Влияние непрерывного низкоинтенсивного лазерного излучения красного (635 нм) и зеленого (525 нм) спектров на мезенхимальные стволовые клетки человека in vitro

Введение. Одним из способов неспецифического регулирования клеточной активности МСК на этапе предварительного культивирования in vitro является воздействие низкоинтенсивным лазерным излучением (НИЛИ). В задачи исследования входило изучение предельных режимов непрерывного НИЛИ красного (635 нм) и зеленого (525 нм) спектров. Материалы и методы. В эксперименте использовали адгезивную культуру МСК, 4 пассажа, полученных из ткани пуповины донора, давшего информированное согласие. Для освечивания использовали лазерный терапевтический аппарат «Лазмик-ВЛОК» (РУ № РЗН 2014/1410 от 06.02.2014), лазерные излучающие головки с одним лазерным диодом КЛО-635-40 (635 нм, 4,9 мВт/см²) и КЛО-525-50 (525 нм, 5,4 мВт/см²), работающие в непрерывном режиме. Фиксация лазерных излучающих головок обеспечивалась специальной насадкой (банкой) для лазерно-вакуумного массажа из комплекта КБ-5 диаметром 35 мм. Экспозиция во всех режимах составляла 5 мин. Выводы. Показано, что при используемых энергетических и временных параметрах воздействия морфология и жизнеспособность МСК не меняется. Полученные нами данные демонстрируют предельный уровень выбранных энергетических параметров, при которых наблюдается не просто отсутствие положительного эффекта в отношении стимулирования пролиферации, но возможно, и ингибирование.

мезенхимальные стволовые клетки, лазерное излучение, морфология и деление клеток, mesenchymal stem cells, laser irradiation, morphology and cell division

1. Емельянов А.Н., Кирьянова В.В. Стволовые клетки и свет в регенеративной медицине (часть 1) // Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2015. № 1. С. 51-62.

2. Климовицкий В.Г., Гринь В.К., Оксимец В.М. и др. Механизмы влияния мезенхимальных стволовых клеток на репаративный остеогенез // Травма. 2009. Т. 10. № 2: http://www.mif-ua.com/ archive/article/20108.

3. Москвин С.В. Системный анализ эффективности управления биологическими системами низкоэнергетическим лазерным излучением: Автореф. дисс.. докт. биол. наук. Тула, 2008. 38 с.

4. Москвин С.В. Эффективность лазерной терапии. Серия «Эффективная лазерная терапия». М.-Тверь: Триада, 2014. Т. 2. 896 с.

5. Москвин С.В., Ключников Д.Ю., Антипов Е.В. et al. Изменения в культуре мезенхимальных стволовых клеток человека под влиянием импульсного низкоинтенсивного лазерного излучения красного и инфракрасного спектров // Лазерная медицина. 2014. Т. 18. Вып. 2. С. 30-36.

6. Осипенко М.А., Жерелова О.М., Петрова П.П. и др. Влияние ионов свободного кальция на пролиферативную активность и жизнеспособность эмбриональных стволовых клеток // Доклады Академии наук. 2007. № 412 (1). P. 123-125.

7. Соколова И.Б., Павличенко Н.Н. Механизмы воздействия экзогенных мезенхимных стволовых клеток на ишемизированную ткань при сердечно-сосудистых заболеваниях // Цитология. 2010. Т. 52. № 11. С. 911-917.

8. Шахбазов А.В., Космачева С.М., Картель Н.А., Потапнев М.П. Нейрогенная дифференцировка мезенхимных стволовых клеток: трансгенный подход // Цитология. 2010. Т. 52. № 4. С.301-304.

9. Abramovitch-Gottlib L., Gross T., Naveh D. et al. Low-level laser irradiation stimulates osteogenic phenotype of mesenchymal stem cells seeded on a three-dimensional biomatrix // Lasers in Medical Science. 2005. № 20 (3-4). P. 138-146.

