La ricerca della NASA dimostra l’applicabilità medica della terapia della luce

La sperimentazione ha contribuito a chiarire, legittimare e semplificare l’uso medico della terapia della luce, noto da tempo ma poco compreso
Pubblicazione originale: 19.05.2022

La luce può aiutare le ferite a guarire più velocemente? Alleviare il dolore? Prevenire la perdita della vista?

Sebbene decenni di studi abbiano dimostrato che è così, comprese ricerche approfondite finanziate dalla NASA, le prove crescenti non hanno sempre attirato abbastanza attenzione su una scoperta così sorprendente.

Ciò potrebbe essere dovuto al fatto che la scienza dietro di esso non era ben conosciuta. Ad esempio, sebbene un medico danese ricevesse un premio Nobel nel 1903 per aver scoperto che l’esposizione alla luce rossa concentrata accelerava la guarigione delle ferite, rimase riluttante a metterlo in pratica. senza capire perché funziona.

Tuttavia, l’ostacolo più grande all’accettazione era probabilmente che sembrava incredibile.

In uno studio del 1989 sui benefici per la salute della luce laser a bassa potenza, la biofisica Tiina Karu notò che il trattamento “sembrava davvero incredibile, persino misterioso”. Inoltre, scrisse che la sua efficacia contro una serie di disturbi diversi non faceva altro che aumentare i dubbi facendolo sembrare una proverbiale panacea all’olio di serpente.

Karu ipotizzò che la luce rossa trattasse molti disturbi perché migliorava la funzione cellulare complessiva stimolando i mitocondri, che controllano il metabolismo nelle cellule animali. Ciò accelererebbe la produzione cellulare e allevierebbe lo stress ossidativo, che causa infiammazioni e segni di invecchiamento e, in definitiva, contribuisce al diabete, al cancro, alle malattie neurodegenerative e ad altre malattie.

Si ritiene ora che le lunghezze d’onda del rosso e dell’infrarosso vengano assorbite dalla citocromo C ossidasi, un enzima chiave nel metabolismo cellulare, e forse da altre sostanze chimiche sensibili alla luce, che innescano una serie di effetti all’interno della cellula.

Karu e altri iniziarono a sospettare che la luce laser “uniforme” potesse non essere necessaria per gli effetti benefici, ma la NASA alla fine rispose a questa domanda dopo che l’agenzia spaziale si imbatté accidentalmente in essa.

LED per le piante, poi per le persone

Alla fine degli anni ’80, l’ingegnere Ron Ignatius lavorava per una società associata al Wisconsin Center for Space Automation and Robotics (WCSAR), finanziato dal Marshall Space Flight Center della NASA a Huntsville, in Alabama. Quando la tecnologia dei diodi a emissione di luce (LED) è entrata nel mercato commerciale, Ignatius ha collaborato con WCSAR per studiare questa nuova illuminazione per le piante coltivate nello spazio. Nel 1989, Ignatius fondò la Quantum Devices Inc. e utilizzò i finanziamenti della NASA Small Business Innovation Research (SBIR) per pagare l’azienda per costruire un’unità di coltivazione a LED per coltivare patate sullo space shuttle nel 1995.

Ma la ricerca ha avuto un effetto collaterale. I LED erano rossi e blu perché quelle sono le lunghezze d’onda della luce più efficaci per promuovere la fotosintesi, e gli scienziati della NASA, molti dei quali lavoravano sotto le luci, hanno scoperto che i tagli sulle mani guarivano più velocemente del solito.

È così che la NASA è entrata nel mondo della terapia della luce medica. L’agenzia ha visto una possibile soluzione a un problema di vecchia data nei viaggi spaziali: senza gravità, i muscoli e le ossa degli astronauti si atrofizzano e tutte le ferite guariscono lentamente, mettendo a rischio le missioni.

Ignác si interessò anche ai possibili usi medici dei LED. Quando seppe che Harry Whelan, un neurologo del Medical College del Wisconsin, stava studiando le applicazioni mediche della luce, si avvicinò a lui.

