Photobiomodulacja mózgu Prelituralne wyniki z regionalnej ooksymetrii mózgowej i obrazowania termicznego

Firma Suyzeko zbadała nowy produkt. Maszyna fotobiomodulacji mózgu, nasza firma spędziła ponad 1 rok na zbadanie produktu i zaprosiliśmy profesora do przeprowadzenia dla nas badań. Szczegółowe informacje można znaleźć w poniższym artykule.

Jednostka badawcza ds. Uzupełniającej się i integracyjnej medycyny laserowej, jednostki badawczej inżynierii biomedycznej w znieczuleniu i medycynie intensywnej terapii oraz TCM Research Center Graz, Medical University of Graz, Auenbruggerplatz 39, EG19, 8036 Graz, Austria

Otrzymane: 4 stycznia 2019 r. / Zaakceptowane: 15 stycznia 2019 r. / Opublikowano: 16 stycznia 2019

Abstrakcyjny:

Wprowadzono nowy sprzęt do fotobiomodulacji mózgu LED (diod Emitujący światło). Wstępne wyniki regionalnego nasycenia tlenu mózgowego i termografii pokazano przed, podczas i po stymulacji. Procedura oferuje nowy sposób kwantyfikacji biologicznych skutków możliwej innowacyjnej metody terapeutycznej. Jednak dalsze pomiary są absolutnie konieczne.

Słowa kluczowe:

Fotobiomodulacja; mózg; Stymulacja diody LED (diod Emitująca światło); terapia światła; długość fali; uderzenie; demencja; Choroby psychiczne; Regionalne nasycenie tlenu mózgowego; obrazowanie termiczne; Hełm LED

Fotobiomodulacja mózgu (PBM) z diodami emitującymi światłem od czerwonego do podczerwieni (NIR) (LED) może być innowacyjną terapią dla różnych zaburzeń neurologicznych i psychicznych [1]. Światło czerwonego/NIR może stymulować mitochondrialny kompleks łańcucha oddechowego IV (oksydaza cytochromu C) i zwiększyć syntezę ATP (adenosintrifosforan) [1,2,3]. Ponadto wchłanianie światła przez kanały jonowe prowadzi do uwalniania Ca2+ i aktywacji czynników transkrypcyjnych i ekspresji genów [1]. Terapia PBM mózgu może poprawić zdolność metaboliczną neuronów i jest w stanie stymulować odpowiedzi przeciwzapalne, antyapoptotyczne i przeciwutleniające, a także neurogenezę i synaptogenezę [1]. Odkrycia sugerują, że PBM może na przykład poprawić funkcje mózgu czołowego starszych dorosłych w sposób bezpieczny i opłacalny [4].
W tym artykule wprowadzono nowy element sprzętu LED (ryc. 1) do fotobiomodulacji mózgu, w tym wstępnych wyników pomiarów spektroskopowych w bliskiej podczerwieni i obrazowania termicznego.

Ryc. 1. Pierwszy pomiar z innowacyjnym hełmem LED (diodem Emitującym światłem) hełm fotobiomodulacji (prototyp z Suyzeko (Shenzhen Guangyang Zhongkang Technology Limited) w TCM Research Center na Uniwersytecie Medycznym w Graz, Austrii, Europie wykonane 25 grudnia 2018 r. .

Pierwsze obiecujące badania podstawowe i kliniczne dotyczące fotobiomodulacji mózgu zostały już zakończone; Jednak obecnie nadal brakuje przydatnych urządzeń do procedur terapeutycznych [1,2,3,4,5,6,7,8]. Suyzeko (Shenzhen Guangyang Zhongkang Technology Limited, Chiny) opracował prototyp tak innowacyjnego urządzenia. W Centrum Badań TCM (tradycyjnej medycyny chińskiej) (przewodniczący: Gerhard Litscher) na Uniwersytecie Medycznym w Graz, pierwsze pomiary testowe przeprowadzono za pomocą tej konstrukcji (ryc. 1). Przedstawiono tutaj wstępne dane z tego pomiaru pilotażowego.

Sprzęt jest obecnie oparty na LED w podczerwieni przy użyciu długości fali 810 nm. Ta długość fali została niedawno udowodniona (2018) jako jedna z najlepszych dla przezczaszkowa stymulacji laserowej/światła [9]. Wyniki zostały potwierdzone przez pomiary wykonane przez nasz zespół badawczy [5,6,7,8,10].

W przypadku nowego hełmu stymulacji zastosowano ogółem 256 diod LED o długości fali 810 nm (ryc. 2). Badania przeprowadzono ze wszystkimi diodami LED (n = 256) w trybie aktywnym (60 MW; jedna dioda LED; 24 MW/cm2; ~ 15 W całkowity hełm). Czas trwania stymulacji wynosił 15 minut. Ryc. 2 pokazuje również transmisję światła dla ludzkiej czaszki (środkowa i prawa strona). Dalsze obliczenia współczynnika transmisji można znaleźć w poprzednich publikacjach [6,7,8,9,10,11].