10. AlGhamdi K.M., Kumar A., Moussa N.A. Low-level laser therapy: a useful technique for enhancing the proliferation of various cultured cells // Lasers Med Sci. 2012. Vol. 27 (1). P. 237-249.

11. Anwer A.G., Gosnell M.E., Perinchery S.M. et al. Visible 532 nm laser irradiation of human adipose tissue-derived stem cells: effect on proliferation rates, mitochondria membrane potential and autofluorescence // Lasers Surg Med. 2012. Vol. 44 (9). P. 769-778.

12. Barboza C.A.G., Ginani F., Soares D.M. et al. Low-level laser irradiation induces in vitro proliferation of mesenchymal stem cells // Einstein (Sao Paulo). 2014. Vol. 12 (1). P. 75-81.

13. Chen Y., Bai B., Zhang S. et al. Effects of parathyroid hormone on calcium ions in rat bone marrow mesenchymal stem cells // BioMed Research International. 2014. Article ID 258409: http:// dx.doi.org/10.1155/2014/258409.

14. de Oliveira T.S., Serra A.J., Manchini M.T. et al. Effects of low level laser therapy on attachment, proliferation, and gene expression of VEGF and VEGF receptor 2 of adipocyte-derived mesenchymal stem cells cultivated under nutritional deficiency // Lasers Med Sci. 2015. Vol. 30 (1). P. 217-223.

15. de Villiers J.A., Houreld N.N., Abrahamse H. Influence of low intensity laser irradiation on isolated human adipose derived stem cells over 72 hours and their differentiation potential into smooth muscle cells using retinoic acid // Stem Cell Rev. 2011. Vol. 7 (4). P. 869-882.

16. Diniz I.M.A., Matos A.B., Marques M.M. Laser phototherapy enhances mesenchymal stem cells survival in response to the dental adhesives // The Scientific World Journal. 2014. Article ID 671789: http://www.hindawi.com/journals/tswj/aa/671789/.

17. Eduardo F.P., Bueno D.F., de Freitas P.M. et al. Stem cell proliferation under low-intensity laser irradiation: a preliminary study // Lasers in Surgery and Medicine. 2008. Vol. 40 (6). P. 433-438.

18. Freshney R.I., Stacey G.N., Auerbach J.M. Culture of human stem cells. Hoboken, USA: John Wiley & Sons, Inc., 2007. 256 p.

19. Gärtner A., Pereira T., Armada-da-Silva P.A.S. et al. Effects of umbilical cord tissue mesenchymal stem cells (UCX®) on rat sciatic nerve regeneration after neurotmesis injuries // JSRM. 2014. Vol. 10 (1). P1-P13.

20. Giannelli M., Chellini F., Sassoli C. et al. Photoactivation of bone marrow mesenchymal stromal cells with diode laser: effects and mechanisms of action // J. Cell. Physiol. 2013. Vol. 228 (1). P. 172-181.

21. Hawkins D., Abrahamse H. Biological effects of helium-neon laser irradiation on normal and wounded human skin fi broblasts // Photomedicine and Laser Surgery. 2005. Vol. 23 (3). P. 251-259.

22. Hawkins D., Abrahamse H. Effect of multiple exposures of low-level laser therapy on the cellular responses of wounded human skin fibroblasts // Photomedicine and Laser Surgery. 2006. Vol. 24 (6). P. 705-714.

23. Hermann A., Gastl R., Liebau S. Efficient generation of neural stem cell-like cells from adult human bone marrow stromal cells // J. Cell Sci. 2004. Vol. 117 (19). P. 4411-4422.

24. Hode L. The DOSE: a minute to learn, a lifetime to master // World Association for Laser Therapy Conference // Gold Coast. 2012. P. 50.

25. Horvát-Karajz K., Balogh Z., Kovács V. et al. In vitro effect of carboplatin, cytarabine, paclitaxel, vincristine, and low-power laser irradiation on murine mesenchymal stem cells // Lasers in Surgery and Medicine. 2009. Vol. 41 (6). P. 463-469.