Tra il 1995 e il 2003, una serie di otto contratti SBIR della NASA, principalmente da Marshall, hanno finanziato esperimenti sull’uso medico dei LED da parte di Quantum Devices, del Medical College of Wisconsin e di alcuni altri enti.

È stato recentemente dimostrato che la luce laser nel vicino infrarosso accelera la guarigione delle ferite, soprattutto nelle ferite prive di ossigeno, aumentando la produzione di proteine ​​del fattore di crescita, collagene e vasi sanguigni. Ma i laser avevano degli inconvenienti, ha detto Helen Stinson, che ha supervisionato il lavoro come ingegnere senior nella divisione Veicoli spaziali e sistemi di veicoli di Marshall. “Bisogna stare attenti con i laser in modo che non danneggino il tessuto circostante, inoltre consumano molta energia e sono costosi”, ha detto Stinson.

Oltre a risolvere questi problemi, i segnali LED possono essere progettati per emettere più lunghezze d’onda e illuminare un’area più ampia rispetto a un laser.

I trattamenti luminosi si dimostrano efficaci

Negli esperimenti, i ricercatori hanno dimostrato che i LED rossi e del vicino infrarosso ad alta intensità accelerano significativamente la guarigione delle ferite prive di ossigeno nei ratti e accelerano la crescita e la proliferazione di colture cellulari di pelle, ossa e muscoli dei topi e ratti. Il team ha fornito dispositivi LED alla Marina degli Stati Uniti per curare gli infortuni durante l’allenamento. Questi hanno comportato un miglioramento di oltre il 40% nelle lesioni muscoloscheletriche e un tempo di guarigione delle ferite più veloce del 50% rispetto ai gruppi di controllo.

In quel periodo, Whelan e colleghi dimostrarono che l’irradiazione con le serie di LED rossi di Quantum Devices impediva al metanolo di causare cecità nei ratti, quindi proposero la terapia della luce per il trattamento delle malattie della retina , dal glaucoma alla degenerazione maculare senile.

Con ulteriore supporto militare, Quantum Devices ha sviluppato ulteriormente questa tecnologia come WARP 10 portatile, utilizzando Warfighter Accelerated Recovery by Photobiomodulation, per trattare dolore, infiammazioni e lesioni minori WARP 75., seguito nel 2007 dal più grande e avanzato lancia il dispositivo. L’azienda dolori muscolari e articolari minori, artrite e spasmi muscolari nel personale militare. È approvato dalla Food and Drug Administration (FDA) statunitense per il sollievo temporaneo di

La collaborazione di Quantum Devices con la NASA e il Medical College of Wisconsin, nonché con l’Università dell’Alabama a Birmingham, è culminata in uno studio clinico che utilizza WARP 75 per trattare con successo le ferite acute della mucosa in pazienti in trattamento, dopo radiazioni e chemioterapia ad alte dosi, che li preparano per un trapianto di midollo osseo.

Un settore sta emergendo

Due anni dopo la morte di Ignatius nel 2011, Quantum Devices ha abbandonato il campo dei LED medicali e la NASA alla fine ha smesso di utilizzare la tecnologia nello spazio. A quel punto, tuttavia, sempre più aziende commercializzavano la tecnica come risultato della ricerca finanziata dalla NASA.

Ma questi dispositivi non sono la stessa cosa, ha affermato Robin Schumacher, che ha gestito il marketing per Quantum Devices durante gli anni della WARP. “WARP è ancora molto meglio del 99% della tecnologia oggi sul mercato”, ha affermato Schumacher, sottolineando che i dispositivi utilizzano un design avanzato per produrre in modo efficiente radiazioni intense e uniformemente distribuite a lunghezze d’onda specifiche senza pericolosi effetti termici.

La ricerca avviata dalla NASA non solo ha sviluppato una migliore comprensione tra gli scienziati della capacità delle diverse lunghezze d’onda di penetrare nel corpo e innescare risposte cellulari, ma ha anche incluso alcuni dei primi esperimenti relativi all’ottimizzazione delle dosi a diversi livelli di intensità e tempi di trattamento, ha affermato Schumacher. .