Ryc. 2. Hełm z Suyzeko (Shenzhen, Chiny) za możliwą terapię fotobiomodulacyjną mózgu (3 stycznia 2019 r.).

Pomiary zmian w regionalnym nasyceniu tlenu mózgowym (RSO2) przeprowadzono przy użyciu instrumentu Omoksymetra Invos 5100C (Somanetics Corp., Troy, MI, USA). Spektroskopia bliskiej podczerwieni jest nieinwazyjną metodą pomiaru RSO2 przez nienaruszoną czaszkę, która została skutecznie stosowana w podstawowych badaniach medycznych i wskazaniach klinicznych przez wiele lat [6]. Światło bliskiej podczerwieni (730 i 805 nm) jest emitowane przez skórę, a po przejściu różnych rodzajów tkanki (skóra i kości) powrót światła jest wykrywane w dwóch odległościach od źródła światła (3 i 4 cm). W oparciu o tę zasadę absorpcję widmową krwi w głębszych strukturach (2–4 cm) można określić i zdefiniować jako RSO2 [5,12]. Czujniki nałożono w obszarze czołowym po prawej i lewej stronie mózgu zdrowego wolontariusza (patrz ryc. 1). Aby zminimalizować wpływ światła zewnętrznego, głowa w tym obszarze była pokryta elastycznym pasmem podczas procedury nagrywania i stymulacji. Po 20 minutach odpoczynku stymulacja LED włączono. Wyniki trzech odcinków (przed (20 min), podczas (15 minut) i po (20 min) stymulacji) pokazano na rycinie 3. Zwróć uwagę na znaczący wzrost RSO2 (lewa i prawa strona), a nawet po przezczółkowym Stymulacja LED. Zmiany temperatury pokazano na rycinie 4.

Rycina 3. Wyniki pierwszego pomiaru pilotażowego za pomocą hełmu stymulacji LED z Suyzeko (Shenzhen, Chiny). Zwróć uwagę na wzrost regionalnego nasycenia tlenem mózgu podczas i po stymulacji po lewej i prawej stronie.

Rycina 4. Wynika z obrazowania termicznego pierwszego pomiaru pilota przy użyciu nowego hełmu stymulacji. Zwróć uwagę na wzrost temperatury na hełmie (górny rząd; A przed, B podczas i C po stymulacji) na czole (środkowy rząd; D - F) i na podbródku (dolny rząd; G - I).

Terapia PBM została opracowana ponad 50 lat temu; Jednak nadal nie ma wspólnej zgody na parametry i protokoły dotyczące jego zastosowania klinicznego. Niektóre zespoły badawcze zaleciły zastosowanie gęstości mocy mniejszej niż 100 mW/cm2 i gęstość energii od 4 do 10 J/cm2 [11]. Inne grupy zalecają aż 50 J/cm2 na powierzchni tkanki [11]. Parametry, takie jak długość fali, energia, fluencja, moc, natężenie napromieniowania, tryb impulsu, czas trwania obróbki i szybkość powtarzania, można zastosować w szerokim zakresie. Nasze obecne wstępne wyniki wykazały wyraźną odpowiedź mózgowego RSO2 w odniesieniu do stymulacji LED. Należy jednak wspomnieć, że temperatura znacznie wzrosła, a efekty te należy szczegółowo wziąć pod uwagę w dalszych badaniach. Istnieje również fakt, że nieskuteczne badania w komórkach o wysokiej aktywności mitochondrialnej wydają się być częściej wynikające z nadmiernego dawkowania niż niedostatecznego dawkowania [11]. Dlatego konieczne są badania kliniczne dotyczące optymalnych dawek stymulacji.

Przezczaszkowy PBM wydaje się obiecujący w leczeniu różnych chorób psychicznych. Pitzschke i in. [13] zmierzyli także propagację światła w różnych obszarach choroby Parkinsona (PD) głębokiej tkanki mózgu podczas przezczaszkowego i przezskenoidalnego oświetlenia (przy 671 i 808 nm) głowicy zwłok i modelowanych optycznych parametrów ludzkiej tkanki mózgowej za pomocą monte- Symulacje Carlo. To badanie pokazuje, że możliwe jest również oświetlenie głębokich tkanek mózgowych przezczaszkowo i przezskenoidalnie. Otwiera to opcje terapeutyczne dla osób cierpiących na PD lub innych chorób mózgowych wymagających terapii świetlnej [13].

Przeprowadzono kilka badań dotyczących możliwych działań niepożądanych dla PBM LED. Na przykład Moro i in. Badał wpływ zastosowania długoterminowego, do 12 tygodni, PBM (670 nm) u normalnych, naiwnych małp makakowych. Nie znaleźli żadnych podstaw histologicznych dla żadnych poważnych problemów biologicznych związanych z PBM dostarczonym przez podejście wewnątrzczaszkowe [14]. Hennessy i Hamblin wskazali również ustalone bezpieczeństwo i znaczący brak niekorzystnych skutków przezczaszkowego PBM [2].

