非コヒーレントキセノン光は、狭帯域干渉フィルターと減光フィルターを通過して、さまざまな波長と強度の光を培養細胞に送達しました。このプロトコルは、in vitroでの反応種の産生に対する赤色/近赤外光療法の効果を評価するために使用されました:テストされたパラメータを使用して影響は観察されませんでした。
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非コヒーレントキセノン光は、狭帯域干渉フィルターと減光フィルターを通過して、さまざまな波長と強度の光を培養細胞に送達しました。このプロトコルは、in vitroでの反応種の産生に対する赤色/近赤外光療法の効果を評価するために使用されました:テストされたパラメータを使用して影響は観察されませんでした。
レーザーまたは発光ダイオード(LED)によって送達赤/近赤外光療法(R / NIR-LT)は、おそらく酸化ストレスを減少させることによって、in vivoでの中枢神経系損傷の範囲内の機能的および形態学的転帰を改善する。しかし、酸化的ストレスに対するR / NIR-LTの効果は波長や照射強度に応じて変化することが示されている。治療パラメータを比較した研究は、スループットインビトロ最適化研究において高適し複数の波長または強度を提供し、商業的に入手可能なデバイスが存在しないこと、に起因する欠けている。このプロトコルは、与えられた損傷モデルに必要な治療用量を最適化するための波長および強度の範囲で光を送達するための技術が記載されている。我々は、波長および強度のパラメータを容易に変更することができた光を送達する方法は、活性酸素種を減少させるためのR / NIR-LTの最適用量の決定を容易にすることができるという仮説を立てin vitroで(ROS)。
非コヒーレントキセノン光は、光の各波長(440、550、670及び810nmの中心波長)とフルエンス(8.5×10 -3 -1×10 3.8 J / cm 2程度) を送達するために狭帯域干渉フィルターを通して濾過し培養細胞へ。装置から出力された光は、各波長の光の治療に関連する、同じ量子的用量を放出するように較正した。グルタミン酸は、DCFH-DAとH 2 O 2感受性蛍光色素を使用して、光で処理した細胞を強調に反応種が検出された。
我々は成功し、CNS損傷のモデルとしてグルタミン酸に曝露された培養細胞に、生理的におよび治療に関連する波長および強度の範囲で光を配信。現在の研究で使用したR / NIR-LTのフルエンスは、培養細胞によって生成されたROSに影響を及ぼさなかったが、光送達の方法は、他のシステム経験にも適用可能であるemsのは、単離されたミトコンドリアまたはそれ以上の生理学的に関連する器官型スライス培養モデルを含む、酸化的代謝のアウトカム指標の範囲への影響を評価するために使用することができる。
活性酸素種(ROS)は、シグナル伝達経路および神経保護1のものを含む細胞代謝の正常な反応の範囲のために必要とされる。内因性の抗酸化機構がROSの産生を制御することができないしかし、細胞が酸化ストレス2,3に屈することができる。 CNSへの傷害後、ROS及び酸化ストレスの存在下での関連する増加は、損傷4,5の進行において重要な役割を果たしていると考えられている。評価されている酸化ストレスを減衰させるための戦略の大規模な数にもかかわらず、神経外傷6以下の臨床使用においてROS産生と関連した酸化ストレスを減衰させるには完全に有効な、臨床的に関連する抗酸化戦略は現在のところ存在しない。そのため酸化ストレスの減衰が治療的介入7のための重要な目標である。
改善が続くるR / NIR-LTは、傷害、おそらく酸化ストレスを減少させることによって噴門梗塞サイズ、糖尿病時の腎臓および肝臓の合併症、網膜変性、CNS損傷および脳卒中8の減少を含む、広範囲の疾患において報告されている。 CNS損傷に特に関連して、670nmの光の効果の前臨床試験は、網膜変性9-11、脊髄損傷12、ニューロン死13のモデルにおいて良好な効果を示した。臨床試験は、乾燥加齢黄斑変性症のために実施し、ストローク14のために、現在進行中でされてきた、しかし、これらの試験の結果はおそらく効果的な治療パラメータ15を採用する障害のため、有望な表示されません。このように、R / NIR-LTが広く、管理が容易な、非侵襲的で比較的安価な治療にもかかわらず、神経外傷の通常の臨床診療の一部として採用されていない。臨床翻訳への障壁は、CLの欠如、早期の標準化された効果的な治療プロトコル16,17の作用と不在の仕組みを理解していた。現在の光療法に関する文献は、照射源(LEDやレーザ)に対する治療パラメータの変動の過多を明らかにし、照射の波長( 例えば 、630、670、780、810、830、880、904nm)、総投与量(ジュール/単位面積)、持続時間(露光時間)、タイミング(前または後の傷害)、配信の治療頻度及びモード(パルスまたは連続)8。研究間の治療パラメータの変動は、比較を困難にし、有効性16に関して懐疑的な見方に貢献してきました。
