Reducción del estrés oxidativo y aumento de la expresión de BDNF en el hipocampo mediante terapia de fotobiomodulación (660 nm)

Introducción:

La terapia de fotobiomodulación mantiene a la gente intrigada por su amplia gama de beneficios para la salud y su utilidad en el tratamiento de muchas enfermedades. Numerosos estudios de investigadores y artículos publicados muestran el efecto positivo de esta milagrosa terapia. Aquí el estudio demostrará el impacto de PBM (660 nm) en la mejora de la expresión de BDNF y la reducción del estrés oxidativo.

El factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF) afecta a tipos particulares de neuronas en el sistema nervioso central y periférico para acelerar el crecimiento, la supervivencia y la categorización de nuevas neuronas y sinapsis.

Se sabe que el BDNF tiene diversos efectos sobre el sistema nervioso. En el cerebro, se expresa en el hipocampo, la corteza y el cerebro basal y participa en el aprendizaje y la memoria. BDNF es esencial para la memoria a largo plazo y ayuda a estimular y regular el desarrollo nervioso. Durante la exposición al estrés, la corticosterona parece reducir la expresión de BDNF en ratas y el estrés sostenido provoca atrofia en el hipocampo. Se ha demostrado que en personas con depresión se produce atrofia en el hipocampo y otros sistemas límbicos. En un modelo de rata de trastorno de estrés postraumático inducido, se demostró que el tratamiento con el antidepresivo fluoxetina aumenta la expresión de BDNF y la capacidad de ejercicio. 

Además, una mayor expresión de BDNF en un modelo genético de déficits cognitivos conduce a una mejor función social y cognitiva. Además, la expresión de BDNF se reduce en un modelo de rata con Alzheimer inducido por amiloide-β1-42 (Aβ1-42), mientras que se demostró que la administración de BDNF aumenta la función cognitiva. Como resultado, el BDNF actúa sobre el sistema nervioso y tiene excelentes efectos en el tratamiento de enfermedades relacionadas. 

Terapia de fotobiomodulación (PBMT)

La terapia de fotobiomodulación (PBMT), un método de tratamiento que utiliza luz infrarroja o cercana al infrarrojo (600-1100 nm), se utiliza en enfermedades cerebrales traumáticas y degenerativas. La irradiación con PBMT (808 nm) podría ayudar al líquido cefalorraquídeo (LCR) a inducir la diferenciación neuronal de las células madre mesenquimales del cordón umbilical humano (hUC-MSC) en la etapa inicial y puede mejorar la reparación, diferenciación y proliferación del tejido de las células madre mesenquimales (MSC). La regulación de los fotorreceptores de la actividad del citocromo c oxidasa es el mecanismo de acción más importante, y el PBMT puede mejorar el metabolismo secundario al modular la función mitocondrial, la neurotransmisión y el estado redox. Esta terapia se basa en la activación de vías de señalización mediante fotones en respuesta a moléculas específicas de los organismos vivos. Recientemente, el PBMT se ha aplicado clínicamente para una amplia gama de indicaciones médicas, incluida la promoción de la cicatrización de heridas; reducción del dolor, edema e inflamación causados por la muerte de células y tejidos; y efectos de diferenciación y proliferación.

El propósito de este estudio fue ver si la terapia de fotobiomodulación a 660 nm reduce el daño de las células del hipocampo.

Resultados

Los investigadores Jin-Chul Heo, Ji-Ae Park, Dae-Kwang Kim y Jong-Ha Lee, en su artículo publicado en Scientific Reports, encontraron los siguientes resultados con respecto a la terapia PBM; Los resultados se citan del trabajo de investigación para garantizar la autenticidad y precisión de la comunicación de la información.

El LED a 660 nm inhibe la muerte celular al reducir el estrés oxidativo

Se utilizó la línea celular HT-22 del hipocampo para evaluar los efectos del estrés oxidativo inducido por H2O2 sobre la supervivencia celular y el efecto supresor de la muerte celular del LED de 660 nm (Fig. 1A). Después de tratar las células HT-22 con 100, 300 y 1000 μM de H2O2, la viabilidad celular fue del 72,7, 57,3 y 20,7%, respectivamente. Por el contrario, el tratamiento con LED de 660 nm aumentó la viabilidad celular al 88,4, 66,2 y 22,0%, respectivamente. El aumento porcentual de la viabilidad celular en presencia de H2O2 a 100, 300 y 1000 µM fue de 15,7, 8,9 y 1,3%, respectivamente (Fig. 1B). Los resultados muestran que el LED de 660 nm suprime el estrés oxidativo causado por el H2O2, lo que aumenta la tasa de supervivencia de las células expuestas al estrés oxidativo.

Imagen de cortesía – https://www.nature.com/articles/s41598-019-46490-4

El LED a 660 nm aumenta la expresión de BDNF en las células del hipocampo mediante la activación de las vías de señalización ERK y CREB

La RT-PCR evaluó la expresión de BDNF en células HT-22. La irradiación de células HT-22 con el LED de 660 nm aumentó la expresión de BDNF aproximadamente 2 veces. Aunque el tratamiento con H2O2 redujo la expresión de BDNF, la irradiación con LED en presencia de H2O2 aún podría aumentar la expresión de BDNF aproximadamente 2,1 veces. Se utilizó melatonina a 1 mM como control positivo (Fig. 2A, B).

