Methylene blue at pagkakalantad sa liwanag: haba ng alon, irradiance, at heometriya ng paggamot

Dalawang papel ang nag-ulat ng paglalantad ng methylene blue sa 10 J per square cm ng liwanag. Ang isa ay nakapatay ng bakterya. Ang isa naman ay walang nasusukat na epekto. Napagpasyahan ng isang mambabasang naghahambing lamang ng dosis na hindi magkakatugma ang mga resulta sa larangang ito. Magkakatugma ang mga ito. Hindi kailanman nailarawan ng dosis lamang ang buong pagkakalantad.

Ang pagkakalantad sa liwanag ay isang maliit na sistema ng mga parameter na sabay-sabay na gumagana: haba ng alon, irradiance, tagal, nagreresultang fluence, pagkakaroon ng oxygen, konsentrasyon at kalagayan ng pagbuo ng mga kumpol ng tina, agwat ng oras sa pagitan ng tina at liwanag, at ang landas na aktuwal na tinatahak ng liwanag sa sample. Baguhin ang isa at magbabago ang potokemika. Sinusuri ng artikulong ito ang bawat parameter, at pagkatapos ay pinag-iiba ang photobiomodulation gamit ang near infrared at ang direktang photoactivation ng tina, dahil ang dalawang paraang ito ang pinakamadalas mapagkamalan.

Ang haba ng alon ang nagtatakda kung makikilahok ang tina

Ang methylene blue sa tubig ay malakas sumipsip ng pulang liwanag kapag nasa anyong monomer, na may tugatog malapit sa 664 hanggang 665 nm at isang balikat sa kurba ng pagsipsip sa mas maikling haba ng alon na malapit sa 610 nm. Lumalaki ang balikat na ito habang nagkukumpol ang tina bilang mga dimer at mas malalaking salansan. Ang molar extinction malapit sa tugatog ay nasa antas na 65,000 hanggang 85,000 M-1 cm-1, kaya matingkad na asul na ang mga solusyong may konsentrasyong micromolar. Itinatala ng naunang pagsusuri sa potokemika ng methylene blue kasama ang DNA at mga biyolohikal na substrate ang ganitong pag-uugali sa pagsipsip at ang kasunod na kemika ng excited state: inililipat ng pagsipsip ang mga molekula sa isang panandaliang singlet state, na tumatawid sa mas matagal na triplet state na may naiulat na mga yield na malapit sa 0.5. Sa solusyong may hangin, pinapawi ng oxygen ang triplet state na ito sa loob ng humigit-kumulang 2 microseconds.

Sa hakbang na iyon ng pagpawi naghihiwalay ang dalawang landas ng potokemika. Sa kemikang Type II, naglilipat ng enerhiya ang tinang nasa triplet state sa oxygen na nasa ground state at lumilikha ng singlet oxygen, na may mga karaniwang binabanggit na yield na malapit sa 0.52. Sa kemikang Type I, sa halip ay naglilipat ang triplet ng isang electron o hydrogen sa isang substrate, na lumilikha ng mga radical kabilang ang mga species na superoxide at hydroxyl. Maaaring sabay na maganap ang dalawa, at nananatiling lubhang nakadepende sa oxygen ang karaniwang photodynamic na epekto kahit may ambag ang Type I.

May simpleng tuntunin itong ipinahihiwatig para sa pagpili ng haba ng alon para sa methylene blue. Ang pulang liwanag mula humigit-kumulang 630 hanggang 680 nm ay tumutugma sa banda ng pagsipsip ng tina, at ang 660 hanggang 665 nm ay malapit sa pinakamataas na pagsipsip ng monomer. Kaya maaari nitong pasiglahin ang kemikang dulot ng photosensitizer saanman may sapat na tina. Ang near infrared sa 810 nm ay malayo sa labas ng banda ng pagsipsip ng ground state, kaya hindi ito angkop na haba ng alon para sa direktang pagpapasigla ng tina. Pinapakomplika ng konsentrasyon ang larawan sa isang malinaw na paraan: habang tumataas ang konsentrasyon, mas maraming tina ang nasa anyong dimer at mga kumpol na sumisipsip sa bandang 610 nm at hindi gaanong mahusay na kumikilos bilang photosensitizer kada molekula. Kaya ang pagdodoble ng tina ay hindi nagdodoble ng epekto. Itinuturing ng kaugnay na pagsusuri sa methylene blue kasama ang terapiya gamit ang pulang liwanag ang tuntuning ito ng pagsipsip bilang kinakailangang kondisyon para sa anumang reaksiyong pinasimulan ng photosensitizer.

