Innowacyjna technologia laserowa w stomatologii regeneracyjnej

laser_innowacje
Innowacyjna technologia laserowa
w stomatologii regeneracyjnej
Autor_Praveen R. Arany
_Rok 2015 został nazwany rokiem światła,
co wiąże się z uznaniem kluczowej roli światła
w wielu dziedzinach naszego istnienia, szczególnie w dziedzinach związanych z ludzkim zdrowiem
i życiem.1 Literatura od czasów starożytnych jest
pełna odniesień na temat korzystnych efektów
światła, a w szczególności – światła słonecznego
na rozwój ludzkiego organizmu.
Ponad 100 lat temu, tj. w 1903 r.2, za zastosowanie możliwości skoncentrowanego promieniowania świetlnego w zwalczaniu tocznia
gruźliczego (lupus vulgaris) Niels Ryberg Finsen
otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny
i izjologii. Wszechobecność urządzeń optyczno-fotoelektronicznych w naszym życiu jest oczywista, począwszy od najprostszego czytnika laserowego w supermarkecie, aż po precyzyjne lasery
medyczne i jeszcze bardziej zawansowaną broń
laserową. Chyba najlepszym potwierdzeniem roli,
jaką odgrywają lasery w naszym życiu od dziesięcioleci jest ubiegłoroczna Nagroda Nobla z izyki,
Ryc. 1_Użycie fal różnych
długości w różnych
dawkach może mieć różne
zastosowania kliniczne. PBM
– fotobiomodulacja, enPDT
– fotodynamiczna terapia
z obecnością endogennych
chromoforów i exPDT
– fotodynamiczna terapia
z eksogennymi chromoforami
(barwionymi).
22
laser
1_2015
Ryc. 1
przyznana wynalazcom diod emitujących niebieskie światło (LED) – prosty wynalazek z ogromnym wpływem na społeczeństwa.3
_Zastosowanie lasera klinicznego
Stomatologia na przestrzeni lat zawsze była
dziedziną medycyny, która pełniła wiodąca funkcję w adaptacji nowych technologii do codziennej
praktyki. Światło jest kluczową częścią stomatologii klinicznej od czasów rozwoju świateł operacyjnych aż do leczniczej regeneracji, ostatnio
także – optycznego obrazowania. Pomimo tego,
że w użytku komercyjnym lasery są dostępne od
lat 60. XX w., pierwszy laser dentystyczny używany do tkanki twardej został zaaprobowany
przez amerykańską Agencję Żywności i Leków
(FDA) dopiero w 1997 r. Stosowanie laserów dużej mocy na tkankach miękkich jest popularną
metodą od zawsze w wielu obszarach medycyny takich, jak chirurgia, onkologia, dermatologia
i okulistyka.
laser_innowacje
Ryc. 2_Terapeutyczny wykres
obrazujący wytworzenie przez
laser reaktywnych form tlenu
(ROS).
Ryc. 2
Pierwsze odkrycia
Po wynalezieniu tego fascynującego nowatorskiego narzędzia, początkowo obawy dotyczyły biologicznego bezpieczeństwa nowego
urządzenia w porównaniu do jonizujących form
promieniowania elektromagnetycznego. Wśród
wczesnych pionierskich badań Andre Mester zauważył osobliwe zjawisko: duże dawki niszczyły
tkankę w precyzyjny i przewidywalny sposób,
jednak niskie dawki skutkowały zdumiewającym
polepszeniem leczenia ran i wspierały np. wzrost
owłosienia.4,5 To było zaskakujące odkrycie na
wielu płaszczyznach!
Podczas, gdy promieniowanie elektromagnetyczne o dużej energii, takie jak Gamma, promieniowanie X i ultraioletowe, było w stanie osiągać
znaczące liniowe transfery energetyczne generujące biologiczne obrażenia (przerwanie wiązek
kwasu nukleinowego), efekty widocznych (a później także podczerwonych) laserów nie wydawały
się pasować do typowych reakcji biologicznych
(Ryc. 1). Z tym większą ekscytacją te wczesne obserwacje zaowocowały dalszymi badaniami dotyczącymi użycia laserów małej mocy oraz innych
urządzeń emitujących światło (włączając w to
iltrowane szerokie źródła światła oraz LED-y)
w wielu klinicznych i laboratoryjnych badaniach.
