Hasil Photobiomodulation-Permukaan Otak dari Oximetri Cerebral Serantau dan Pencitraan Termal

Syarikat Suyzeko telah meneliti produk baru. Mesin Photobiomodulation Brain, syarikat kami telah menghabiskan lebih dari 1 tahun untuk menyelidik produk, dan kami menjemput profesor untuk melakukan penyelidikan untuk kami. Lihat artikel berikut untuk maklumat lanjut.

Unit Penyelidikan untuk Perubatan Laser Pelengkap dan Integratif, Unit Penyelidikan Kejuruteraan Bioperubatan dalam Anestesia dan Perubatan Rawatan Rapi, dan Pusat Penyelidikan TCM Graz, Universiti Perubatan Graz, Auenbruggerplatz 39, EG19, 8036 Graz, Austria

Diterima: 4 Januari 2019 / Diterima: 15 Januari 2019 / Diterbitkan: 16 Januari 2019

Abstrak:

Sekeping peralatan baru untuk photobiomodulasi otak LED (Light Emitting Diode) diperkenalkan. Hasil awal dari ketepuan oksigen serebrum serantau dan dari thermography ditunjukkan sebelum, semasa dan selepas rangsangan. Prosedur ini menawarkan cara baru untuk mengukur kesan biologi kemungkinan kaedah terapeutik inovatif. Walau bagaimanapun pengukuran selanjutnya diperlukan.

Kata kunci:

Photobiomodulation; otak; LED (diod pemancar cahaya) rangsangan; terapi cahaya; panjang gelombang; strok; demensia; penyakit mental; ketepuan oksigen serebrum serantau; pengimejan haba; Helmet LED

Photobiomodulation otak (PBM) dengan warna merah ke inframerah (NIR) diod (LED) boleh menjadi terapi inovatif untuk pelbagai gangguan neurologi dan psikologi [1]. Cahaya merah/NIR boleh merangsang kompleks rantaian pernafasan mitokondria IV (cytochrome c oxidase) dan meningkatkan sintesis ATP (Adenosintriphosphate) [1,2,3]. Di samping itu, penyerapan cahaya oleh saluran ion membawa kepada pembebasan Ca2+ dan pengaktifan faktor transkripsi dan ekspresi gen [1]. Terapi PBM otak dapat meningkatkan kapasiti metabolik neuron dan dapat merangsang tindak balas anti-radang, anti-apoptosis dan antioksidan serta neurogenesis dan sinaptogenesis [1]. Penemuan menunjukkan bahawa PBM boleh meningkatkan, sebagai contoh, fungsi otak frontal orang dewasa yang lebih tua dengan cara yang selamat dan kos efektif [4].
Artikel ini memperkenalkan sekeping peralatan LED baru (Rajah 1) untuk photobiomodulation otak termasuk hasil awal dari pengukuran spektroskopi inframerah berhampiran dan pengimejan haba.

Rajah 1. Pengukuran pertama dengan helmet photobiomodulation LED (Light Emitting Diode) Inovatif (Prototaip dari Suyzeko (Shenzhen Guangyang Zhongkang Technology Limited, China) di Pusat Penyelidikan TCM di Universiti Perubatan Graz, Austria, Eropah yang dilakukan pada 25 Disember 2018 .

Ujian asas dan klinikal yang menjanjikan pertama mengenai photobiomodulation otak telah selesai; Walau bagaimanapun, kini terdapat kekurangan peranti berguna untuk prosedur terapeutik [1,2,3,4,5,6,7,8]. Suyzeko (Shenzhen Guangyang Zhongkang Technology Limited, China) membangunkan prototaip peranti yang inovatif itu. Di Pusat Penyelidikan TCM (Tradisional Perubatan Cina) (Pengerusi: Gerhard Litscher) dari Universiti Perubatan Graz, pengukuran ujian pertama dilakukan dengan pembinaan ini (Rajah 1). Data awal pengukuran perintis ini dibentangkan di sini.

Peralatan ini kini berdasarkan LED inframerah menggunakan panjang gelombang 810 nm. Panjang gelombang ini telah terbukti baru -baru ini (2018) menjadi salah satu yang terbaik untuk rangsangan laser/cahaya transkranial [9]. Hasilnya telah disahkan oleh pengukuran yang dilakukan oleh pasukan penyelidikan kami [5,6,7,8,10].

Untuk topi keledar rangsangan baru, LED 256 dengan panjang gelombang 810 nm digunakan (Rajah 2). Siasatan dilakukan dengan semua LED (n = 256) dalam mod aktif (60 mW; satu LED; 24 mW/cm2; ~ 15 W Helmet total). Tempoh rangsangan adalah 15 minit. Rajah 2 juga menunjukkan penghantaran cahaya untuk tengkorak manusia (tengah dan kanan). Untuk pengiraan selanjutnya untuk faktor penghantaran, lihat penerbitan sebelumnya [6,7,8,9,10,11].