Wstępne wyniki są bardzo obiecujące; Konieczne są jednak dalsze prace badawcze, aby móc użyć tego nowego rodzaju PBM jako metody terapeutycznej. Wielu badaczy uważa, że ​​PBM z LED i/lub laserem zaburzeń mózgu stanie się jednym z najważniejszych medycznych zastosowań terapii światła w nadchodzących latach i dziesięcioleciach [3].

Finansowanie
Te badania nie otrzymały finansowania zewnętrznego.
Podziękowanie
Autor chciałby podziękować Shenzhen Guangyang Zhongkang Technology Limited, Shenzhen, Chiny za nowy sprzęt LED i czujniki NIRS. Chce także podziękować Danieli Litscher, doktorat MSC za jej cenną pomoc w rejestrowaniu danych. Prace naukowe w TCM Research Center Graz są częściowo wspierane przez austriackie federalne Ministerstwo Nauki, Badań i Gospodarki.
Konflikt interesów

Autor nie zgłasza konfliktu interesów.

Bibliografia
Salehpour, F.; Mahmoudi, J.; Kamari, F.; Sadigh-Eteghad, S.; Rasta, sh; Hamblin, Mr Brain Photobiomodulacja terapia: przegląd narracyjny. Mol. Neurobiol. 2018, 55, 6601–6636. [Google Scholar] [Crossref] [PubMed]
Hennessy, M.; Hamblin, Mr Photobiomodulacja i mózg: nowy paradygmat. J. Opt. 2017, 19, 013003. [Google Scholar] [Crossref] [PubMed]
Hamblin, Mr Shining Light na głowie: fotobiomodulacja zaburzeń mózgu. BBA Clin. 2016, 6, 113–124. [Google Scholar] [Crossref] [PubMed]
Chan, as; Lee, TL; Yeung, MK; Hamblin, Photobiomodulacja MR poprawia czołową funkcję poznawczą starszych osób dorosłych. Int. J. Geriatr. Psychiatry 2018. [Google Scholar] [Crossref]
Litscher, G. Badania stymulacji laserowej przezczółkową-nowy hełm i pierwsze dane z spektroskopii w pobliżu podczerwieni. Medicines 2018, 5, 97. [Google Scholar] [Crossref]
Litscher, G.; Litscher, D. Naukowe aspekty innowacyjnej medycyny laserowej. W akupunkturze laserowej i innowacyjnej medycynie laserowej; Bahr, F., Litscher, G., Eds.; Bahr i Fuechtenbusch: Monachium, Niemcy, 2018; Rozdział 3; s. 13–77. [Google Scholar]
Litscher, D.; Litscher, G. Terapia laserowa i udar: kwantyfikacja wymagań metodologicznych w rozważaniu żółtego lasera. Int. J. PhotoEnergy 2013, 2013, 575798. [Google Scholar] [Crossref]
Litscher, D.; Litscher, G. Laseroterapia i demencja: analiza bazy danych i przyszłe aspekty systemów opartych na LED. Int. J. PhotoEnergy 2014, 2014, 268354. [Google Scholar] [Crossref]
Wang, P.; Li, T. Która długość fali jest optymalna dla przezczaszkowej stymulacji lasera na niskim poziomie? J. Biophotonics 2018, E201800173. [Google Scholar] [Crossref] [PubMed]
Litscher, G.; Min, L.; Passegger, Kalifornia; Litscher, D.; Li, M.; Wang, M.; Ghaffari-Tabrizi-wizsy, N.; Stelzer, i.; Feigl, G.; Gaischek, i.; i in. ŚMIERNOŚĆ TRANNIKA LASER TRANSKRANICZNA, Czerwona i podczerwieniowa i LED: Zmiany parametrów naczyniowych w modelu zarodka pisklęcia. Cał. Med. Int. 2015, 2, 80–89. [Google Scholar] [Crossref]
Zein, R.; Selting, W.; Hamblin, MR przegląd parametrów światła i skuteczność fotobiomodulacji: napędzają złożoność. J. Biomed. Optować. 2018, 23, 120901. [Google Scholar] [Crossref] [PubMed]
Litscher, G.; Schwarz, G. Przezczaszkowa ooksymetria mózgowa; Pabst Science Publisher: Lengerich, Niemcy, 1997. [Google Scholar]
Pitzschke, A.; Lovisa, B.; Seydoux, O.; Zellweger, M.; Pfleiderer, M.; Tardy, y.; Wagnières, G. Red i Nir Light Dosimetry w ludzkim głębokim mózgu. Phys. Med. Biol. 2015, 60, 2921–2937. [Google Scholar] [Crossref] [PubMed]
Moro, C.; Torres, N.; Arvanitakis, K.; Cullen, K.; Chabrol, C.; Agay, D.; Darlot, F.; Benabid, AL; Mitrofanis, J. Brak dowodów na toksyczność po długotrwałej fotobiomodulacji u normalnych naczelnych nie-ludzkich. Do potęgi. Brain Res. 2017, 235, 3081–3092. [Google Scholar] [Crossref] [PubMed]