26. Hou J.F., Zhang H., Yuan X. et al. In vitro effects of low-level laser irradiation for bone marrow mesenchymal stem cells: proliferation, growth factors secretion and myogenic differentiation // Lasers in Surgery and Medicine. 2008. Vol. 40 (10). P. 726-733.

27. Karu T. Activation of metabolism of nonphotosynthesizing microorganisms with monochromatic visible (laser) light: A critical review // Lasers in the Life Sciences. 1996. Vol. 7 (1). P. 11-33.

28. Kim H.K., Kim J.H., Abbas A.A. et al. Red light of 647 nm enhances osteogenic differentiation in mesenchymal stem cells // Lasers in Medical Science. 2009. Vol. 24 (2). P. 214-222.

29. Kim S., Honmou O., Kato K. Neural differentiation potential of peripheral blood- and bone-marrow-derived precursor cells // Brain Res. 2006. Vol. 1123 (1). P. 27-33.

30. Kim T.J., Joo C., Seong J. et al. Distinct mechanisms regulating mechanical force-induced Ca(2+) signals at the plasma membrane and the ER in human MSCs // eLife. 2015. Vol. 4. P. 04876.

31. Kushibiki T., Awazu K. Blue laser irradiation enhances extracellular calcification of primary mesenchymal stem cells // Photomedicine and Laser Surgery. 2009. Vol. 27 (3). P. 493-498.

32. Kushibiki T., Hirasawa T., Okawa S., Ishihara M. Blue laser irradiation generates intracellular reactive oxygen species in various types of cells // Photomedicine and Laser Surgery. 2013. Vol. 31 (3). P. 95-104.

33. Leonida A., Paiusco A., Rossi G. et al. Effects of low-level laser irradiation on proliferation and osteoblastic differentiation of human mesenchymal stem cells seeded on a three-dimensional biomatrix: in vitro pilot study // Lasers Med Sci. 2013. Vol. 28 (1). P. 125-132.

34. Li W.T., Leu Y.C. Effects of low level red-light irradiation on the proliferation of mesenchymal stem cells derived from rat bone marrow // Conf. Proc. IEEE Eng. Med. Biol. Soc. 2007. P. 5830-5833.

35. Li W.T., Chen C.W., Huang P.Y. Effects of low level light irradiation on the migration of mesenchymal stem cells derived from rat bone marrow // Conf. Proc. IEEE Eng. Med. Biol. Soc. 2013. P. 4121-4124.

36. Li W.T., Leu Y.C., Wu J.L. Red-light light-emitting diode irradiation increases the proliferation and osteogenic differentiation of rat bone marrow mesenchymal stem cells // Photomedicine and Laser Surgery. 2010. Vol. 28 (S1).P. S157-S165.

37. Lin F., Josephs S.F., Alexandrescu D.T. et al. Lasers, stem cells, and COPD // Journal of Translational Medicine. 2010. Vol. 8 (16): http://www.translational-medicine.com/content/8/1/16.

38. Lins E.C., Oliveira C.F., Guimaraes O.C. et al. A novel 785-nm laser diode-based system for standardization of cell culture irradiation // Photomed Laser Surg. 2013. Vol. 31 (10). P. 466-473.

39. Long X., Olszewski M., Huang W. Neural cell differentiation in vitro from adult human bone marrow mesenchymal stem cells // Stem Cells Develop. 2005. Vol. 14 (1). P. 65-69.

40. Lubart R., Friedmann H., Peled I., Grossman N. Light effect on fi broblast proliferation // Laser Therapy. 1993. Vol. 5 (2). P. 55-57.

41. Mirzaei M., Bayat M., Mosafa N. et al. Effect of low-level laser therapy on skin fi broblasts of streptozotocindiabetic rats // Photomed. Laser Surg. 2007. Vol. 25 (6). P. 519-525.

42. Mvula B., Abrahamse H. Low Intensity Laser Irradiation and Growth Factors Influence Differentiation of Adipose Derived Stem Cells into Smooth Muscle Cells in a Coculture Environment over a Period of 72 Hours // International Journal of Photoenergy. 2014. Article ID 598793: http://www.hindawi.com/journals/ ijp/2014/598793/.

