PRAVEEN ARANY

光是我们今天所知道的生命的无处不在的方面，从提供最终的宇宙学尺度到它与物质的基本性质的关系。 除了我们的物理世界之外，使用光来改善人类健康的证据可以追溯到各种古老的文明，例如在埃及治疗实践中使用色光疗法 。

对光及其生物相互作用的更透彻理解已经导致精确阐明了几种健康益处，例如皮肤和骨骼的充足阳光和维生素D代谢，大脑的视觉和感知，昼夜节律和心理状态。 在医学中，各种基于光的治疗的使用是普遍的，例如用于婴儿黄疸的蓝光光疗法以及用于治疗牛皮癣的补骨脂素 - 紫外线-A（PUVA）。

另一种治疗使用光和光敏药物的组合来破坏肿瘤细胞或微生物，并且被称为光动力疗法。 这些治疗基于通过靶向发色团选择性吸收光的能力，或者在癌症的情况下，基于癌症的纳米颗粒或吸收光并导致癌细胞破坏的化合物。

与这些破坏性过程相反，使用低剂量生物光子光治疗来缓解疼痛和炎症或促进组织愈合和再生被称为光生物调节（PBM）疗法。 2015年普遍接受PBM这一术语已被证明是其广泛认可的一个主要因素。 以前，超过70种不同的术语，包括低级光/激光治疗，冷激光和光刺激，非常流行来描述这种治疗方法。 ¹

光生物调节的好处

受益于PBM治疗的临床病症列表是一个相当惊人的列表，从影响大脑的病症到足部的肌腱病变和急性疼痛到慢性疲劳（见图1）。 事实上，这种看似无所不包的PBM治疗方法已经使该领域成为一种边缘的替代方法。

然而，我们对精确分子机制的理解的最新进展为欣赏其特定的临床益处提供了急需的推动。 在这些最近的进展中，已经描述了三种不连续的PBM机制 - 即细胞内部（线粒体内的细胞色素C氧化酶），细胞膜（光敏受体和离子转运蛋白如Opsins，TRPV1）和细胞外（潜伏性TGF的活化）。 -sS1）。 ^3-7虽然在给定的PBM应用中可能存在一种主要的机制，但研究表明，通常有几种机制在工作中产生临床治疗期间注意到的特定生物反应（见图2）。
 

图2.在光生物调节治疗中，已经确定了离散细胞位点的三种机制与光接收靶标的相互作用。 虽然个别机制似乎在特定的治疗应用（性能，镇痛与再生）中占主导地位，但越来越明显的是，在个体临床情景中它们之间存在显着的串扰。

该领域的主要问题是缺乏可重复性和临床益处的严格性。 最近该领域的重大努力已经缩小了PBM的两个主要领域，可以进一步提高这种创新治疗的临床安全性和疗效。 首先，有可能需要彻底调查解剖学特异性和基于疾病病理生理学的PBM机制。 例如，膝盖疼痛需要采取与肠道或肩部疼痛不同的方法。 另一个例子是与肌肉损伤和修复的再生机制相比，治疗炎性肌肉酸痛需要利用PBM治疗的单独离散途径。

来自多国癌症支持护理协会和国际口腔肿瘤学会（MASCC / ISOO）的最新论文概述了PBM治疗预防和治疗口腔粘膜炎的定量处方，这是化疗的常见副作用。 ⁸这是该领域的一个重要里程碑，因为它是第一个明确的临床建议，在主流医学医学中使用PBM治疗基于对几个做得好，多中心，安慰剂对照的人类临床的全面系统评价和荟萃分析学习。

还有一些其他人类疾病，其中PBM疗法有望对阿尔茨海默病，帕金森病，中风，创伤性脑损伤（TBI），脑震荡，慢性伤口（糖尿病，静脉或压力）等药物产生重大影响，年龄 - 相关的黄斑变性，背痛，肌腱病和糖尿病性视网膜病等。 ⁹