従って、R / NIR-LTの最適化が明らかに複数の変数を比較するために必要なハイスループットスクリーニング機構を提供することができる細胞培養系で、必要とされる。しかしWA上に十分な柔軟性と制御を提供することができ、いくつかの市販の照明システムがあるvelengthおよび強度は、このような最適化実験を行う。市販のLEDデバイスは、一般に、強度だけではなく変化し得る異なるメーカーからの複数のLED素子を用いた研究者らは、その結果、複数の波長または強度を、提供することができ、また、発光波長のスペクトルではない。我々は、狭帯域干渉フィルターを通して濾過し、広帯域キセノン光源を用いて光の波長およびフルエンスの範囲を生成し、R / NIR-LTのパラメータの近くに、正確な制御を可能にすることによって、この問題に対処している。
これは、処置の治療用量は、R / NIR-LTの場合、シトクロムcオキシダーゼ (COX)18であると仮定され、photoacceptor(発色団)と相互作用する光子の数によって定義されることに留意することが重要である。配信光子エネルギーは、波長に応じて変化する。異なる波長におけるエネルギーの等しい用量を意味するであろうコム光子の異なる数の珍重。したがって、装置から出射された光は、試験されるべき選択された波長の各々についての光子の数と同じ数を放出するように較正した。我々は、in vitroでの細胞への波長および強度の範囲でR / NIR-LTを送達するために用いることができるシステムを開発したが施さ細胞におけるROS産生に対する配信R / NIR-LTの効果を測定する能力を実証しているグルタミン酸ストレス。
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1.光学的較正:光出力を測定する

光送達装置。イラストの図1の画像は、光動力源、ハウジング、コリメートレンズ、水フィルター、入口開口部は、液体ライトガイド、第2コリメートレンズ、フィルターホルダー、処理フレームとマットブラックカードとキセノンランプである。狭帯域波長および強度フィルタが示されていないことに注意してください。
2.細胞調製
3.細胞にグルタミン酸ストレッサーを追加する
光処理のまず投与量
ROSの光処理と検出5.最終剤
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670nmの波長で照射される光の出力は、以前に、生体内 (0.3 J / cm 2)を20 で有益であることが示さ670nmの光の量を包含するフルエンスの範囲で細胞を照射するために減光フィルタを用いて較正した。光源の前に減光フィルタの数が増加するにつれて、強度(W / m 2)が少ない光がターゲット領域に通過させる、減少した。表1は、波長フィルターを取り付けた光源から発生した670nmの光の較正データを提示し、光出力の記載距離で使用されるNDフィルタの数と、結果として生成された光の強度を含む。フルエンス、または670nmの光(J / cm 2)のドーズ量、の式から計算した:量(J / cm 2)を =(光の強度(W / m 2)の/ 10,000)を時間(s)×]処理時間は180秒だった。
| NDフィルタの数 | 光出力からの距離(cm)の |
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我々が正常にR / NIR-LT インビトロの最適化の研究のためのメカニズムを提供するための正確かつ較正された送達システムを適応している。 R / NIR-LTの波長および強度のパラメータは、このシステムを使用して、正確かつ効率的に操作されることが可能である。我々は、ROSは、試験した細胞型において、送達波長および用量で減少しなかったが、細胞の光治療は、細胞死をもたらさなかったことを確立した。 670nmの(20.11W / m 2)の時、現在のシステムによって達成される最大強度は1.17 W / m 2を視神経及び0.3Wの腹側表面に到達したラットの脳への照射の浸透度の以前に公表された措置を超えている/ m 2の脳のケースの腹面に達した。 0.31 J / cm 2を - 30分間送達される場合、 生体内での視神経の細胞によって受ける線量は、したがって0.054です。現在の研究で配信さ670nmの光の量(0.38J / cm 2程度)まで、したがって我々のin vivoでの...