Imagen de cortesía – https://www.nature.com/articles/s41598-019-46490-4

Para investigar la vía de transducción de señales que conduce a la regulación positiva de BDNF, examinamos la activación de ERK y CREB evaluando sus niveles de fosforilación. Descubrimos que la fosforilación de ERK y CREB aumentó tras la irradiación con luz LED de 660 nm. Los niveles de p-ERK y p-CREB aumentaron con el tratamiento con H2O2 y aumentaron aún más con la irradiación con LED a 660 nm (Fig. 2C, D). Estos resultados sugieren que las vías de transducción de señales ERK y CREB podrían mediar en el aumento de la expresión de BDNF en células HT-22 después de una irradiación con LED de 660 nm.

El LED a 660 nm aumenta la expresión de BDNF en el hipocampo del ratón

La regulación positiva del BDNF mediante irradiación con LED se confirmó en el hipocampo del ratón mediante inmunohistoquímica. El número de células que expresan BDNF fue 2,5 y 2,8 veces mayor en los casos de tratamiento con LED y tratamiento con H2O2, respectivamente, de cultivos de cortes organotípicos de hipocampo de ratón (Fig. 3A, B). También descubrimos que la cantidad de células positivas para p-ERK y p-CREB era mayor con irradiación LED que sin ella. Tras la irradiación con LED, las células p-ERK positivas aumentaron aproximadamente 2 y 3,8 veces sin o con H2O2, respectivamente. En las mismas condiciones, p-CREB aumentó aproximadamente 1,6 y 3,3 veces, respectivamente. Estos resultados respaldan la hipótesis de que los niveles elevados de BDNF por LED en el hipocampo podrían estar mediados por las vías de señalización ERK y CREB. 

Imagen de cortesía – https://www.nature.com/articles/s41598-019-46490-4

El LED a 660 nm promueve la actividad de enzimas antioxidantes en el hipocampo

Examinamos la expresión de ARNm de BDNF y las enzimas antioxidantes glutatión peroxidasa (GPx), superóxido dismutasa 1 (SOD1) y glutatión reductasa (GR) en cultivos de cortes organotípicos de hipocampo de ratón irradiados con LED a 660 nm (Fig. 4). La expresión de BDNF aumentó tanto en los cortes de hipocampo de control como en los tratados con H2O2 tras la irradiación con LED. La expresión de GPx aumentó aproximadamente 2,7 veces mediante la irradiación con LED. Sin embargo, la expresión disminuyó después del estrés oxidativo inducido por H2O2. La irradiación con LED también aumentó los niveles de SOD1 y GR aproximadamente 3 y 2,4 veces en los cortes de control y los niveles de SOD1 aproximadamente 1,6 veces en los cortes tratados con H2O2; en esta última condición, el LED no afectó los niveles de GR. Estos resultados muestran que el LED a 660 nm induce la expresión de BDNF en el hipocampo, así como la expresión de las enzimas antioxidantes GPx, SOD1 y GR. Además, el LED de 660 nm aumentó la expresión de SOD1 tras la inducción de estrés oxidativo por H2O2.

Imagen de cortesía – https://www.nature.com/articles/s41598-019-46490-4

El LED a 660 nm mejora la actividad de las enzimas antioxidantes glutatión peroxidasa (GPx), superóxido dismutasa (SOD1) y glutatión reductasa (GR). Los niveles de ARNm de enzimas antioxidantes en cortes organotípicos de hipocampo se examinaron mediante RT-qPCR después de la inducción de estrés oxidativo con H2O2 (100 μM) e irradiación con LED. Los valores representan el cambio en los niveles de expresión en comparación con el control. Las expresiones de GPx, SOD1 y GR aumentaron de acuerdo con el aumento en la expresión de BDNF. La NT no se trata. *p <0,05 y **p < 0,01 frente al control.

Conclusión

El estudio ha demostrado con éxito que la terapia de fotobiomodulación de 660 nm inhibió la apoptosis excesiva intensificada por el estrés oxidativo en líneas celulares del hipocampo y aumentó la expresión de BDNF. Debido a la exposición constante de la luz PBM sobre semillas de trigo y soja con LED (638-731 nm), el contenido total de fenol y las propiedades antioxidantes del α-tocoferol y la vitamina C aumentaron significativamente.

PBMT sobre lesión por isquemia-reperfusión en el músculo abdominal en un modelo de rata ha mostrado un aumento en la actividad de los antioxidantes.

El desarrollo de nuevos tratamientos, especialmente medicamentos que utilizan compuestos naturales, ha sido un desafío debido a cuestiones de costo y seguridad. Mientras que la fototerapia de bajo nivel, o fotobiomodulación, ha sido relativamente segura y utilizada por muchas personas en todo el mundo durante un período prolongado. Se cree que la aplicación de la terapia de fotobiomodulación aumentará en los próximos días y ayudará a la raza humana a tratar diversas enfermedades.