Tatlong parameter ang irradiance, tagal, at fluence, hindi iisa

Ang fluence, sa J per square cm, ay irradiance na pinarami sa oras. Ang pag-uulat ng fluence lamang ay nagtatago sa bilis ng pagdating ng enerhiya, at mahalaga ang bilis na iyon.

Ang mataas na irradiance na ibinigay nang saglit at mababang irradiance na ibinigay nang matagal ay maaaring maghatid ng parehong fluence ngunit magkaibang kemika. Mas mabilis ubusin ng mataas na irradiance ang natunaw na oxygen kaysa mapalitan ito sa pamamagitan ng diffusion, kaya nililimitahan nito ang landas na Type II na nakadepende sa oxygen habang nagpapatuloy ang pagkakalantad. Nagdaragdag din ito ng init, at tumutugon ang tisyu sa pag-init sa pamamagitan ng mga pagbabago sa daloy ng dugo na nagbabago kapwa sa suplay ng oxygen at distribusyon ng tina. Napapanatili ng mababang irradiance sa mahabang pagkakalantad ang suplay ng oxygen, ngunit nagbibigay ito ng oras para kumilos ang mga proseso ng pagkukumpuni at muling paglalagay ng oxygen habang nagaganap mismo ang pagkakalantad. Tinatawag ng mga aklat sa potokemika na reciprocity ang palagay na kabuuang dosis lamang ang mahalaga. Hindi ito umiiral kapag may papel ang oxygen, pag-init, o biyolohiya—na sa tisyu ay halos palagi.

Ang mga antimicrobial na photodynamic na pagkakalantad gamit ang methylene blue sa tao ay karaniwang gumagamit ng 6 hanggang 18 J per square cm, na tumutugma rin sa mga halagang ginagamit sa photobiomodulation. Kaya hindi matutukoy ng fluence lamang kung anong paraan ang ginagamit. Ang pagkakalantad na 10 J per square cm sa 660 nm sa tisyu na may tina ay potokemikang pinapagana ng photosensitizer. Ang parehong fluence sa 810 nm sa tisyu na may napakakaunting tina ay lubos na naiiba. Magkapareho ang numero. Magkaiba ang konsepto.

Ang landas ng liwanag at heometriya ng sample ang nagtatakda kung ano ang maaabot ng liwanag

Dahil sa pag-uugaling Beer Lambert, mas maraming liwanag ang natatanggap ng harapang bahagi ng sample kaysa sa likuran. Sa isang cuvette na may tina na nasa sampu-sampung micromolar, maaaring masipsip ng unang milimetro ang karamihan ng tumatamang pulang liwanag, kaya halos walang pagkakalantad ang mas malalalim na patong. Ilagay ang parehong solusyon sa isang mababaw na well na may maliit na volume at magiging halos pantay ang pagkakalantad. Parehong tina, parehong lampara, parehong fluence sa ibabaw, ngunit magkaibang resulta.

Bukod sa pagsipsip, nagdaragdag din ang tisyu ng pagkalat ng liwanag. Ang pulang liwanag malapit sa 660 nm ay tumatagos nang nasa antas ng mga milimetro, at ang eksaktong lalim ay itinatakda ng dami ng dugo, pigmentasyon, at uri ng tisyu. May sarili ring mga artipakto ang mga well: pagganap ng meniscus bilang lente, pagmuni ng liwanag mula sa mga dingding, pagkakalilim ng mga well sa gilid, at pag-init ng maliliit na volume sa ilalim ng pinagmumulan ng liwanag. Ang dalawang laboratoryong nag-uulat ng magkaparehong setting ng lampara ngunit gumagamit ng magkaibang uri ng plate, volume, o distansiya mula sa pinagmumulan ng liwanag ay nagsagawa ng magkaibang eksperimento.

