Photobiomodulation cérébrale Résultats préliminaires de l'oxymétrie cérébrale régionale et de l'imagerie thermique

Suyzeko Company avait recherché un nouveau produit. Machine de photobiomodulation du cerveau, notre entreprise avait passé plus d'un an pour rechercher le produit, et nous avons invité le professeur à faire une recherche pour nous. Voir l'article suivant pour plus de détails.

Unité de recherche pour la médecine laser complémentaire et intégrative, l'unité de recherche en génie biomédical en anesthésie et médecine de soins intensifs, et TCM Research Center Graz, Université médicale de Graz, Auenbruggerplatz 39, EG19, 8036 Graz, Autriche

Reçu: 4 janvier 2019 / accepté: 15 janvier 2019 / Publié: 16 janvier 2019

Résumé:

Une nouvelle pièce d'équipement pour la photobiomodulation cérébrale LED (diode émettant de la lumière) est introduite. Les résultats préliminaires de la saturation régionale de l'oxygène cérébral et de la thermographie sont présentés avant, pendant et après la stimulation. La procédure offre une nouvelle façon de quantifier les effets biologiques d'une éventuelle méthode thérapeutique innovante. Cependant, d'autres mesures sont absolument nécessaires.

Mots clés:

photobiomodulation; cerveau; Stimulation LED (diode émettant de la lumière); thérapie lumineuse; longueur d'onde; accident vasculaire cérébral; démence; maladies mentales; saturation régionale de l'oxygène cérébral; imagerie thermique; Casque LED

La photobiomodulation cérébrale (PBM) avec des diodes émettrices rouges à proche infrarouge (NIR) (LED) pourrait être une thérapie innovante pour une variété de troubles neurologiques et psychologiques [1]. La lumière rouge / NIR peut stimuler le complexe de chaîne respiratoire mitochondriale IV (cytochrome c oxydase) et augmenter la synthèse de l'ATP (adénosintriphosphate) [1,2,3]. De plus, l'absorption de la lumière par les canaux ioniques conduit à la libération de Ca2 + et à l'activation des facteurs de transcription et de l'expression des gènes [1]. La thérapie du PBM cérébral pourrait améliorer la capacité métabolique des neurones et est capable de stimuler les réponses anti-inflammatoires, anti-apoptotiques et antioxydantes ainsi que la neurogenèse et la synaptogenèse [1]. Les résultats suggèrent que le PBM peut améliorer, par exemple, les fonctions du cerveau frontal des personnes âgées d'une manière sûre et rentable [4].
Cet article présente un nouvel équipement LED (figure 1) pour la photobiomodulation cérébrale, y compris les résultats préliminaires des mesures spectroscopiques presque infrarouges et l'imagerie thermique.

Figure 1. Première mesure avec le casque de photobiomodulation LED innovant (diode émettant de la lumière) (prototype de Suyzeko (Shenzhen Guangyang Zhongkang Technology Limited, Chine)) au TCM Research Center de l'Université médicale de Graz, en Autriche, en Europe, le 25 décembre 2018 .

Les premiers essais de base et cliniques prometteurs concernant la photobiomodulation cérébrale ont déjà été achevés; Cependant, il existe actuellement un manque d'appareils utiles pour les procédures thérapeutiques [1,2,3,4,5,6,7,8]. Suyzeko (Shenzhen Guangyang Zhongkang Technology Limited, Chine) a développé un prototype d'un dispositif aussi innovant. Au centre de recherche TCM (médecine traditionnelle chinoise) (président: Gerhard Litscher) de l'Université médicale de Graz, les premières mesures de test ont été effectuées avec cette construction (figure 1). Les données préliminaires de cette mesure pilote sont présentées ici.

L'équipement est actuellement basé sur la LED infrarouge en utilisant une longueur d'onde de 810 nm. Cette longueur d'onde a été prouvée récemment (2018) comme l'une des meilleures pour la stimulation transcrânienne laser / lumière [9]. Les résultats ont été confirmés par des mesures effectuées par notre équipe de recherche [5,6,7,8,10].

Pour le nouveau casque de stimulation, 256 LED avec une longueur d'onde de 810 nm ont été utilisées (figure 2). Les enquêtes ont été effectuées avec toutes les LED (n = 256) en mode actif (60 MW; une LED; 24 MW / cm2; ~ 15 W Casque total). La durée de la stimulation était de 15 min. La figure 2 montre également la transmission de la lumière pour un crâne humain (côté moyen et droit). Pour plus de calculs pour le facteur de transmission, voir les publications précédentes [6,7,8,9,10,11].

