Metileenblou en ligblootstelling: golflengte, bestralingssterkte en behandelingsgeometrie

Twee navorsingsartikels rapporteer dat metileenblou aan 10 J per vierkante cm lig blootgestel is. Die een maak bakterieë dood. Die ander lewer geen meetbare resultaat nie. ’n Leser wat slegs die dosis vergelyk, kom tot die gevolgtrekking dat die veld inkonsekwent is. Die veld is konsekwent. Die dosis was nooit die volle blootstelling nie.

’n Ligblootstelling is ’n klein stelsel van parameters wat saamwerk: golflengte, bestralingssterkte, duur, die gevolglike fluentie, suurstofbeskikbaarheid, kleurstofkonsentrasie en -aggregasietoestand, die tydsverloop tussen kleurstof en lig, en die optiese pad wat die lig werklik deur die monster volg. Verander een en die fotochemie verander. Hierdie artikel bespreek elke parameter en onderskei dan naby-infrarooi fotobiomodulasie van direkte fotoaktivering van die kleurstof, omdat hierdie twee regimes die meeste met mekaar verwar word.

Golflengte bepaal of die kleurstof deelneem

Metileenblou in water absorbeer rooi lig sterk as ’n monomeer, met ’n piek naby 664 tot 665 nm en ’n skouer by ’n korter golflengte naby 610 nm wat groei namate die kleurstof in dimere en groter stapelings aggregeer. Die molêre ekstinksie naby die piek is in die orde van 65,000 tot 85,000 M-1 cm-1, dus is mikromolêre oplossings reeds intens blou. Die vroeë fotochemiese oorsig van metileenblou met DNA en biologiese substrate dokumenteer hierdie absorpsiegedrag en die daaropvolgende chemie van die aangeslane toestand: absorpsie bevolk ’n kortlewende singlettoestand, wat oorgaan na ’n langerlewende triplettoestand met gerapporteerde opbrengste naby 0.5, wat in ’n belugte oplossing binne ongeveer 2 mikrosekondes deur suurstof geblus word.

By hierdie blussingstap skei die twee fotochemiese paaie. In Tipe II-chemie dra die tripletkleurstof energie na suurstof in die grondtoestand oor en produseer singletsuurstof, met algemeen aangehaalde opbrengste naby 0.52. In Tipe I-chemie dra die triplet eerder ’n elektron of waterstof na ’n substraat oor en produseer radikale, insluitend superoksied- en hidroksielspesies. Albei kan gelyktydig plaasvind, en die konvensionele fotodinamiese effek bly sterk suurstofafhanklik, selfs wanneer Tipe I bydra.

Die gevolg vir die keuse van metileenblou se golflengte is ’n eenvoudige reël. Rooi lig van ongeveer 630 tot 680 nm oorvleuel met die kleurstof se absorpsieband, met 660 tot 665 nm naby die monomeermaksimum, en kan dus fotosensitiseerderchemie aandryf waar ook al beduidende hoeveelhede kleurstof teenwoordig is. Naby-infrarooi lig by 810 nm lê ver buite die absorpsieband van die grondtoestand, dus is dit ’n swak golflengte vir direkte opwekking van die kleurstof. Konsentrasie bemoeilik die prentjie op een werklike manier: namate konsentrasie toeneem, kom meer kleurstof in dimeriese en geaggregeerde vorme voor wat nader aan 610 nm absorbeer en minder doeltreffend per molekule fotosensitiseer, dus verdubbel die effek nie wanneer die kleurstof verdubbel word nie. Die aanvullende oorsig van metileenblou met rooiligterapie behandel hierdie absorpsiereël as die voorvereiste vir enige fotosensitiseerde reaksie.

Bestralingssterkte, duur en fluentie is drie parameters, nie een nie

Fluentie, in J per vierkante cm, is bestralingssterkte vermenigvuldig met tyd. Wanneer slegs fluentie gerapporteer word, word die tempo waarteen die energie aangekom het, verberg, en dié tempo maak saak.

