M. Schaffer, R. Sroka, C. Fuchs, T. Pongratz, U. Schrader-Reichard

Laser-Forschungslabor, Klinikum Großhadern, Ludwig-Maximilians-Universität München

Zur Behandlung unterschiedlichster Erkrankungen wurden in den vergangenen Jahren erstaunliche klinische Ergebnisse durch oberflächliche Lichtbestrahlung bei sehr niedriger Leistungsdichte (LLLT) erzielt. Die angegebenen Indikationslisten sind umfangreich und liegen vor allem auf dem Gebiet der beschleunigenden Wundheilung und der Behandlung rheumatischer Erkrankungen. Eine Beurteilung der Effekte der LLLT ist jedoch schwierig, oft fehlen komplette Angaben zu den Bestrahlungsmodalitäten. Um einen Beitrag zum Verständnis der LLLT zu leisten, wurde das Proliferationsverhalten von normalen und tumorösen Zellen nach Bestrahlung unter definierten Bedingungen ermittelt.

Der Einfluß von Laserlicht auf den Mitoseindex wurde an Skelettmuskelzellen (C2), hum. Urothelialzellen (HCV29), hum. Glioblastomzellen (U373), hum. Urothelkarzinom (J82), hum. Plattenepithelkarzinom (ZMK) untersucht. Die Zellen wurden unter Standardbedingungen gezüchtet und 24 h vor Beginn der Bestrahlung in 6-well-Titerplatten ausgesät. Die Bestrahlung erfolgte in einer temperaturstabilisierten Zellkultur-Bestrahlungseinheit unter reproduzierbaren Bedingungen, homogener Ausleuchtung und mit einer Bestrahlungsstärke von 10 mW/cm². Die applizierte Energie betrug jeweils zwischen 2 und 20 J/cm². Für die Wellenlängenabhängigkeit wurde den Zellen jeweils Laserlicht der Wellenlängen  = 410, 488, 630, 635, 640 und 810 nm zugeleitet. Die Mitoserate wurde mit Hilfe der Orcein-Färbung von Chromosomen 24 h nach Bestrahlung der Zellen bestimmt. Die Auswertung des Einflusses der Bestrahlung erfolgte jeweils relativ zu den Kontrollen.

Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigen, dass die Mitose von Zellen durch Licht sowohl gesteigert, inhibiert als auch nicht beeinflußt werden kann. Diese Effekte sind zelltypspezifisch und hängen zellindividuell von der eingestrahlten Wellenlänge ab. In Abb. 1 ist die Wellenlängenabhängigkeit dieses Effektes bei jeweils 4 J/cm² applizierter Energie für die untersuchten Zelltypen dargestellt. Es wird deutlich, dass für einige Zelllinien eine deutliche Erhöhung des Mitoseindex auftritt, während für andere eine Inhibition oder Stagnation zu erkennen ist. Die Wellenlängenabhängigkeit spiegelt auch das Aktionsspektrum dieses Prozesses wider, was Hinweise über den möglichen initialen Absorber zuläßt. Aufgrund der Absorptionsspektren von Porphyrinen und Cytochromen kann angenommen werden, dass sie als initiale Absorber zu dem biomodulativen Effekt beitragen.

Abb. 1: Wellenlängenabhängigkeit des Mitoseindex für die unterschiedlichen Zellinien 24 h nach Bestrahlung mit 4 J/cm²

Aus dieser Untersuchung wird deutlich, dass die LLLT an Zellen nicht nur stimulierende sondern auch inhibierende Auswirkungen hat. Demzufolge sollte der Begriff Biostimulation zukünftig durch Biomodulation ersetzt werden. Ferner konnte gezeigt werden, dass sowohl Normal- als auch Tumorzellen diesem Prozeß unterliegen, der jeweils von der Wellenlänge abhängt. Als mögliche initiale Absorber kann eine Photoaktivierung mitochondrialer Porphyrine oder Cytochrome angenommen werden. Vor einer klinischen Anwendung sollte der Aspekt der zellspezifischen Reaktion eingehend untersucht werden.

Cell growth modulation of human cells irradiated in vitro with low-level laser therapy.

Photomedicine and laser surgery; VOL: 22 (6); p. 523-6 /200412/

Dipartimento di Biologia, Università degli Studi di Padova, Padova, Italy.

OBJECTIVE: The aim of this study was to investigate the effects of different wavelengths and doses of laser radiation on in vitro cell proliferation. We evaluated the biological effects of low-level laser therapy (LLLT) on two human cancer cell lines: HeLa (epithelial adenocarcinoma) and TK6 (lymphoblast). Our attention was focused on the combination of the two laser emissions as it could have a synergic effect greater than the single emission applied separately. BACKGROUND DATA: The effects of LLLT on human cells are still poorly understood and unexplained. Several cell types were found non responsive to laser bio stimulation; in other cases, only a partial activation was observed. METHODS: A laser device was used for cell irradiation with a continuous wave diode (lambda = 808 nm), a pulsed wave diode (lambda = 905 nm), and a combined wave diodes (lambda = 808 nm + 905 nm), in the dose range of 1-60 J/cm(2). RESULTS: The effect of the combined low-level 808-905-nm diode laser irradiation were slightly superior to those achieved with either laser alone in HeLa cells. TK6 cellular proliferation was not found to be significantly affected by any of the energy levels and varying exposure doses investigated.

Does LLLT stimulate laryngeal carcinoma cells? An in vitro study.

Brazilian dental journal; VOL: 13 (2); p. 109-12 /2002/

Faculty of Dentistry, Federal University of Bahia, Salvador, BA, Brazil. albp@ufba.br

Low level laser therapy (LLLT) has been used successfully in biomedicine and some of the results are thought to be related to cell proliferation. The effects of LLLT on cell proliferation is debatable because studies have found both an increase and a decrease in proliferation of cell cultures. Cell culture is an excellent method to assess both effects and dose of treatment.

The aim of this study was to assess the effect of 635nm and 670 nm laser irradiation of H.Ep.2 cells in vitro using MTT (3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyltetrazolium bromide). The cells were obtained from squamous cell carcinoma (SCC) of the larynx and were routinely processed from defrost to the experimental condition. Twenty-four hours after transplantation the cells were irradiated with doses ranging from 0.04 to 0.48J/cm2 for seven consecutive days (5 mW diode lasers: 635nm or 670 nm, beam cross-section approximately 1 mm) at local light doses between 0.04 and 0.48 J/cm2.

The results showed that 635nm laser light did not significantly stimulate the proliferation of H.Ep.2 cells at doses of 0.04 J/cm2 to 0.48 J/cm2, However, 670nm laser irradiation led to an increased cell proliferation when compared to both control and 635nm irradiated cells.

The best cell proliferation was found with 670nm laser irradiated cultures exposed to doses of doses of 0.04 to 0.48 J/cm2. We conclude that both dose and wavelength are factors that may affect cell proliferation of H.Ep.2 cells.