Bariery w stosowaniu
Niestety, z powodu złożoności technologii
oraz braku rozumienia jej biologicznych mechanizmów, doszło do rozbieżności w raportach
dotyczących terapeutycznych zalet stosowania
tych urządzeń. Dlatego też, brak przekonującej klinicznej skuteczności w dużym stopniu
zdegradował je do zastosowań w pobocznych
dziedzinach, jako pseudonaukowe i alternatywne formy leczenia. Obecne problemy w tej
dziedzinie zaczynają się już na poziomie podstawowej terminologii, która utrudnia poprawne indeksowanie w literaturze, a kończą na
laser
1_2015
23
laser_innowacje
Ryc. 3
Ryc. 3_Potencjalna droga
fotobiomodulacji PBM prowadząca
do zastosowań w stomatologii
klinicznej. Falująca droga od
badań laboratoryjnych do
zastosowań klinicznych obrazuje
złożoność procesu, prowadzącego
od naukowego odkrycia do
zastosowania klinicznego.
braku odpowiednich klinicznych rekomendacji
dozowania, dopasowanych do konkretnych
chorób. Niemniej jednak, rozwój stosowania
urządzeń małej mocy wykazał także znaczący
postęp, szczególnie w obszarach traumatycznych obrażeń mózgu, potraumatycznych schorzeń stresowych, odwracania skutków zatrucia
metanolem oraz gojenia ran.6-15 W ostatnich
latach szczegółowa analizy interakcji pomiędzy
światłem a tkanką biologiczną przyczyniły się
do lepszego rozumienia terapeutycznych zastosowań leczenia laserem.16-18
W oparciu o te obserwacje, określiliśmy bardziej widoczną reakcję tkanki w jamie ustnej leczonej laserem zaraz po terapii i po 14 dniach.19
Wzrost po 14 dniach korelował z napływem
monocytów/makrofagów, czyli znanym źródłem
TGF-β1. Następnie przyjrzeliśmy się zwiększonej
wczesnej ekspresji aktywnego TGF-β1 w tych
ranach. TGF-β1 jest wydzielany jako utajony złożony czynnik wzrostu kojarzony z LAP (Latency
Associated Peptide). Świeża rana jest obita
w TGF-β1 z powodu jej zawartości w aktywnych
płytkach krwi.
Deiniowanie fotobiomodulacji
Zaobserwowaliśmy, że leczenie laserem przyczyniało się do aktywowania TGF-β1. Dalsza analiza tych obserwacji wykazała, że laser w podczerwieni był w stanie wytworzyć reaktywne
formy tlenu (ROS).20
W naszej deinicji fotobiomodulacja (PBM)
jest formą fototerapii, która skutkuje terapeutycznymi korzyściami, takimi jak złagodzenie bólu
i zapaleń, immunomodulacja i sprzyjanie gojeniu
ran oraz regeneracji tkanek. PBM jest procesem
nietermicznym, wykorzystującym zjawiska fotoizyczne i fotochemiczne w różnych skalach długości fal, co skutkuje korzystnymi reakcjami fotobiologicznymi. Jej kliniczne zastosowania mogą
zostać połączone w terapię PBM.
_Badanie 1: Aktywacja TGF-β1
Bazując na poprzednich raportach, w 1999 r.
rozpoczęliśmy badania w celu ustalenia parametrów lasera zbliżonego do podczerwieni, aby efektywnie sprzyjać gojeniu ran w obrębie jamy ustnej
w małych dawkach (3 J/cm2, 10 m W/cm2, 5 min).
Towarzyszyła temu dokładna analiza dostępnej
literatury w celu określenia biologicznych możliwości związanych z gojeniem ran. Wydawało się,
że występują pewne korelacje pomiędzy raportowanym użyciem egzogenicznego TGF-β1 i laserowym leczeniem ran.
24
laser
1_2015
_Badanie 2: Regeneracja zębiny
W poprzednim badaniu odnotowaliśmy efekt
zastosowania laserów małej mocy w sprzyjaniu
leczeniu ran śluzówki jamy ustnej. Następnie
rozszerzyliśmy obszar zastosowania klinicznego
na regenerację zębiny, gdzie TGF-β1 okazał się
odgrywać kluczową rolą w izjologii zębiny.21-25
Zauważyliśmy zdolność laserów o małej mocy do
sprzyjania regeneracji zębiny przy użyciu ludzkich
komórek macierzystych zębów. W celu potwierdzenia tych obserwacji, komórki preodontoblastów gryzoni (MDPC-23) tworzyły polimeryczną
bazę dzięki działaniu laserów o małej mocy.
Terapie laserowe wpływały na odbudowę zębiny, co zostało wykazane przez charakterystyczną dla zębiny matrycę depozycji i mineralizacji.
By potwierdzić rolę TGF-β1 in vivo, przeprowa-
laser_innowacje
dzono badania na transgenicznych myszach bez
receptorów TGF-β1 w komórkach zdolnych do
odbudowy zębiny (przy użyciu transgenu DSPP).