’n Hoë bestralingssterkte wat kortstondig toegedien word en ’n lae bestralingssterkte wat oor ’n lang tyd toegedien word, kan dieselfde fluentie met verskillende chemie lewer. Hoë bestralingssterkte verbruik opgeloste suurstof vinniger as wat diffusie dit aanvul, wat die suurstofafhanklike Tipe II-pad gedurende die blootstelling afrem. Dit voeg ook hitte toe, en weefsel reageer op verhitting met veranderinge in bloedvloei wat sowel oksigenasie as kleurstofverspreiding verander. Lae bestralingssterkte oor ’n lang blootstelling handhaaf die suurstoftoevoer, maar gee herstel- en heroksigenasieprosesse tyd om tydens die blootstelling self op te tree. Fotochemiehandboeke noem die aanname dat slegs die totale dosis saak maak, resiprositeit. Dit faal wanneer suurstof, verhitting of biologie ’n rol speel, wat in weefsel byna altyd die geval is.

Antimikrobiese fotodinamiese blootstellings met metileenblou by mense gebruik gewoonlik 6 tot 18 J per vierkante cm, wat met fotobiomodulasiewaardes oorvleuel. Fluentie alleen kan dus nie die regime identifiseer nie. ’n Blootstelling van 10 J per vierkante cm by 660 nm in weefsel wat kleurstof bevat, is fotochemie wat deur ’n fotosensitiseerder aangedryf word. Dieselfde fluentie by 810 nm in weefsel met spoorhoeveelhede kleurstof is iets heeltemal anders. Die getal stem ooreen. Die konsep verskil.

Die optiese pad en monstergeometrie bepaal wat die lig teëkom

Beer-Lambert-gedrag beteken dat die voorkant van ’n monster baie meer lig ontvang as die agterkant. In ’n kuvet met kleurstof teen tientalle mikromolaar kan die eerste millimeter die meeste van die invallende rooi lig absorbeer, sodat dieper lae effektief onblootgestel bly. Plaas dieselfde oplossing in ’n vlak putjie met ’n lae volume en die blootstelling word byna eenvormig. Dieselfde kleurstof, dieselfde lamp, dieselfde fluentie aan die oppervlak, maar ’n ander resultaat.

Weefsel voeg verstrooiing by absorpsie. Rooi lig naby 660 nm dring in die orde van millimeters binne, met die presiese diepte wat deur bloedinhoud, pigmentasie en weefseltipe bepaal word. Putjies voeg hul eie artefakte by: lenswerking deur die meniskus, weerkaatsing van wande, skadu oor randputjies en verwarming van klein volumes onder die bron. Twee laboratoriums wat identiese lampinstellings maar verskillende plaattipes, volumes of bronafstande rapporteer, het verskillende eksperimente uitgevoer.

Afstand verdien klem omdat dit die algemeenste onopgemerkte veranderlike is. Bestralingssterkte neem vinnig af met afstand vanaf ’n nie-gekollimeerde bron, dus kan ’n lamp wat van 2 cm na 5 cm bo die plaat verskuif word, die bestralingssterkte verskeie kere verminder terwyl die metodesafdeling steeds dieselfde lees. Sonder ’n gemete bestralingssterkte aan die monsteroppervlak is gepubliseerde fluenties wat uit die vervaardiger se kraggraderings bereken is, ramings, nie metings nie.

Geannoteerde parametergids: wat maak ’n blootstelling reproduceerbaar

Die oorspronklike hulpmiddel vir hierdie bladsy is ’n kontrolelys. Enige ligblootstelling in ’n studie wat hierdie inskrywings weglaat, kan nie met ’n ander vergelyk word nie, ongeag hoe soortgelyk die hoofsaaklik vermelde dosis lyk.

1. Golflengte en bandwydte. Piek en volle breedte, nie ’n kleurnaam nie. Rooi LED-lig dek 630 tot 680 nm, waar kleurstofabsorpsie baie verskil.
2. Bestralingssterkte aan die monsteroppervlak, gemeet, in mW per vierkante cm. Die vervaardiger se wattwaarde is nie bestralingssterkte nie.
3. Duur en pulsering. Deurlopende teenoor gepulseerde toediening, insluitend pulsfrekwensie en dienssiklus waar van toepassing.
4. Fluentie bereken uit die bogenoemde gemete paar, in J per vierkante cm.
5. Kleurstofkonsentrasie, formulering en aggregasietoestand. Die monomeer naby 664 nm fotosensitiseer anders as aggregate naby 610 nm.
6. Geneesmiddel-liginterval. Minute tot ure tussen kleurstoftoediening en bestraling, wat bepaal waar die kleurstof is wanneer die lig aankom.
7. Oksigenasie. ’n Belugte oplossing teenoor hipoksiese weefsel verander die balans tussen Tipe I en Tipe II direk.
8. Geometrie. Monsterdiepte, volume, houertipe, bronafstand en -hoek, en die diepte van die teiken in die weefsel.

