Resumo:
Cientistas descobriram que a terapia de luz infravermelha transcraniana pode promover o reparo do tecido após lesão cerebral traumática leve (mTBI). Em estudos com animais, breves tratamentos diários com infravermelho durante quatro semanas reduziram a atividade inflamatória prejudicial e a morte celular no cérebro após a lesão. Esta pesquisa pode abrir caminho para uma nova opção terapêutica para mTBI, onde os tratamentos são limitados.
Lesão cerebral traumática (TCE) é um problema de saúde global significativo e uma causa comum de morte e incapacidade, particularmente em jovens.
Embora as consequências de lesões moderadas e graves possam ser profundas, mesmo lesões leves geralmente resultam em sintomas incapacitantes persistentes.
Dos feridos, mais de 50% relatam sintomas contínuos que persistem por mais de 6 meses após a lesão, incluindo dores de cabeça, depressão, sintomas cognitivos e problemas de equilíbrio.
Apesar da necessidade clínica de intervenções para melhorar a recuperação, nenhuma terapia eficaz de modificação da doença foi identificada para controlar a variedade de respostas pós-lesão e prevenir lesões secundárias ao tecido cerebral e consequentes danos/perdas celulares.
A terapêutica prospectiva para TCE deve intervir com sucesso em uma infinidade de mecanismos fisiopatológicos para influenciar o resultado do paciente.
A fotobiomodulação (PBM) é uma terapia óptica baseada na administração de luz de comprimento de onda vermelha ou infravermelha próxima (600–1000 nm) para um efeito terapêutico.
A luz é absorvida pela citocromo c oxidase, uma proteína mitocondrial importante para a produção de energia celular. Esse processo ajuda a estabilizar as mitocôndrias (centrais energéticas das células) e reduzir o estresse oxidativo — que é o acúmulo de radicais livres prejudiciais às células.
Além disso, a PBM parece ajudar a proteger contra a morte celular, modulando os caminhos celulares que evitam a apoptose (morte programada da célula). Ela também reduz a ativação de células imunológicas chamadas microglia, que, quando hiperativadas após uma LCT, contribuem para o aumento da inflamação cerebral.
Pesquisas pré-clínicas, realizadas em modelos animais, têm mostrado que a PBM aplicada logo após a LCT ajuda na recuperação do cérebro de ratos e reduz os sinais de inflamação e estresse oxidativo.
Além disso, estudos clínicos iniciais em humanos indicam que a PBM pode aliviar sintomas funcionais e emocionais em pacientes que passaram por reabilitação após LCT.
Para garantir que a PBM seja eficaz, certos parâmetros precisam ser definidos, como o comprimento de onda, o tempo de início do tratamento e a duração das sessões.
Os resultados de estudos indicam que a PBM é mais eficaz quando usada com comprimentos de onda de 660 nm (vermelho) e 810 nm (infravermelho próximo), com início do tratamento nas primeiras quatro horas após a lesão e duração de até três dias.
Esses parâmetros parecem otimizar os efeitos benéficos da PBM, promovendo a recuperação cerebral.
Um novo estudo, publicado na Bioengineering and translational medicine por pesquisadores da University of Birmingham, teve como objetivo (1) validar a administração de PBM na região de 20–40 mW/cm2 na superfície cortical do cérebro do rato usando modelagem ex vivo; e (2) avaliar a eficácia de vários comprimentos de onda de PBM para promover a recuperação funcional e histológica após TCE.
Neste estudo, os cientistas primeiro otimizaram os parâmetros de entrega de PBM para uso em mTBI, conduzindo estudos em cadáveres para calibrar lasers de 660 e 810 nm para entrega transcutânea de PBM na superfície cortical.
Em seguida, usaram um modelo de mTBI de queda de peso in vivo em ratos adultos e administramos doses diárias otimizadas de 660, 810 nm ou PBM combinado de 660/810 nm.
A recuperação funcional foi avaliada usando testes de reconhecimento de novos objetos (NOR) e equilíbrio de feixe, enquanto histologia e imuno-histoquímica foram usadas para avaliar a neuropatologia do mTBI.
Apos analisar os resultados, observaram que o tratamento diário com luz de 660, 810 nm, ou uma combinação das duas, resultou em melhoras significativas em testes de memória e coordenação dos animais.