I dispositivi che non sono costruiti su questa conoscenza sono “solo palloncini”, ha detto.

Dopo la morte di Ignatius, Schumacher ha iniziato a lavorare presso Multi Radiance Medical Inc. a Solon, Pennsylvania, che produce dispositivi per la terapia della luce per terapia fisica, medicina sportiva, applicazioni veterinarie e altro ancora. L’azienda è stata fondata nel 2006 e ha incorporato molti risultati della NASA e dei suoi partner.

I dispositivi Multi Radiance ora combinano simultaneamente laser superpulsato e luce LED, ha affermato Doug Johnson, vicepresidente senior per gli affari clinici e scientifici dell’azienda, spiegando che i rapidi impulsi laser creano un effetto acustico sui tessuti che aumenta la penetrazione della luce LED.

Prima che la NASA venisse coinvolta, i dispositivi per la terapia della luce erano interamente basati sul laser, il che li rendeva non sicuri per l’uso domestico, ha detto Johnson. “Quindi era disponibile solo nelle cliniche. La NASA lo ha reso semplice, accessibile, facile da usare e sicuro”.

Dispositivi più piccoli, portata maggiore

Multi Radiance ha iniziato a produrre dispositivi fissi di grandi dimensioni per le cliniche, ma quando l’azienda ha seguito l’esempio di WARP intorno al 2010 con dispositivi wireless portatili, è stata in grado di entrare nel mercato privato e nelle applicazioni veterinarie. “Se stai maneggiando un cavallo in una stalla, non puoi avere cavi e non puoi collegare la console”, ha sottolineato Johnson. Alcuni dispositivi veterinari dell’azienda utilizzano la luce blu anche per trattare infezioni e altre applicazioni antibattericheche non sono ancora approvate dalla FDA per l’uso negli esseri umani. un >

Il business dell’azienda è equamente suddiviso tra dispositivi domestici e dispositivi ancora utilizzati da medici, preparatori atletici, fisioterapisti e chiropratici. I dispositivi variano in termini di dimensioni da coprire, livello di potenza e combinazione di lunghezze d’onda e alcuni aggiungono stimolazione elettrica o campi magnetici per aumentare l’assorbimento della luce. Le applicazioni sull’uomo riguardano principalmente il sollievo dal dolore, dall’infiammazione e dalla rigidità.

Multi Radiance ha ora quasi 50 dipendenti e vende decine di migliaia di dispositivi all’anno in 32 paesi, ha affermato Johnson.

Ha attribuito alla NASA il merito di aver sviluppato e reso popolare il campo offrendo la possibilità di trattare potenzialmente problemi di guarigione e atrofia nello spazio. “È stato solo quando la NASA lo ha esaminato attentamente e ha detto che poteva funzionare che hanno iniziato lo sviluppo commerciale”, ha detto Johnson. “Hanno cercato qualcosa che nessuno poteva gestire e hanno trovato qualcosa di così semplice e facile da sembrare incredibile.”

Multi Radiance sta ora espandendo la sua linea di prodotti di consumo e prevede di lanciare un dispositivo domestico di seconda generazione nel 2022.

Man mano che la scienza viene meglio compresa, ha affermato Johnson, l’azienda spera anche di promuovere applicazioni mediche più specifiche. Multi Radiance, ad esempio, ha brevettato una benda sull’occhio a matrice di LED per il trattamento di disturbi come l’edema maculare diabetico e un dispositivo per ridurre i sintomi della fibromialgia. Entrambi sono in fase di sperimentazione clinica.

“Ma anche se gli effetti biologici della luce diventano più chiari”, ha detto Johnson, “è difficile dire quali siano i meccanismi in gioco”. La luce funziona in una così ampia varietà di condizioni che è difficile identificare un unico meccanismo sottostante, ma ci stiamo avvicinando a una spiegazione”.

Fonte: Spinout della NASA

Informazioni di base sulla terapia della luce

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