La comprensione delle risposte biologiche delle cellule dipendenti dalla temperatura è di grande importanza per i trattamenti di ipertermia con successo. La fotocoagulazione laser retinica con un laser termico, utilizzata in oftalmologia, è uno dei trattamenti laser più rinomati della medicina. La luce visibile, per lo più da lunghezze d'onda di verde a giallo, viene usata nel trattamento laser retinico. La luce è altamente assorbita dal melanina nelle cellule epiteliali del pigmento retinico (RPE), che costituiscono il monostrato cellulare più esterno della retina. Interessanti interessi tra medici e ricercatori in irraggiamento termico molto lieve (fotocoagulazione sub-visibile) come nuova strategia terapeutica per diversi tipi di disturbi della retina 1 , 2 . A seguito di questa tendenza, il nostro interesse è quello di sottoporre letti a calore le cellule RPE sotto controllo preciso della temperatura, una tecnica chiamata terapia fototermica controllata dalla temperatura (TC-PTT).
Opto recenteLa tecnologia acustica del nostro istituto ha consentito di misurare in tempo reale gli aumenti di temperatura nei siti irradiati nella retina. Ciò consente di controllare l'aumento della temperatura durante l'irradiazione 3 . Tuttavia, poiché l'ipertermia sub-letale sulla retina, causata dalla riscaldamento delle cellule RPE sotto-letali, non è stata precedentemente considerata a causa dell'impossibilità di misurare e controllare la temperatura, le risposte delle cellule RPE dipendenti dalla temperatura dalle cellule RPE dopo l'irradiazione laser termico Sono stati studiati molto poco fino ad oggi. Inoltre, non solo la differenza di temperatura non è stata discussa in dettaglio, ma anche la differenza nel comportamento delle cellule delle cellule sopravvissute dopo irradiazione sub-letale e letale. Pertanto, per raccogliere prove scientifiche sui trattamenti basati su TC-PTT, ci proponiamo di chiarire le risposte biologiche delle cellule RPE dipendenti dalla temperatura e dai loro meccanismi utilizzando strutture sperimentali in vitro .
Per tIl suo scopo è stabilire un impianto di riscaldamento a cellule che soddisfi le seguenti condizioni: 1) possibilità di aumenti di temperatura veloci, 2) tempo e temperatura precisi e 3) un numero relativamente elevato di cellule esaminate per esperimenti biologici . Per quanto riguarda il metodo di riscaldamento, un laser clinico, come un laser Nd.YAG raddoppiato a frequenza (532 nm), è purtroppo inadatto per il riscaldamento della coltura cellulare. Questo è dovuto al numero fortemente ridotto di melanosomi nelle cellule RPE coltivate. L'assorbimento della luce laser potrebbe essere inomogeneo e l'aumento della temperatura a livello cellulare è variabile tra gli esperimenti, anche quando irradiato con la stessa potenza radiante. Numerosi studi precedenti hanno riportato l'uso di carta nera sotto il fondo del piatto durante l'irradiazione 4 o l'uso di melanosomi aggiuntivi che sono fagocitizzati dalle cellule di coltura prima degli esperimenti 5 , 6 . Molti diGli studi biologici in vitro per la valutazione delle reazioni cellulari indotte da ipertermia sono state eseguite usando una piastra calda, un bagno d'acqua o un incubatore di CO 2 con una regolazione della temperatura 7 . Questi metodi richiedono un lungo periodo di riscaldamento perché richiede un certo tempo ( cioè diversi minuti) per raggiungere la temperatura desiderata. Inoltre, utilizzando questi metodi, è difficile ottenere una storia termica dettagliata ( cioè la temperatura moltiplicata per il tempo) a livello cellulare. Inoltre, la temperatura tra le cellule in posizioni diverse in un piatto di coltura può variare a causa della diffusione a temperatura variabile. Nella maggior parte dei casi, queste informazioni di temperatura temporali e spaziali durante l'ipertermia non sono state prese in considerazione per le analisi biologiche, anche se la risposta biologica cellulare può essere criticamente influenzata dalla temperatura e dalla durata della temperatura aumentata.
Per superare questi problemi, un contaIl laser di thulium a nuous wave è stato usato qui per riscaldare le cellule. La radiazione laser di tiulio (λ = 1,94 μm) è fortemente assorbita dall'acqua 8 e le cellule al fondo del piatto di coltura sono stimolate termicamente solo attraverso la diffusione termica. La fibra laser con un diametro di 365 μm è fissata a circa 12 cm al di sopra del piatto di coltura, senza alcuna ottica fra. Il diametro del fascio laser diviene tale che è quasi equivalente al diametro interno del piatto di coltura (30 mm) alla superficie del mezzo di coltura. Con una quantità consistente di terreno di coltura è possibile irradiare le cellule con l'aumento della temperatura Di alta ripetibilità. Le impostazioni di potenza variabili consentono l'irraggiamento fino a 20 W e la temperatura media a livello cellulare può essere aumentata fino a ΔT ≈ 26 ° C per 10 s.
Modificando le condizioni di irraggiamento, è anche possibile modificare il profilo del fascio laser per variare la temperatura distribuitaIn un piatto di cultura. Ad esempio, è possibile indagare con una distribuzione di temperatura simile a Gaussian, come nell'attuale studio, o con una distribuzione omogenea della temperatura. Quest'ultimo può essere vantaggioso per indagare gli effetti delle risposte delle cellule dipendenti dalla temperatura più specificamente per gli aumenti di temperatura sub-letali, ma non per gli stress di morte cellulare o le reazioni di guarigione delle ferite.
Nel complesso, l'irradiazione laser del tiume può consentire l'individuazione di diversi fattori biologici, come l'espressione genico / proteica, la cinetica della morte cellulare, la proliferazione cellulare e lo sviluppo delle funzionalità delle cellule dopo diverse esposizioni termiche.