Ключові слова
зелене світло
мезенхімальні стовбурові клітини
стимуляція регенерації
Як цитувати
Анотація
Мета. Метою даної роботи було експериментальне вивчення впливу світла різних діапазонів на проліферацію та міграцію мезенхімальних стовбурових клітин МСК людини та вибір її оптимальних параметрів для лікування.
Матеріали та методи. Експеримент проводився invitro на 260 культурах МСК людини, виділених з периферичної крові методом магнітної сепарації. Клітини оброблялися імпульсним світлодіодним світлом: 475 нм, 516 нм, 635 нм або залишалися нестимульованими. Усі світлодіодні пристрої мали пікову інтенсивність випромінювання 80 мВт/см2. Середня інтенсивність випромінювання сягала 40 мВт/см2. Опромінення проводилося за кімнатної температури протягом 10 хвилин на відстані 2 см від клітин. Досліджували клітини, вбудовані в 2D-матриці фібринового гелю для вивчення проліферації клітин та 3D-матриці фібринового гелю для вивчення міграція клітин. При цьому клітини, що використовуються для 2D-експериментів, стимулювалися на 0-й день, тоді як клітини, вбудовані в 3D-матриці, стимулювалися на 0-й день, а потім кожні 24 години до кількісної оцінки. Вплив різних довжин хвиль як на проліферацію, так і на клітинну метаболічну активність МСК з периферичної крові, було оцінено після початкової світлообробки при 24 годинах, 48 годинах і 72 годинах.
Результати. Протягом перших 48 годин після стимуляції клітини розмножувалися у всіх досліджуваних групах (стимульованих та нестимульованих). При цьому у терміни 24 години та 48 годин не було суттєвих відмінностей між групами. Для 2D-експериментів клітини стимулювалися лише на 0-й день, тоді як для 3D-експериментів стимуляція виконувалася кожні 24 години. Кількісна оцінка клітин, які мігрують в навколишню матрицю фібринового гелю, показала, що стимуляція червоним і зеленим світлом суттєво вплинули на 3D-міграцію через 4 дні. Опромінення синім світлом не чинило суттєвого ефекту на міграцію.
Висновки. Таким чином, опромінення МСК червоним і зеленим світлом збільшує поширення клітин у середовищі 2D і 3D, в той час як опромінення синім світлом знижує їх метаболічну активність. Цей факт, на наш погляд, доцільно використовувати з метою модернізації лабораторного обладнання та удосконалення схем лікування пацієнтів із використанням МСК. Перспективними є подальші дослідження щодо світлового впливу на диференціювання МСК.
Посилання
Atala A., Lanza R., Thomson J.A., Nerem R.M. (2008). Principles of regenerative medicine. USA: AcademicPressElsevier Inc.
Dawoud L.E., Hegazy E.M., Galhom R.A., Youssef M.M. (2022). Photobiomodulation therapy upregulates the growth kinetics and multilineage differentiation potential of human dental pulp stem cells-an in vitro. Study. Lasers Med Sci., 37(3), 1993-2003. https://doi.org/10.1007/s10103-021-03461-4
Wang L., Wu F., Liu C., Song Y., Guo J., Yang Y., Qiu Y. (2019). Low-level laser irradiation modulates the proliferation and the osteogenic differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells under healthy and inflammatory condition. LasersMedSci, 34(1), 169-178. https://doi.org/10.1007/s10103-018-2673-8
Mikami R., Mizutani K., Aoki A., Tamura Y., Aoki K., Izumi Y. (2018). Low-level ultrahigh-frequency and ultrashort-pulse blue laser irradiation enhances osteoblast extracellular calcification by upregulating proliferation and differentiation via transient receptor potential vanilloid 1. LasersSurgMed, 50(4), 340-352. https://doi.org/10.1002/lsm.22775
Zhang H., Hou J.F., Shen Y., Wang W., Wei Y.J., Hu S. (2010). Low level laser irradiation precondition to create friendly milieu of infarcted myocardium and enhance early survival of transplanted bone marrow cells. J. CellMol. Med., 14, 1975-1987.
Bourouni I., Kyriakidou K., Fourmousis I., Vrotsos I.A., Karoussis I.K. (2021). Low level laser therapy with an 810-nm diode laser affects the proliferation and differentiation of premature osteoblasts and human gingival fibroblasts in vitro. J LasersMedSci, 12:e33. https://doi.org/10.1002/lsm.22775
M Abdelgawad L., Salah N., Sabry D., Abdelgwad M. (2021) Efficacy of Photobiomodulation and Vitamin D on Odontogenic Activity of Human Dental Pulp Stem Cells. J LasersMedSci., 24,12, e30. https://doi.org/10.34172/jlms.2021.30. eCollection 2021.