43. Mvula B., Mathope T., Moore T., Abrahamse H. The effect of low-level laser irradiation on adult human adipose-derived stem cells // Lasers Med Sci. 2008. Vol. 23 (3). P. 277-282.

44. Mvula B., Moore T.J., Abrahamse H. Effect of low-level laser irradiation and epidermal growth factor on adult human adipose-derived stem cells // Lasers in Medical Science. 2010. Vol. 25 (1). P. 33-39.

45. Opländer C., Hidding S., Werners F.B. et al. Effects of blue light irradiation on human dermal fi broblasts // Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 2011. Vol. 103 (2). P. 118-125.

46. Pal G., Dutta A., Mitra K. et al. Effect of low intensity laser interaction with human skin fi broblast cells using fiber-optic nanoprobes // Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 2007. Vol. 86 (3). P. 252-261.

47. Poon V.K.M., Huang L., Burd A. Biostimulation of dermal fi broblast by sublethal Q-switched Nd:YAG 532 nm laser: Collagen remodeling and pigmentation // Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 2005. Vol. 81 (1). P. 1-8.

48. Saygun I., Nizam N., Ural A.U. et al. Low-level laser irradiation affects the release of basic fibroblast growth factor (bFGF), insulinlike growth factor-I (IGF-I), and receptor of IGF-I (IGFBP3) from osteoblasts // Photomed Laser Surg. 2012. Vol. 30 (3). P. 149-154.

49. Soleimani M., Abbasnia E., Fathi M. The effects of low-level laser irradiation on differentiation and proliferation of human bone marrow mesenchymal stem cells into neurons and osteoblasts: an in vitro study // Lasers Med Sci. 2012. Vol. 27 (2). P. 423-430.

50. Tong M., Liu Y.F., Zhao X.N. et al. Effects of different wavelengths of low level laser irradiation on murine immunological activity and intracellular Ca2+ in human lymphocytes and cultured cortical neurogliocytes // Lasers Med. Sci. 2000. Vol. 15 (3). P. 201-206.

51. Tuby H., Maltz L., Oron U. Low-level laser irradiation (LLLI) promotes proliferation of mesenchymal and cardiac stem cells in culture // Laser in Surgery and Medicine. 2007. Vol. 39 (4). P. 373-378.

52. Tuby H., Maltz L., Oron U. Implantation of low-level laser irradiated mesenchymal stem cells into the infarcted rat heart is associated with reduction in infarct size and enhanced angiogenesis // Photomedicine and Laser Surgery. 2009. Vol. 27 (2). P. 227-233.

53. Tuby H., Hertzberg E., Maltz L., Oron U. Long-term safety of low-level laser therapy at different power densities and single or multiple applications to the bone marrow in mice // Photomed Laser Surg. 2013. Vol. 31 (6). P. 269-273.

54. Wang J., Huang W., Wu Y. et al. MicroRNA-193 pro-proliferation effects for bone mesenchymal stem cells after low-level laser irradiation treatment through inhibitor of growth family, member 5 // Stem Cells Develop. 2012. Vol. 21 (1). P. 2508-2519.

55. Wu J.Y., Chen C.H., Wang C.Z. et al. Low-power laser irradiation suppresses inflammatory response of human adipose-derived stem cells by modulating intracellular cyclic AMP level and NF-kB activity // PLoS One. 2013. Vol. 8 (1). P. e54067: http://www.ncbi. nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3546978/.

56. Wu Y.H., Wang J., Gong D.X. et al. Effects of low-level laser irradiation on mesenchymal stem cell proliferation: a microarray analysis // Lasers Med Sci. 2012. Vol. 27 (2). P. 509-519.

57. Zungu I.L., Mbene A.B., Hawkins-Evans D.H. et al. Phototherapy promotes cell migration in the presence of hydroxyurea // Lasers Med. Sci. 2009. Vol. 24 (2). P. 144-150.