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著者らは、競合する金銭的利益はないと宣言している。
この作業は、Neurotrauma Research Program(西オーストラリア州)の支援を受けました。このプロジェクトは、Road Trauma Trust Accountを通じて資金提供されていますが、交通安全協議会の見解や勧告を反映しているわけではありません。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| OxiSelect 細胞内 ROS アッセイキット (緑色蛍光) | Cell Biolabs | STA-342 | |
| Amplex UltraRed 試薬 | 分子プローブ | A36006 | |
| 300 ワット キセノン アークランプ | ニューポートコーポレーション | 6258 | 非常に強い光源で、ランプを直接見ないでください。 |
| USB4000-FL蛍光分光計 | オーシャンオプティクス | ||
| CC-3-UVコサインコレクターの放出収集 | 用オン | ||
| 200μm径クォーツ光ファイバー | オーシャンオプティクス | ||
| SpectraSuite 分光法プラットフォーム | オーシャンオプティクス | ||
| 2300 EnSpire マルチモードプレートリーダー | パーキン・エルマー | ||
| ・ピアス BCAタンパク質アッセイキット | サーモサイエンティフィック | 23225 | |
| トリトン X-100 | シグマ・アルドリッチ | 9002-93-1 | 急性毒性のため、取り扱いの際は手袋を着用してください。 |
| L-グルタミン酸ナトリウム塩水和物 | Sigma-Aldrich | 142-47-2 (無水) | |
| 褐色細胞腫ラット副腎髄質 (PC12) 細胞 | アメリカンタイプカルチャーコレクション | CRL-2522 | |
| ロズウェルパーク記念研究所 (RPMI1640) メディア | Gibco | 11875-119 | |
| ウシ胎児血清、認定、熱不活性化、米国原産 | Gibco | 10082-147 | 37°Cまで温めます。使用前に水浴中のC |
| ホースセラム、ニュージーランド原産地 | Gibco | 16050-122 | 37°Cまで温めます。C 使用前にウォーターバスに入れる |
| GlutaMAX Supplement | Gibco | 35050-061 | 37°Cまで温めます。C 使用前に水浴中で |
| 100 mM ピルビン酸ナトリウム | Gibco | 11360-070 | 37°Cまで温めます。使用前の水浴中のC |
| ペニシリン-ストレプトマイシン (10,000 U/mL) | Gibco | 15140-122 | 37°Cまで温めます。C 使用前のウォーターバス |
| 100X MEM 非必須アミノ酸溶液 | Gibco | 11140-050 | 37°Cまで温めます。使用前の水浴中のC |
| Retinal Muller (rMC1) cells | University of California, San Diego | ||
| Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Gibco | 11965-118 | 37°Cまで温めます。C 使用前に水浴で |
| 75 cm2 フラスコ | BD Biosciences | B4-BE-353136 | |
| Poly-L-lysine 臭化水素酸塩 | Sigma-Aldrich | 25988-63-0 | アリコートと-20°Cで保管。C |
| ハンクの平衡塩溶液 (HBSS) | Gibco | 14025-134 | 37°Cまで温めます。使用前のウォーターバス内のC |
| リン酸緩衝生理食塩水(PBS) | Gibco | 10010-049 | 37°Cまで温めます。使用前に水浴中のC |
| ラミニンマウスタンパク質、天然 | Gibco | 23017-015 | アリコートと-20°Cで保存してください。C |
| 1X Neurobasal Medium | Gibco | 21103-049 | 温熱 37 °C;C 使用前のウォーターバス中 |
| トリパンブルー溶液、0.4% | Gibco | 15250-061 | |
| 165U パパイン | ワーシントン | ||
| L-システイン シグ | マ-アルドリッチ | W326305 | |
| コーニング 96 ウェルプレート、クリアボトム、黒 | コーニング | CLS3603-48EA | |
| コスター クリアポリスチレン 96 ウェルプレート未処理;井戸の形状:丸い;不妊。 | Costar | 07-200-103 | |
| シーソーロッカー | 標準ラボ用電子機器 | ||
| 遠心分離 | 機用標準 中 | ||
| 性密度フィルターペーパー (0.3) | THORLABS | ||
| 442 nm バンドパスフィルター | THORLABS | FL441.6-10 | |
| 550 nm バンドパスフィルター | THORLABS | FB550-10 | |
| 670 nm バンドパスフィルター | THORLABS | FB670-10 | |
| 810 nm バンドパスフィルター | THORLABS | FB810-10e | |
| アンマウント & オスラッシュ;25 mm吸収性NDフィルター(0.1) | THORLABS | NE01B | |
| アンマウントØ25 mm吸収性NDフィルター(0.2) | THORLABS | NE02B | |
| アンマウントØ25 mm吸収性NDフィルター(0.3) | THORLABS | NE03B | |
| アンマウント&オスラッシュ;25 mm吸収性NDフィルター(0.5) | THORLABS | NE05B | |
| アンマウントØ25 mm吸収性NDフィルター(0.6) | THORLABS | NE06B | |
| アンマウントØ25mm吸収型NDフィルター (1.0) | THORLABS | NE10B |
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