Rajah 2. Helmet dari Suyzeko (Shenzhen, China) untuk kemungkinan terapi photobiomodulation otak (3 Januari 2019).

Pengukuran perubahan dalam ketepuan oksigen serebrum serantau (RSO2) dilakukan menggunakan instrumen Invos 5100C (Somanetics Corp., Troy, MI, USA). Berhampiran spektroskopi inframerah adalah kaedah noninvasive untuk mengukur RSO2Di tengkorak utuh yang telah digunakan dengan jayanya dalam penyelidikan perubatan asas dan petunjuk klinikal selama bertahun -tahun [6]. Cahaya inframerah berhampiran (730 dan 805 nm) dipancarkan melalui kulit, dan selepas lulus pelbagai jenis tisu (kulit dan tulang), cahaya yang dikembalikan dikesan pada dua jarak dari sumber cahaya (3 dan 4 cm). Berdasarkan prinsip ini, penyerapan spektrum darah dalam struktur yang lebih dalam (2-4 cm) dapat ditentukan dan ditakrifkan sebagai RSO2 [5,12]. Sensor telah digunakan di kawasan frontal di sebelah kanan dan kiri otak sukarelawan yang sihat (lihat Rajah 1). Untuk meminimumkan pengaruh cahaya luaran, kepala di kawasan ini ditutup dengan jalur elastik semasa prosedur rakaman dan rangsangan. Selepas masa berehat selama 20 minit, rangsangan LED dihidupkan. Hasil dari tiga bahagian (sebelum (20 min), semasa (15 min), dan selepas (20 min) rangsangan) ditunjukkan dalam Rajah 3. Perhatikan peningkatan ketara dalam RSO2 (kiri dan kanan) semasa dan bahkan selepas transkranial Rangsangan LED. Perubahan suhu ditunjukkan dalam Rajah 4.

Rajah 3. Hasil pengukuran perintis pertama dengan topi keledar rangsangan LED dari Suyzeko (Shenzhen, China). Perhatikan peningkatan ketepuan oksigen serebrum serantau semasa dan selepas rangsangan di sebelah kiri dan kanan.

Rajah 4. Hasil daripada pengimejan haba pengukuran perintis pertama menggunakan topi keledar rangsangan baru. Perhatikan peningkatan suhu pada topi keledar (baris atas; A, B semasa, dan C selepas rangsangan) pada dahi (baris tengah; D -F) dan pada dagu (baris bawah; G -I).

Terapi PBM telah dibangunkan lebih daripada 50 tahun yang lalu; Walau bagaimanapun, masih tiada persetujuan umum mengenai parameter dan protokol untuk aplikasi klinikalnya. Sesetengah pasukan penyelidikan telah mencadangkan penggunaan ketumpatan kuasa kurang daripada 100 mW/cm2 dan ketumpatan tenaga 4 hingga 10 J/cm2 [11]. Kumpulan lain mengesyorkan sebanyak 50 J/cm2 di permukaan tisu [11]. Parameter seperti panjang gelombang, tenaga, fluence, kuasa, irama, mod nadi, tempoh rawatan, dan kadar pengulangan boleh digunakan dalam julat yang luas. Hasil awal kami sekarang menunjukkan tindak balas yang jelas terhadap RSO2 serebrum berhubung dengan rangsangan LED. Walau bagaimanapun, perlu disebutkan bahawa suhu meningkat dengan ketara, dan kesan -kesan ini perlu diambil kira dalam kajian lanjut secara terperinci. Terdapat juga hakikat bahawa kajian yang tidak berkesan dalam sel-sel dengan aktiviti mitokondria yang tinggi nampaknya lebih kerap disebabkan oleh lebih banyak daripada yang kurang daripada [11]. Oleh itu, kajian klinikal mengenai dos rangsangan optimum diperlukan.

PBM transkranial kelihatan menjanjikan untuk merawat penyakit mental yang berbeza. Pitzschke et al. [13] juga mengukur penyebaran cahaya di kawasan-kawasan yang berlainan dari penyakit otak Parkinson (PD) yang berkaitan dengan tisu otak semasa pencahayaan transcranial dan transsphenoidal (pada 671 dan 808 nm) kepala mayat dan parameter optik model tisu otak manusia menggunakan Monte- Simulasi Carlo. Kajian ini menunjukkan bahawa ia mungkin juga menerangi tisu otak yang mendalam secara transkrani dan transsphenoidally. Ini membuka pilihan terapeutik untuk pesakit PD atau penyakit serebrum lain yang memerlukan terapi cahaya [13].

