Photobiomodulation on human osteoblasts and osteogenic differentiation of adipose-derived stem cells

Abstract

Bu karşılaştırmalı in vitro çalışmada kemik oluşumunda fotobiyomodülasyon etkileri araştırılmıştır. Fotobiyomodülasyonda görünür ve yakın kızılaltı ışığın ısıl olamayan bir etki yaratıp hücre içinde bulunan kromoforları etkileyerek tedaviye yönelik sonuçlara neden olabildiği düşünülmektedir. Fotobiyomodülasyonun moleküler ve hücresel aktiviteler üzerindeki etkisi tam olarak açıklanamasa da oksijen radikallerinin biyolojik yolakları etkinleştirdiği önerilmektedir.Bu çalışmanın bir amacı iki farklı dalgaboyu ve üç farklı enerji yoğunluğunda ışığın insan osteoblast kemik hücreleri ve yağ-doku kök hücrelerinin osteoblasta farklılaşması üzerindeki etkilerini incelemektir. Çalışmanın diğer amacı ise ışığın muhtemel uyarıcı etkisinin ışığa duyarlı maddeler ile arttırılmasının incelenmesidir. Hücreler ışık ile uyarılmadan önce İndosiyanine yeşili ve Metilen mavisi ile inkübe edilmişlerdir.Hücre canlılığı, hücre çoğalması, alkalin fosfataz aktivitesi, mineralleşme seviyesi, oksijen radikallerinin oluşması ve kemik hücresine dair gen ekspresyonlarını ölçmek üzere testler yapılmıştır. Çalışmanın sonuçlarına göre ışık ve ışığa duyarlı maddenin birlikte uygulanması hücre canlılığı veya çoğalmasında değişiklikler yaratmasa da, detaylı incelemelerde mineralleşme ve alkalen fosfataz üretiminde tek başına veya ışığa duyarlı madde ile birlikte uygulanan ışığın etkilerinin olduğu gözlemlenmiştir. Işık ve ışığa duyarlı madde ile uygulanan ışığın etkisinin biyostimülatif veya biyoinhibitör olması ışığın dalgaboyuna ve dozuna bağlıdır. Fotobiyomodülasyonun gelecek vaat eden çok çeşitli uygulamaları olabileceği düşünülse de klinik uygulamalardan önce uygun ve güvenilir parametrelerin belirlenmesi gerekmektedir.

The present in vitro comparative study evaluated parameters of osteogenesis under the influence of photobiomodulation (PBM). PBM uses light in the visible and near-infrared spectrum to induce a non-thermal process and to activate endogenous chromophores, which may result in therapeutic outcomes. Although the cellular and molecular mechanisms involved in the PBM are still unclear, studies suggest that reactive oxygen species (ROS) produced in response to PBM, can induce activation of many biological pathways. Adipose-derived stem cells are promising for use in regenerative medicine and promoting their osteogenic differentiation would be used in improving bone tissue healing and regeneration. The effects of PBM at two different wavelengths with three different energy densities on human osteoblasts and osteogenic differentiation of adipose-derived stem cells were investigated in this present study. Another purpose of the study was to associate the possible biostimulative effect of light with photosensitizers (PSs), which are light activated molecules that cause ROS generation. The cells were incubated with Indocyanine Green (ICG) and Methylene Blue (MB) prior to laser irradiation.Assays measuring the cell viability, cell proliferation, alkaline phosphatase activity (ALP), mineralization, ROS generation and osteoblast specific gene expressions were performed. The results of the present study showed that combined light and PS treatment does not result in a synergistic enhancement of PBM on cell viability and proliferation, but detailed analysis revealed that mineralization and ALP activity were altered following only light or photosensitizer mediated light applications. Whether biostimulative or inhibitory effect occurs after PBM and PS-combined PBM depends upon light dose and wavelength. The potential applications of PBM may be numerous but adequate and reliable evidence is necessary to recommend PBM for clinical use.