Dapat bigyang-diin ang distansiya dahil ito ang pinakamadalas na hindi napapansing variable. Mabilis bumababa ang irradiance habang lumalayo sa isang pinagmumulan ng liwanag na hindi collimated, kaya ang paglipat ng lampara mula 2 cm patungong 5 cm sa ibabaw ng plate ay maaaring magpababa nang ilang ulit sa irradiance kahit pareho pa rin ang nakasulat sa seksiyon ng mga pamamaraan. Kung walang sinukat na irradiance sa ibabaw ng sample, ang mga inilathalang fluence na kinuwenta mula sa mga power rating ng tagagawa ay mga pagtatantiya, hindi mga sukat.

Gabay sa mga parameter na may paliwanag: paano magagawang maulit ang isang pagkakalantad

Ang orihinal na materyal para sa pahinang ito ay isang checklist. Hindi maihahambing sa iba ang anumang pagkakalantad sa liwanag sa isang pag-aaral na hindi nagsasama ng mga detalyeng ito, gaano man kamukha ang pangunahing iniulat na dosis.

1. Haba ng alon at bandwidth. Tugatog at buong lapad, hindi pangalan ng kulay. Saklaw ng pulang LED ang 630 hanggang 680 nm, kung saan lubhang magkakaiba ang pagsipsip ng tina.
2. Sinukat na irradiance sa ibabaw ng sample, sa mW per square cm. Ang wattage ng tagagawa ay hindi irradiance.
3. Tagal at pagpulso. Tuloy-tuloy kumpara sa pulso-pulsong paghahatid, kasama ang dalas ng pulso at duty cycle kung naaangkop.
4. Fluence na kinuwenta mula sa pares ng mga sukat sa itaas, sa J per square cm.
5. Konsentrasyon, pormulasyon, at kalagayan ng pagbuo ng mga kumpol ng tina. Naiiba ang pagganap bilang photosensitizer ng monomer malapit sa 664 nm kumpara sa mga kumpol malapit sa 610 nm.
6. Agwat sa pagitan ng gamot at liwanag. Mga minuto hanggang oras sa pagitan ng pagbibigay ng tina at pag-iilaw, na nagtatakda kung nasaan ang tina pagdating ng liwanag.
7. Suplay ng oxygen. Direktang binabago ng solusyong may hangin kumpara sa tisyu na kulang sa oxygen ang balanse ng Type I at Type II.
8. Heometriya. Lalim ng sample, volume, uri ng sisidlan, distansiya at anggulo ng pinagmumulan ng liwanag, at lalim ng target sa tisyu.

Isang kapaki-pakinabang na gawi sa pagbabasa ng mga papel: suriin muna ang agwat sa pagitan ng gamot at liwanag. Ipinapakita nito ang layunin. Sadyang iniilawan ng mga photodynamic na disenyo ang tisyu na may tina. Maaaring sadyang paghiwalayin ng mga disenyong may pinagsamang interbensiyon ang dalawa, gaya ng nasa ibaba.

Ang photobiomodulation gamit ang near infrared ay hindi photoactivation ng tina

Ang photobiomodulation, na karaniwang pinaikli bilang PBM, ay gumagamit ng pulang liwanag o near infrared upang baguhin ang pagsesenyas na likas sa katawan nang walang idinadagdag na photosensitizer. Ang photodynamic therapy, na karaniwang pinaikli bilang PDT, ay sabay na gumagamit ng tatlong bahagi: liwanag na sinisipsip ng sensitizer, ang sensitizer mismo, at oxygen upang lumikha ng biglaang pagdami ng mga reaktibong species na pumipinsala sa target. Pinag-uugnay ng isang pagsusuri sa mitochondria bilang target para sa proteksiyon ng mga neuron ang methylene blue at PBM dahil parehong nakaaapekto ang mga ito sa respirasyon sa magkaibang paraan: ang tina ay kumikilos bilang isang katalitikong redox cycler na sumusuporta sa daloy ng electron, samantalang ipinapalagay na itinataguyod ng PBM ang paghiwalay ng nakapipigil na nitric oxide mula sa cytochrome c oxidase sa Complex IV. Dapat manatiling malinaw na hipotesis ang mekanismong iyon ng enzyme.