Terdapat beberapa siasatan mengenai kemungkinan kesan buruk bagi PBM LED. Sebagai contoh, Moro et al. Meneroka kesan aplikasi jangka panjang, sehingga 12 minggu, PBM (670 nm) dalam monyet macaque normal, naif. Mereka tidak mendapati asas histologi untuk sebarang kebimbangan biosafety utama yang berkaitan dengan PBM yang disampaikan oleh pendekatan intrakranial [14]. Hennessy dan Hamblin juga menunjukkan keselamatan yang telah ditetapkan dan kekurangan kesan buruk PBM transkranial [2].

Keputusan awal sangat menjanjikan; Walau bagaimanapun, kerja penyelidikan selanjutnya diperlukan untuk dapat menggunakan, contohnya, jenis baru PBM ini sebagai kaedah terapeutik. Ramai penyiasat percaya bahawa PBM dengan LED dan/atau laser untuk gangguan otak akan menjadi salah satu aplikasi perubatan yang paling penting dalam terapi cahaya pada tahun -tahun dan dekad yang akan datang [3].

Pembiayaan
Kajian ini tidak menerima pembiayaan luaran.
PENGHARGAAN
Penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada Shenzhen Guangyang Zhongkang Technology Limited, Shenzhen, China untuk peralatan LED baru dan sensor NIRS. Dia juga ingin mengucapkan terima kasih kepada Daniela Litscher, MSC PhD atas bantuannya yang berharga dengan rakaman data. Kerja saintifik di Pusat Penyelidikan TCM Graz sebahagiannya disokong oleh Kementerian Sains, Penyelidikan dan Ekonomi Persekutuan Austria.
Konflik kepentingan

Penulis mengisytiharkan tiada konflik kepentingan.

Rujukan
Salehpour, F.; Mahmoudi, J.; Kamari, F.; Sadigh-Ethad, S.; Rasta, sh; Hamblin, Encik Otak Photobiomodulation Terapi: Kajian Naratif. Mol. Neurobiol. 2018, 55, 6601-6636. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
Hennessy, M.; Hamblin, Mr Photobiomodulation dan Otak: Paradigma Baru. J. Memilih. 2017, 19, 013003. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
Hamblin, Encik Shining Light on the Head: Photobiomodulation untuk gangguan otak. BBA Clin. 2016, 6, 113-124. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
Chan, sebagai; Lee, TL; Yeung, mk; Hamblin, MR Photobiomodulation meningkatkan fungsi kognitif frontal orang dewasa yang lebih tua. Int. J. Geriatr. Psikiatri 2018. [Google Scholar] [CrossRef]
Litscher, G. Penyelidikan rangsangan laser transkranial-topi keledar baru dan data pertama dari spektroskopi inframerah berhampiran. Ubat 2018, 5, 97. [Google Scholar] [CrossRef]
Litscher, G.; Litscher, D. Aspek saintifik perubatan laser inovatif. Dalam akupunktur laser dan ubat laser inovatif; Bahr, F., Litscher, G., Eds.; Bahr & Fuechtenbusch: Munich, Jerman, 2018; Bab 3; ms 13-77. [Google Scholar]
Litscher, D.; Litscher, G. Terapi laser dan strok: Kuantifikasi keperluan metodologi sebagai pertimbangan laser kuning. Int. J. PhotoEnergy 2013, 2013, 575798. [Google Scholar] [CrossRef]
Litscher, D.; Litscher, G. Terapi laser dan demensia: Analisis pangkalan data dan aspek masa depan mengenai sistem berasaskan LED. Int. J. PhotoEnergy 2014, 2014, 268354. [Google Scholar] [CrossRef]
Wang, P.; Li, T. Panjang gelombang yang optimum untuk rangsangan laser peringkat rendah transkranial? J. Biophotonics 2018, E201800173. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
Litscher, G.; Min, L.; Passegger, CA; Litscher, D.; Li, M.; Wang, M.; Ghaffari-Tabrizi-Wizsy, N.; Stelzer, i.; Feigl, G.; Gaischek, i.; et al. Laser kuning, merah, dan inframerah transkranial dan rangsangan LED: Perubahan parameter vaskular dalam model embrio anak ayam. Integr. Med. Int. 2015, 2, 80-89. [Google Scholar] [CrossRef]
Zein, R.; Selting, W.; Hamblin, MR Kajian parameter cahaya dan keberkesanan photobiomodulation: memandu ke dalam kerumitan. J. Biomed. Memilih. 2018, 23, 120901. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
Litscher, G.; Schwarz, G. Oximetry cerebral transcranial; Penerbit Sains Pabst: Lengerich, Jerman, 1997. [Google Scholar]
Pitzschke, A.; Lovisa, B.; Seydoux, O.; Zellweger, M.; Pfleiderer, M.; Tardy, Y.; Wagnières, G. Red dan Nir Dosimetri cahaya di otak dalam manusia. 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. Tiada bukti untuk ketoksikan selepas photobiomodulation jangka panjang dalam primata bukan manusia biasa. Exp. Otak res. 2017, 235, 3081-3092. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]