Figure 2. Casque de Suyzeko (Shenzhen, Chine) pour une éventuelle thérapie de photobiomodulation cérébrale (3 janvier 2019).

Les mesures des changements dans la saturation régionale de l'oxygène cérébral (RSO2) ont été effectuées à l'aide d'un instrument d'oxymètre IVS 5100C (Somanetics Corp., Troy, MI, USA). La spectroscopie proche infrarouge est une méthode non invasive pour mesurer le RSO2 à travers le crâne intact qui a été appliqué avec succès dans la recherche médicale de base et les indications cliniques pendant de nombreuses années [6]. La lumière proche infrarouge (730 et 805 nm) est émise par la peau, et après avoir passé différents types de tissus (peau et os), la lumière retournée est détectée à deux distances de la source de la lumière (3 et 4 cm). Sur la base de ce principe, l'absorption spectrale du sang dans les structures plus profondes (2 à 4 cm) peut être déterminée et définie comme le RSO2 [5,12]. Les capteurs ont été appliqués dans la zone frontale sur les côtés droit et gauche du cerveau du volontaire sain (voir figure 1). Pour minimiser l'influence de la lumière externe, la tête de cette zone a été recouverte d'une bande élastique pendant la procédure d'enregistrement et de stimulation. Après un temps de repos de 20 minutes, la stimulation LED a été allumée. Les résultats des trois sections (avant (20 min), pendant (15 min) et après (20 min) stimulation) sont indiqués sur la figure 3. Notez l'augmentation significative de RSO2 (côté gauche et droit) pendant et même après transcrânien Stimulation LED. Les changements de la température sont illustrés à la figure 4.

Figure 3. Résultats de la première mesure pilote avec le casque de stimulation LED de Suyzeko (Shenzhen, Chine). Notez l'augmentation de la saturation régionale de l'oxygène cérébral pendant et après la stimulation du côté gauche et droit.

Figure 4. résulte de l'imagerie thermique de la première mesure du pilote à l'aide du nouveau casque de stimulation. Notez l'augmentation de la température sur le casque (rangée supérieure; A avant, B pendant et C après stimulation) sur le front (rangée moyenne; D - F) et sur le menton (rangée inférieure; G - I).

La thérapie PBM a été développée il y a plus de 50 ans; Cependant, il n'y a toujours aucun accord commun sur les paramètres et les protocoles pour son application clinique. Certaines équipes de recherche ont recommandé l'utilisation d'une densité de puissance inférieure à 100 MW / cm2 et d'une densité d'énergie de 4 à 10 J / cm2 [11]. D'autres groupes recommandent jusqu'à 50 j / cm2 à la surface des tissus [11]. Des paramètres tels que la longueur d'onde, l'énergie, la fluence, la puissance, l'irradiance, le mode d'impulsion, la durée du traitement et le taux de répétition peuvent être appliqués dans une large gamme. Nos résultats préliminaires actuels ont montré une réponse claire de RSO2 cérébral par rapport à la stimulation LED. Cependant, il faut mentionner que la température a augmenté de manière significative et que ces effets doivent être pris en compte dans d'autres études en détail. Il y a aussi le fait que des études inefficaces dans des cellules avec une activité mitochondriale élevée semblent être dues plus souvent à une sur-dose qu'à un sous-dosage [11]. Par conséquent, des études cliniques concernant les doses de stimulation optimales sont nécessaires.

Le PBM transcrânien semble promettre de traiter différentes maladies mentales. Pitzschke et al. [13] ont également mesuré la propagation de la lumière dans différentes zones de la maladie de la maladie de Parkinson (PD), un tissu cérébral profond pertinent pendant l'illumination transcrânienne et transsphénoïdale (à 671 et 808 nm) d'une tête de cadavre et de paramètres optiques modélisés de tissu cérébral humain à l'aide de monte- Simulations de Carlo. Cette étude démontre qu'il est possible d'éclairer également les tissus cérébraux profonds transcrâniens et transsphénoïdalement. Cela ouvre des options thérapeutiques pour les personnes atteintes de MP ou d'autres maladies cérébrales nécessitant une luminothérapie [13].

