808-nm laser therapy with a flat-top handpiece photobiomodulates mitochondria activities of Paramecium primaurelia(Protozoa)

808納米激光療法與平頂手具光生物調(diào)節(jié)草履蟲(chóng)線(xiàn)粒體活動(dòng)（原生動(dòng)物）

來(lái)源：Lasers Med Sci(2016) 31:741-747

《激光在醫(yī)學(xué)科學(xué)》2016年第31卷第741-747頁(yè)

 

摘要：

摘要部分闡述了本研究調(diào)查并比較了808納米二極管激光（連續(xù)波）與新型平頂手具的光生物調(diào)制效果。研究測(cè)試了不同能量密度（如1 J/cm2和3 J/cm2由100 mW或1 W功率產(chǎn)生，以及64 J/cm2由100 mW、1 W、1.5 W或2 W功率產(chǎn)生）對(duì)草履蟲(chóng)的氧消耗和ATP合成的影響。結(jié)果表明，3 J/cm2-100 mW或64 J/cm2-1 W的照射能增加氧消耗和ATP合成，而64 J/cm2-100 mW或64 J/cm2-2 W則抑制呼吸并降低ATP濃度。其他參數(shù)如1 J/cm2-100 mW或1 W及3 J/cm2-1 W未影響線(xiàn)粒體活動(dòng)。摘要強(qiáng)調(diào)，使用平頂手件的高能量密度和高功率激光可能是一種有效非侵入療法，具有深層組織穿透潛力。

 

研究目的：

研究目的是調(diào)查和比較低能量密度與高能量密度激光照射（使用平頂手具）對(duì)草履蟲(chóng)線(xiàn)粒體活動(dòng)（如氧消耗和ATP合成）的影響，以挑戰(zhàn)傳統(tǒng)觀點(diǎn)，即只有低水平激光療法（LLLT）能刺激細(xì)胞，而高功率和能量密度可能產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)。研究旨在驗(yàn)證高能量密度激光是否也能實(shí)現(xiàn)光生物調(diào)制，并探索其潛在治療應(yīng)用。

 

研究思路：

研究思路是使用草履蟲(chóng)（Paramecium primaurelia）作為非動(dòng)物模型，因?yàn)樗哂卸碳?xì)胞周期和真核細(xì)胞特性，便于研究環(huán)境擾動(dòng)對(duì)線(xiàn)粒體活動(dòng)的影響。研究首先通過(guò)自動(dòng)核重組獲得遺傳同質(zhì)種群，然后使用808納米二極管激光與平頂手具照射樣品，控制溫度變量。照射參數(shù)包括不同能量密度和功率組合。測(cè)量方面包括氧消耗（使用丹麥Unisense電極）和ATP合成（使用熒光素/熒光素酶方法），并通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析比較 irradiated 組與對(duì)照組。研究還監(jiān)測(cè)了培養(yǎng)基溫度變化以確保非熱效應(yīng)。

 

測(cè)量的數(shù)據(jù)及研究意義：

1 氧消耗數(shù)據(jù)：研究測(cè)量了草履蟲(chóng)在不同激光參數(shù)下的氧消耗變化，數(shù)據(jù)來(lái)自Fig.2。結(jié)果顯示，3 J/cm2-100 mW和64 J/cm2-1 W照射顯著增加氧消耗，而64 J/cm2-100 mW、64 J/cm2-1.5 W和64 J/cm2-

2 W抑制氧消耗。研究意義在于，這些數(shù)據(jù)表明激光能調(diào)制線(xiàn)粒體呼吸鏈活動(dòng)，支持光生物調(diào)制的非線(xiàn)性特性，即特定參數(shù)組合（而非單獨(dú)能量密度）能增強(qiáng)或抑制細(xì)胞代謝，這有助于重新評(píng)估高功率激光的治療潛力。

 

2 ATP合成數(shù)據(jù)：研究測(cè)量了草履蟲(chóng)的內(nèi)源性ATP合成水平，數(shù)據(jù)來(lái)自Fig.3。結(jié)果顯示，3 J/cm2-100 mW和64 J/cm2-1 W照射顯著增加ATP合成，而64 J/cm2-100 mW和64 J/cm2-2 W抑制ATP合成。研究意義在于，ATP數(shù)據(jù)與氧消耗一致，表明激光調(diào)制線(xiàn)粒體活動(dòng)未導(dǎo)致呼吸鏈解偶聯(lián)，從而驗(yàn)證了光生物調(diào)制的安全性，并為高能量密度療法提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，可能應(yīng)用于增強(qiáng)細(xì)胞能量代謝。

 

3 溫度數(shù)據(jù)：研究測(cè)量了激光照射期間培養(yǎng)基的溫度變化，數(shù)據(jù)來(lái)自Fig.1。結(jié)果顯示，高能量密度照射（如64 J/cm2）在室溫下導(dǎo)致溫度升高約2.8-3.5°C，但通過(guò)水冷控制可維持穩(wěn)定。研究意義在于，溫度數(shù)據(jù)排除了熱效應(yīng)為主要因素，支持光生物調(diào)制的非熱機(jī)制，突出了平頂手具在均勻照射中的優(yōu)勢(shì)。

 

 

結(jié)論：

1 808納米、64 J/cm2-1 W激光療法比3 J/cm2-100 mW更能高效增強(qiáng)草履蟲(chóng)線(xiàn)粒體呼吸鏈活動(dòng)，且效果不受約3°C溫度變化影響。

2 平頂手具允許高功率能量（1 W）和高能量密度在短時(shí)間內(nèi)均勻照射目標(biāo)表面。

3 能量密度本身不直接影響草履蟲(chóng)細(xì)胞呼吸，而是激光功率與照射時(shí)間之間存在精確關(guān)系。

4 使用平頂手具照射時(shí)，高能量密度和高功率激光可視為有效非侵入療法，需進(jìn)一步研究與高斯光束手具的比較。

 

使用丹麥Unisense電極測(cè)量數(shù)據(jù)的研究意義：

使用丹麥Unisense電極（一種電流計(jì)電極）測(cè)量氧消耗數(shù)據(jù)的研究意義在于，該電極能高精度地監(jiān)測(cè)封閉環(huán)境中草履蟲(chóng)的實(shí)時(shí)氧消耗變化，從而直接反映線(xiàn)粒體呼吸鏈活動(dòng)。這種測(cè)量方法提供了細(xì)胞代謝的定量指標(biāo)，驗(yàn)證了激光照射對(duì)線(xiàn)粒體功能的調(diào)制效果。具體而言，數(shù)據(jù)表明特定激光參數(shù)（如64 J/cm2-1 W）能顯著增加氧消耗，且與ATP合成增加同步，這證實(shí)了光生物調(diào)制未導(dǎo)致呼吸鏈解偶聯(lián)，避免了氧化應(yīng)激風(fēng)險(xiǎn)。研究意義還包括該方法的高靈敏度和可靠性，為在原型生物模型中研究光生物效應(yīng)提供了標(biāo)準(zhǔn)化工具，支持將結(jié)果外推至更復(fù)雜生物系統(tǒng)，并強(qiáng)調(diào)了在光療法中精確控制參數(shù)的重要性。此外，結(jié)合溫度控制數(shù)據(jù)，Unisense電極的測(cè)量排除了熱干擾，強(qiáng)化了光化學(xué)機(jī)制的主導(dǎo)地位，為開(kāi)發(fā)基于線(xiàn)粒體調(diào)制的治療策略奠定基礎(chǔ)。