’n Nuttige gewoonte wanneer jy navorsingsartikels lees: gaan eers die geneesmiddel-liginterval na. Dit openbaar die bedoeling. Fotodinamiese studieontwerpe bestraal doelbewus weefsel wat kleurstof bevat. Kombinasieontwerpe kan die twee doelbewus skei, soos hieronder.

Naby-infrarooi fotobiomodulasie is nie fotoaktivering van die kleurstof nie

Fotobiomodulasie, gewoonlik afgekort as PBM, gebruik rooi of naby-infrarooi lig om endogene seinprosesse te moduleer sonder om ’n fotosensitiseerder by te voeg. Fotodinamiese terapie, gewoonlik afgekort as PDT, gebruik drie dele saam: lig wat die sensitiseerder absorbeer, die sensitiseerder self en suurstof om ’n uitbarsting van reaktiewe spesies te skep wat die teiken beskadig. ’n Oorsig van mitochondria as ’n teiken vir neurobeskerming kombineer metileenblou met PBM omdat hulle vanuit verskillende rigtings op respirasie inwerk: die kleurstof tree op as ’n katalitiese redokssiklusagent wat elektronvloei ondersteun, terwyl die hipotese is dat PBM die dissosiasie van inhiberende stikstofmonoksied van sitochroom c-oksidase by Kompleks IV bevorder. Daardie ensiemmeganisme moet steeds as ’n hipotese aangedui word.

Die twee mees aangehaalde kombinasiestudies op muise gebruik albei 810 nm-lig, en dit is presies waarom hulle nie fotoaktivering van die kleurstof demonstreer nie. In ’n voorbehandelingstudie oor slaapontneming het muise voor die slaapontneming daagliks metileenblou teen 0.5 mg per kg, ’n gepulseerde 810 nm-laser elke tweede dag, of albei ontvang. Gekombineerde voorbehandeling het geheueverwante gedrag en sinaptiese proteïene in die hippokampus beskerm, terwyl enkelbehandelings grotendeels misluk het. In ’n studie oor chroniese stres met gelyktydige behandeling het muise 810 nm-PBM teen 8 J per vierkante cm saam met daaglikse kleurstof teen 0.5 mg per kg ontvang, met die laser wat eerste toegepas is en kleurstof wat twee uur later ingespuit is, spesifiek om bestraling van weefsel wat kleurstof bevat, te vermy. Al drie behandelingsgroepe het leergebreke omgekeer, met ’n additiewe voordeel hoofsaaklik vir serumkortisol en reaktiewe suurstofspesies in die brein. Hierdie resultate toets twee mitochondriale intervensies wat saam gebruik word, ’n onderskeid wat die versameling fotodinamiese studies sigbaar hou deur die golflengte per indikasie aan te teken.

Bewyse oor die vel lê aan die ander kant. Menslike veldata oor metileenblou plus lig is gekonsentreer by 630 tot 680 nm, met topikale kleurstof of kleurstof wat binne letsels toegedien word en met die doel om te vernietig of te hermodelleer, wat per definisie PDT is. Om daardie opruiming as bewys aan te haal dat kleurstof PBM versterk, of om ’n 810 nm-herstelresultaat by muise as bewys aan te haal dat ’n 660 nm-paneel plus kleurstof ’n kognisieprotokol is, verwar die regimes. Die verwysing oor dosering en farmakologie en die veiligheids- en interaksiegids brei die dele van hierdie verhaal oor konsentrasie en kontraindikasies verder uit.

Benoem die konsep voordat jy getalle vergelyk. Golflengte bepaal of die kleurstof absorbeer. Bestralingssterkte en duur bepaal wat die chemie met daardie absorpsie doen. Geometrie bepaal watter deel van die monster enigiets daarvan ervaar. Twee blootstellings wat op een parameter ooreenstem en op die res verskil, is verskillende eksperimente, en om hulle as uitruilbaar te behandel, is die fout wat hierdie gids wil voorkom. Geen tuisprotokol volg uit enigiets hiervan nie; lig met ’n versoenbare golflengte plus sistemiese kleurstof verander ’n andersins modulerende blootstelling in fotochemie wat deur ’n fotosensitiseerder aangedryf word, en wat in kliniese hande hoort.