Il y a eu plusieurs investigations concernant les effets indésirables possibles pour le PBM LED. Par exemple, Moro et al. a exploré les effets d'une application à plus long terme, jusqu'à 12 semaines, de PBM (670 nm) chez des singes macaques normaux et naïfs. Ils n'ont trouvé aucune base histologique pour les principales préoccupations de biosécurité associées au PBM délivrées par une approche intracrânienne [14]. Hennessy et Hamblin ont également souligné la sécurité déjà établie et le manque notable d'effets néfastes du PBM transcrânien [2].

Les résultats préliminaires sont très prometteurs; Cependant, des travaux de recherche supplémentaires sont nécessaires pour pouvoir utiliser, par exemple, ce nouveau type de PBM comme méthode thérapeutique. De nombreux chercheurs pensent que le PBM avec LED et / ou laser pour les troubles cérébraux deviendra l'une des applications médicales les plus importantes de la luminothérapie dans les années et les décennies à venir [3].

Financement
Cette recherche n'a reçu aucun financement externe.
Remerciements
L'auteur tient à remercier Shenzhen Guangyang Zhongkang Technology Limited, Shenzhen, Chine pour le nouvel équipement LED et les capteurs NIRS. Il tient également à remercier Daniela Litscher, MSC PhD pour sa précieuse aide dans l'enregistrement des données. Le travail scientifique au TCM Research Center Graz est en partie soutenu par le ministère fédéral autrichien des sciences, de la recherche et de l'économie.
Les conflits d'intérêts

L'auteur ne déclare aucun conflit d'intérêts.

Références
Salehpour, F.; Mahmoudi, J.; Kamari, F.; SADIGH-ETEGHAD, S.; Rasta, sh; Hamblin, MR Brain Photobiomodulation Thérapie: une revue narrative. Mol. Neurobiol. 2018, 55, 6601–6636. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
Hennessy, M.; Hamblin, M. Photobiomodulation et le cerveau: un nouveau paradigme. J. Opt. 2017, 19, 013003. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
Hamblin, M. Shining Light sur la tête: photobiomodulation pour les troubles cérébraux. BBA Clin. 2016, 6, 113–124. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
Chan, as; Lee, TL; Yeung, MK; Hamblin, MR Photobiomodulation améliore la fonction cognitive frontale des personnes âgées. Int. J. Geriatr. Psychiatry 2018. [Google Scholar] [CrossRef]
LitScher, G. Recherche de stimulation laser transcrânienne - un nouveau casque et les premières données de la spectroscopie presque infrarouge. Medicines 2018, 5, 97. [Google Scholar] [Crossref]
LitScher, G.; LitScher, D. Aspects scientifiques de la médecine laser innovante. En acupuncture laser et en médecine laser innovante; Bahr, F., Litscher, G., éd.; Bahr et Fuechtenbusch: Munich, Allemagne, 2018; Chapitre 3; pp. 13–77. [Google Scholar]
LitScher, D.; LitScher, G. Thérapie au laser et accident vasculaire cérébral: quantification des exigences méthodologiques en considération du laser jaune. Int. J. PhotoEnergy 2013, 2013, 575798. [Google Scholar] [CrossRef]
LitScher, D.; LitScher, G. Thérapie au laser et démence: une analyse de la base de données et des aspects futurs sur les systèmes LED. Int. J. PhotoEnergy 2014, 2014, 268354. [Google Scholar] [CrossRef]
Wang, P.; Li, T. Quelle longueur d'onde est optimale pour la stimulation transcrânienne au laser de bas niveau? 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 transcrânien jaune, rouge et infrarouge et stimulation LED: changements de paramètres vasculaires dans un modèle d'embryon de poussin. Intég. Méd. Int. 2015, 2, 80–89. [Google Scholar] [CrossRef]
Zein, R.; Selting, W.; Hamblin, MR Revue des paramètres de lumière et efficacité de la photobiomodulation: entraîner la complexité. J. Biomed. Opter. 2018, 23, 120901. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
LitScher, G.; Schwarz, G. oxymétrie cérébrale transcrânienne; Pabst Science Publisher: Lengerich, Allemagne, 1997. [Google Scholar]
Pitzschke, A.; Lovisa, B.; Seydoux, O.; Zellweger, M.; Pfleiderer, M.; Tardy, Y.; Wagnières, G. Dosimétrie de lumière rouge et nir dans le cerveau profond humain. Phys. Méd. 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. Aucune preuve de toxicité après photobiomodulation à long terme chez les primates non humains normaux. Exp. Brain Res. 2017, 235, 3081–3092. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]