Ang dalawang pinakamadalas banggiting pag-aaral ng pinagsamang interbensiyon sa mga daga ay parehong gumagamit ng liwanag na 810 nm, at iyon mismo ang dahilan kung bakit hindi nila ipinapakita ang photoactivation ng tina. Sa isang pag-aaral ng paunang paggamot bago ang pagkakait ng tulog, binigyan ang mga daga ng methylene blue araw-araw sa 0.5 mg per kg, pulso-pulsong laser na 810 nm tuwing ikalawang araw, o pareho bago ang pagkakait ng tulog. Naprotektahan ng pinagsamang paunang paggamot ang mga pag-uugaling kaugnay ng memorya at ang mga synaptic na protina sa hippocampus, samantalang sa kalakhan ay hindi nagtagumpay ang mga indibidwal na paggamot. Sa isang pag-aaral ng pangmatagalang stress na may kasabay na paggamot, tumanggap ang mga daga ng 810 nm PBM sa 8 J per square cm kasabay ng araw-araw na tina sa 0.5 mg per kg. Inilapat muna ang laser at itinurok ang tina makalipas ang dalawang oras, partikular upang maiwasang mailawan ang tisyu na may tina. Nabawi ng lahat ng tatlong pangkat ang mga kakulangan sa pagkatuto, at ang dagdag na benepisyo mula sa pagsasama ay pangunahing nakita sa cortisol sa suwero at mga reaktibong species ng oxygen sa utak. Sinusubok ng mga resultang ito ang dalawang interbensiyong nakatuon sa mitochondria na ginamit nang magkasama—isang pagkakaibang pinananatiling malinaw ng koleksiyon ng mga photodynamic na pag-aaral sa pamamagitan ng pagtatala ng haba ng alon para sa bawat indikasyon.

Nasa kabilang panig ang ebidensiya tungkol sa balat. Ang datos sa tao tungkol sa methylene blue kasama ang liwanag para sa balat ay nakasentro sa 630 hanggang 680 nm, gamit ang tina na ipinapahid o ibinibigay sa loob ng lesyon, at may layuning sumira o magbago ng estruktura. PDT iyon ayon sa depinisyon. Ang pagbanggit sa pagkawala ng mga lesyon bilang patunay na pinahuhusay ng tina ang PBM, o ang pagbanggit sa paggaling ng mga daga gamit ang 810 nm bilang patunay na ang isang panel na 660 nm kasama ang tina ay isang protokol para sa kognisyon, ay naghahalo ng magkaibang paraan. Mas pinalalawak ng sanggunian sa pagdodosis at parmakolohiya at ng gabay sa kaligtasan at mga interaksiyon ang mga bahagi ng usaping ito tungkol sa konsentrasyon at mga kontraindikasyon.

Tukuyin muna ang konsepto bago maghambing ng mga numero. Ang haba ng alon ang nagtatakda kung sisipsip ang tina. Ang irradiance at tagal ang nagtatakda kung ano ang gagawin ng kemika sa pagsipsip na iyon. Ang heometriya ang nagtatakda kung aling bahagi ng sample ang makakaranas ng alinman dito. Ang dalawang pagkakalantad na magkatugma sa isang parameter ngunit magkaiba sa iba pa ay magkaibang eksperimento, at ang pagturing sa mga ito bilang mapagpapalit ang pagkakamaling nilalayong pigilan ng gabay na ito. Walang protokol para sa paggamit sa bahay na mahihinuha mula sa alinman dito; ang liwanag na may haba ng along tugma sa tina, kasama ang tina na ibinigay sa buong katawan, ay nagbabago sa isang pagkakalantad na sana ay pangmodula lamang tungo sa potokemikang pinapagana ng photosensitizer, na dapat pangasiwaan ng mga propesyonal sa klinika.