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Fotobiomodulação - mecanismo subjacente e aplicações clínicas


Claudia Dompe, Lisa Moncrie, Jacek Matys, Kinga Grzech-Le ́sniak, Ievgeniia Kocherova, Artur Bryja, Małgorzata Bruska, Marzena Dominiak, Paul Mozdziak, Tarcio Hiroshi Ishimine Skiba, Jamil A. Shibli, Ana Angelova Volponi, Bartosz Kempisty and Marta Dyszkiewicz-Konwi ́ nska


Resumo


O objetivo deste estudo é explorar as possibilidades de aplicação da terapia a laser na medicina e na odontologia, analisando o mecanismo de ação subjacente dos lasers em diferentes células, com especial foco nas células-tronco e nos mecanismos de reparo. O interesse na aplicação da laserterapia na medicina e na odontologia aumentou notavelmente na última década. Existem diferentes tipos de lasers disponíveis e seu uso é bem definido por diferentes parâmetros, como: comprimento de onda, densidade de energia, potência de saída e duração da radiação. A irradiação laser pode induzir um efeito fotobiomodulador (PBM) nas células e tecidos, contribuindo para uma modulação direcionada do comportamento celular, potencializando os processos de reparação tecidual. A fotobiomodulação (PBM), também conhecida como terapia a laser de baixa potência (LLLT), pode induzir a proliferação celular e melhorar a diferenciação de células-tronco.

A laserterapia é um método não invasivo que contribui para o alívio da dor e reduz a inflamação, paralelamente à melhoria dos processos de cicatrização e reparação tecidual. A aplicação dessas propriedades foi empregada e observada no tratamento de diversas doenças e condições, como diabete, lesões cerebrais, lesões na medula espinhal, condições dermatológicas, irritações bucais e em diversas áreas da odontologia.


Introdução


O papel da luz nos sistemas e processos biológicos pode ser observado claramente nos nossos ciclos de sono-vigília, nos ritmos circadianos e na absorção de vitaminas. A introdução dos lasers, como fontes de emissão amplificada e estimulada de radiação, deu aos investigadores a oportunidade de obter e utilizar luz de alta potência (em comprimentos de onda específicos) em biologia, criando uma nova perspectiva para a sua aplicação na cura e na engenharia de tecidos. Na medicina e na odontologia, os lasers utilizados na fototerapia e incluídos na fotobiomodulação (PBM) são os lasers de baixo nível (classe III) definidos com uma potência de saída de 500 mW, e também existem os lasers de alto nível (classe IV) com uma potência de saída de 500 mW ou superior.


Ao mesmo tempo, a investigação centrada nas células estaminais e nas suas propriedades contribui para uma melhor compreensão dos mecanismos de reparação e regeneração, com base nas propriedades das células estaminais, como a autorrenovação e a capacidade de diferenciação multilinhagem.


O efeito do PBM na aceleração do processo de cura foi introduzido na década de 1960 por Endre Mester e pesquisadores da Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA) o usaram para melhorar os processos de cura no espaço O laser e a luz LED induzem um efeito de fotobiomodulação (PBM) usado para acelerar a cicatrização, pois aumenta a viabilidade celular, estimulando a síntese de ATP pelos fotorreceptores mitocondriais e da membrana celular. Este processo pode ser utilizado na promoção da taxa de proliferação de osteoblastos, permitindo o desenvolvimento de novas abordagens clínicas onde a influência da irradiação laser estará interligada com o conhecimento do comportamento das células estaminais e a manipulação dirigida para a reparação óssea acelerada.




Figura 1 A aplicação de luz vermelha (600–810 nm) é absorvida pela enzima citocromo c oxidase, que está localizada na unidade IV da cadeia respiratória da mitocôndria. O óxido nítrico (NO) é então deslocado e ativa a enzima, o que leva a um gradiente de prótons. Consequentemente, os níveis de íons cálcio (Ca2+), espécies reativas de oxigênio (ROS) e produção de ATP aumentam. Por outro lado, a aplicação de luz infravermelha próxima (810–1064 nm) ativa canais de íons sensíveis à luz e aumenta os níveis de Ca2+. ROS e AMP cíclico (cAMP) então interagem com os íons de cálcio. Todas essas atividades aumentam a diferenciação, a proliferação e a migração celular, entre outras coisas. Criado com BioRender.



Figura 2 Em condições hipóxicas, o HIF-α sofre dimerização com o HIF-β. A terapia com laser poderia induzir ainda mais esse efeito. O dímero liga-se então ao VEGF; portanto, a expressão genética é promovida e leva à angiogênese e diferenciação osteogênica. Criado com BioRender.




Figura 3 Na aplicação de PBM, os fótons são absorvidos pelos cromóforos que ativam as ROS. Como mensageiro secundário, o ROS resulta na ativação e estimulação de várias vias, incluindo p38 MAPK e PRKD2. O estresse oxidativo também pode estimular a MAPK p38 pela presença de citocinas. As duas vias estimulam a atividade hormonal da melatonina, que induz a diferenciação dos osteoblastos. No entanto, a p38 MAPK também aumenta os níveis de p-ATF2, o que pode resultar no declínio dos condrócitos. Criado com BioRender.



Financiamento: Esta pesquisa não recebeu financiamento externo.

Agradecimentos: Todas as figuras foram criadas por Maurycy Jankowski utilizando o software BioRender.

Conflitos de interesse: Os autores declaram não haver conflito de interesses.

Leia o artigo completo através do doi:10.3390/jcm9061724

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