Eksperymenty na tych myszach nie uwidoczniły
żadnej znaczącej indukcji następującej po leczeniu laserowym, która mogłaby potwierdzić kluczową rolę aktywacji TGF-β1 w pośredniczeniu
jego efektom.
laser_magazine
www.DTStudyClub.com
Poprzednie badania wykazały terapeutyczne
korzyści z uzupełnienia egzogenicznego TGF-β
dla remineralizowanej zębiny. To badanie sugeruje, że używanie laserów małej mocy aktywuje utajniony TGF-β1 naturalnie występujący
w miazdze i zębinie oraz powoduje aktywowanie
komórek macierzystych zęba (Ryc. 2). Terapia ta
może zatem wzmacniać i aktywować wrodzone
reakcje naprawczo-regeneracyjne reakcji naturalnie obecnych w tkance zęba.
_Kliniczne zastosowanie
indukcji wiązką laserową na zębinę
Obserwacje te mają silne kliniczne implikacje, gdzie odbudowa zębiny jest aktywowana
podczas terapii. 2 kliniczne protokoły obejmują
zastosowanie wiązki laserowej w leczeniu głębokich zmian próchnicowych oraz znieczulenia
zębiny. W pierwszym z tych przypadków, usuwanie zniszczonej lub uszkodzonej struktury
zęba w pobliżu miazgi (bliskość lub bezpośrednia
ekspozycja), które wymaga użycia narzędzi, może
potencjalnie zostać zastąpione leczeniem laserem
o małej mocy.
W drugim scenariuszu wykorzystanie leczenia laserem małej mocy na kanalikach zębowych
zmniejsza nadwrażliwość zębiny. Metoda ta jest
znacznie efektywniejsza niż tradycyjne podejście
zakładające zamykanie kanalików w dotychczasowy sposób.
Główne ograniczenia bieżących badań, które zaobserwowaliśmy, to zwapnienia widoczne w miazdze zęba. Wierzymy, że może to być
wynikiem kombinacji długości fal zbliżonej do
podczerwieni, która przenika przez tkankę biologiczną oraz natury aktywnych cząsteczek. Może
to zostać wyeliminowane poprzez lepsze techniki kierowania wiązki laserowej oraz stosowania
czynników absorbujących energię promieniowania, ograniczających biologiczną interfazę.
Register for
FREE!
Drugim ograniczeniem w tym badaniu jest
fakt, że opracowana laserem zębina była zębiną
3. kategorii, w której brakowało struktury kanalikowej i wykazywała ona większą ekspozycję.
ADA CERP is a service of the American Dental Association to assist dental professionals in identifying quality providersof
continuing dental education. ADA CERP does not approve or endorse individual courses or instructors, nor does it imply
acceptance of credit hours by boards of dentistry.
laser
1_2015
25
laser_innowacje
Wykorzystując model terapii laserowej bazującej na aktywowaniu laserem TGF-β1, odnotowaliśmy znaczące efekty wpływające na szybsze
gojenie się ran. Reakcja tkanki miękkiej wykazywała krótszy czas gojenia, co sugeruje, że to
podejście może mieć znaczący potencjał również
przy innych komórkach macierzystych.26
_Podsumowanie
Zarówno reaktywne formy tlenu ROS, jak
i TGF-β1 są najważniejszymi biologicznymi pośrednikami w szerokim spektrum reakcji biologicznych.27-29 Zdolność do selektywnej ich
aktywacji jest zdeiniowana przestrzennie oraz
czasowo in vivo przy użyciu laserów o małej
mocy, co daje nam ważne kliniczne narzędzie dla
różnych zastosowań terapeutycznych.
Pytania dotyczące konkretnych długości fal,
protokołu klinicznego (długość i zakres dawek)
oraz kontekstu patoizjologicznych reakcji są niezwykle ważne, aby umożliwić dalsze efektywne
kliniczne zastosowanie terapii.30 Co więcej, możliwość klinicznego zastosowania terapii laserowych
w stomatologii wymaga dalszych podstawowych
badań, stworzenia standardów oraz edukacji na
różnych poziomach (podstawowy trening stomatologiczny i kontynuacja edukacji), (Ryc. 3).
W erze medycyny personalizowanej i strategii zakładających wykorzystanie zaawansowanych technologii i środków farmaceutycznych
w celu zindywidualizowania opieki zdrowotnej,
obiecująca obecność laserów w stomatologii
klinicznej może być wiodącą, kluczową technologią, która wprowadzi stomatologię regeneracyjną w nową erę._
Piśmiennictwo dostępne u wydawcy
Opisane badania były wspierane przez wewnętrzny
program badawczy Narodowego Instytutu Badań
Stomatologicznych i Czaszkowo-Twarzowych
Narodowego Instytutu Zdrowia.
_kontakt
Praveen R. Arany DDS, PhD
Cell Regulation and Control Unit,
National Institute of Dental and Craniofacial
Research, National Institutes of Health
30 Convent Drive Room 3A-301,
Bethesda MD 20892, USA
Tel.: +1 301 496 3561
[email protected]
26
laser
1_2015