Barboza C.A., Ginani F., Soares D.M., Henriques A.C., Freitas R.A. (2014). Low-level laser irradiation induces in vitro proliferation of mesenchymalstem cells. Einstein., 12, 75-81.
Fukuhara E., Goto T., Matayoshi T., Kobayashi S., Takahashi T.(2006) Optimal low-energy laser irradiation causes temporal G2/M arreston rat calvarial osteoblasts. Calcif. TissueInt., 79, 443-50.
Gao X., Xing D. (2009). Molecular mechanisms of cell proliferation induced by low power laser irradiation. J. Biomed. Sci. 16, 4. https://doi.org/10.1186/1423-0127-16-4
Peplow P.V., Chung T.Y., Ryan B., Baxter G.D. (2011). Laser photobiomodulation of gene expression and release of growth factors and cytokines from cells in culture: a review of human and animal studies. Photomed, Laser Surg., 29, 285-304.
Eroglu B., Genova E., Zhang Q., Su Y., Shi X., Isales C., Eroglu A. (2021). Photobiomodulation has rejuvenating effects on aged bone marrow mesenchymal stem cells. Sci Rep.,11(1),13067. https://doi.org/10.1038/s41598-021-92584-3
Stroh A., Tsai H.C., Wang L.P.. (2011). Tracking stem cell differentiation in the setting of automated optogenetic stimulation. Stem Cells., 29, 78—88.
AlGhamdi K.M., Kumar A., Moussa N.A. (2012). Low-level laser therapy: a useful technique for enhancing the proliferation of various cultured cells. Lasers Med. Sci., 27, 237-49.
Peplow P.V., Chung T.Y., Baxter G.D. (2010). Laser photobiomodulation of proliferation of cells in culture: a review of human and animal studies. Photomed. LaserSurg., 28 (Suppl. 1), S3-40.
Reddy G.K. (2004). Photobiological basis and clinical role of low-intensity lasers in biology and medicine. J. Clin. Laser Med. Surg., 22, 141-50.
Abrahamse H., Houreld N.N., Muller S., Ndlovu L. (2010). Flutnce and wavelength of low intensity laser irradiation affect activity and proliferation of human adipose derived stem cells. Medical Technology SA., 24, 9-14.
Anders J.J., Romanczyk T.B., Ilev I.K. (2008). Light supports neurite outgrowth of human neural progenitor cells In Vitro: the role of P2Y receptors. IEEE J. Selected Topics in Quantum Electronics.,14, 118-25.
Berg J.M., Tymoczko J.L., Stryer L. (2002). Biochemistry. 5th Ed. New York: W.H. Freeman & Co.
Kassak P., Przygodzki T., Habodaszova D., Bryszewska M., Sikurova L. (2005). Mitochondrial alterations induced by532 nm laser irradiation.Gen. Physiol. Biophys, 24, 209-20.
Bai, J, Li, L, Kou, N, Bai, Y, Zhang, Y. (2021). Low level laser therapy promotes bone regeneration by coupling angiogenesis and osteogenesis. Stem Cell Res Ther. Aug 3, 12(1), 432. https://doi.org/10.1186/s13287-021-02493-5
Monici, M., Cialdai, F., Ranaldi, F. (2013). Effect of IR laser on myoblasts: a proteomic study. Mol. Biosyst., 9, 1147—61.
Ong, W. K., Chen, H. F., Tsai, C. T., Fu, Y. J., Wong, Y. S., Yen, D. J., Chang, T. H., Huang, H. D., Lee, O. K., Chien, S., & Ho, J. H. (2013). The activation of directional stem cell motility by green light-emitting diode irradiation. Biomaterials, 34(8), 1911–1920. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2012.11.065
Kushibiki, T., & Awazu, K. (2009). Blue laser irradiation enhances extracellular calcification of primary mesenchymal stem cells. Photomedicine and laser surgery, 27(3), 493–498. https://doi.org/10.1089/pho.2008.2343
Karu, T.I. Low-power laser therapy. In: Biomedical photonics handbook. (2003). (T. Vo-Dinh, ed.). CRC Press: BocaRaton, 1-25.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.