A histologia não demonstrou nenhum dano estrutural evidente no cérebro após o TCEm, no entanto, a imuno-histoquímica usando seções cerebrais mostrou ativação significativamente reduzida tanto da microglia CD11b+ quanto dos astrócitos da proteína ácida fibrilar glial (GFAP)+ em 3 dias após a lesão. Isso sugere uma resposta inflamatória menor.
Também foram observadas localização cortical significativamente reduzida do marcador de morte celular (caspase-3 clivada) e reduções modestas na deposição da matriz extracelular após o tratamento com PBM, limitadas ao plexo coroide e áreas periventriculares. O que sugere menos perda celular com o tratamento.
Os efeitos da PBM são promissores para a recuperação de funções cognitivas e motoras em pacientes com LCT. A luz de 810 nm, em particular, mostrou a maior penetração tecidual, sendo mais eficaz para alcançar camadas mais profundas do cérebro.
A PBM parece também ter potencial para tratar outras doenças neurodegenerativas relacionadas, como Alzheimer, ao reduzir a formação de proteínas tau, que se acumulam em algumas condições neurodegenerativas.
Em resumo, a fotobiomodulação se apresenta como uma terapia emergente para tratar lesões cerebrais traumáticas e seus efeitos duradouros, mas ainda são necessárias mais pesquisas para definir os protocolos clínicos ideais e comprovar a segurança e eficácia da técnica em seres humanos.
Esses estudos são um avanço no entendimento e tratamento de lesões cerebrais, especialmente para casos em que as opções terapêuticas são limitadas.
PBM resulta em expressão cortical reduzida de caspase-3 clivada em 3 dias após a lesão. (a) Comparação de contagens de núcleos de caspase-3+ clivada em cinco áreas corticais. (b) Comparação da intensidade de fluorescência da caspase-3 clivada em todo o campo em cinco áreas corticais. (c) Imagem de imunofluorescência na área HL. Um total de 660 e/ou 810 nm usados no grupo PBM (2 min por dia (1 min por hemisfério)). n = 4 por grupo. UA, unidades arbitrárias; CC3, caspase-3 clivada; DAPI, 4,6-diamidino-2-fenilindol; ns, não significativo; PBM, fotobiomodulação; TCE, lesão cerebral traumática.
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Photobiomodulation improves functional recovery after mild traumatic brain injury
Andrew R. Stevens, Mohammed Hadis, Abhinav Thareja, Freya G. Anderson, Michael R. Milward, Valentina Di Pietro, Antonio Belli, William Palin, David J. Davies, Zubair Ahmed
Bioeng Transl Med. 2024; e10727. 11 October 2024
Abstract:
Mild traumatic brain injury (mTBI) is a common consequence of head injury but there are no recognized interventions to promote recovery of the brain. We previously showed that photobiomodulation (PBM) significantly reduced the number of apoptotic cells in adult rat hippocampal organotypic slice cultures. In this study, we first optimized PBM delivery parameters for use in mTBI, conducting cadaveric studies to calibrate 660 and 810 nm lasers for transcutaneous delivery of PBM to the cortical surface. We then used an in vivo weight drop mTBI model in adult rats and delivered daily optimized doses of 660, 810 nm, or combined 660/810 nm PBM. Functional recovery was assessed using novel object recognition (NOR) and beam balance tests, whilst histology and immunohistochemistry were used to assess the mTBI neuropathology. We found that PBM at 810, 660 nm, or 810/660 nm all significantly improved both NOR and beam balance performance, with 810 nm PBM having the greatest effects. Histology demonstrated no overt structural damage in the brain after mTBI, however, immunohistochemistry using brain sections showed significantly reduced activation of both CD11b+ microglia and glial fibrillary acidic protein (GFAP)+ astrocytes at 3 days post-injury. Significantly reduced cortical localization of the apoptosis marker, cleaved caspase-3, and modest reductions in extracellular matrix deposition after PBM treatment, limited to choroid plexus and periventricular areas were also observed. Our results demonstrate that 810 nm PBM optimally improved functional outcomes after mTBI, reduced markers associated with apoptosis and astrocyte/microglial activation, and thus may be useful as a potential regenerative therapy.
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