量化轻剂量

PBM治疗的另一个独特方面是剂量反应。 大多数生物干预措施遵循通常的剂量递增路径，具有最佳阈值剂量，超过该阈值剂量就会出现平台或毒性。 光生物调节剂量遵循相当独特的Arndt-Schultz剂量曲线，其中太少的光能没有效果并且最佳量引起治疗反应，而进一步增加可导致拮抗作用。 这导致PBM临床研究中的大量无效或不良反应。

PBM给药的一个关键方面是强调剂量递送和临床方案。 近年来显着的范式转变是从单点激光器到大型LED阵列的转变，以解决治疗领域的一致性以及减少治疗时间和提高治疗期间的一致性。

这些后来的LED阵列，其中一些采用全身格式，如灯床，淋浴喷头，机身吊舱和步入式橱柜等众多其他类型，都是这个领域的一次小型革命。 与越来越强调数字屏幕时间和蓝光滤光片的“轻度卫生”相比，最近的一项研究简单地将常规照明替换为辅助生活家中的PBM波长，从而在抑郁症，与年龄相关的痴呆和睡眠方面产生显着改善。图案。 ¹⁰

尽管取得了这些进展，但过多的照明设备也为该领域带来了另一个独特的挑战。 除了复杂昂贵的激光器和大量的LED和宽带照明设备外，最近有一些家庭自制（DIY）照明设备的增加，这些设备正被专家和新手使用。 轻松访问光源和引人注目的出版物使得PBM治疗的廉价DIY资源变得非常有吸引力。 有一些非凡的故事，例如使用“轻型桶”或头盔式头盔，这种头盔针对大脑已经显示帕金森病的功效（见图3）。 尽管如此，这些未经证实的设备引起了对疗效的关注以及患者寻求及时专业护理的潜在失败。

图3.有许多使用LED和其他低成本光源的自助式光生物调制设备的例子。 不幸的是，这些设计中的一些会导致PBM治疗中出现的不一致。

PBM领域的主要技术限制是缺乏用于进一步优化这些研究的合适装置。 对于作为临床治疗装置的激光器，可以设想激光点源用于三角测量（双光或多光子）或使用机器人扫描仪有效分布PBM剂量的治疗方法。

光子学行业可以通过提高光源的可用性和降低光源的成本来进一步推动PBM的发展，例如将当前焦点从蓝色（±450 nm），红色（±660 nm）和近红外（700 nm以上）扩展PBM波长。 非常需要具有大光斑尺寸（> 10cm）和可变辐照度（从1到200mW / cm ² ）的可调谐激光源。 如果可以以更低的成本获得具有可变辐照度的更广泛的波长阵列，则基于LED的PBM装置的创新可以改善表面处理的均匀性。 这是生物光子学历史上真正的分水岭，因为PBM治疗有巨大的潜力可以彻底改变人类健康。

参考

1. JJ Anders，RJ Lanzafame和PR Arany， Photomed。 激光外科 ，33,4,183-184（2015）。

2. PR Arany， J。Dent。 RES。 ，95,9,977-984（2016）。

3. PR Arany等， Sci。 跨。 医学。 ，6,238,238ra269（2014）。

4. S. Buscone等， Lasers Surg。 医学。 ，49,7,705-718（2017）。

5. TI Karu和SF Kolyakov， Photomed。 激光外科 ，23,4,355-361（2005）。

6. Y.Wang等人， Sci。 Rep。 ，7,1,7781（2017）。

7. PD Yim等人， Am。 J. Physiol。 肺细胞分子 生理学。 ，316,1，L82-L93（2019）。

8. Y. Zadik等人， 支持。 护理癌症 （2019年）; https://dx.doi.org/10.1007/s00520-019-04890-2 。

9. M. Hennessy和MR Hamblin， J。Opt。 ，19,1,013003（2017）。

10. MG Figueiro等， Clin。 地介入。 老龄化 ，9,1527-1537（2014）。

11. M. Dadson，“塔斯马尼亚红灯头盔治疗帕金森病的症状促使临床试验”（2019年）; https://ab.co/2JHQPRS 。

Praveen Arany是世界光生物调节治疗协会（WALT; https://waltza.co.za ）的主席，纽约布法罗布法罗大学口腔生物学和生物医学工程系的助理教授。 电子邮件： prarany@buffalo.edu ; https://dental.buffalo.edu 。