθρώπινα πρωτεύοντα. Exp. Brain Res. 2017, 235, 3081-3092. [Μελετητής Google] [CrossRef] [PubMed]