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【特约】基于LED光源的牙周炎光动力治疗的可行性研究[1]

2014-5-4  来源:(1.复旦大学光源与照明工程系,上海 200433;2.复旦大学附属华山医院口腔科 上海 200040)  作者:林泽文1 周小丽1 俞立英2 吴兴文2 徐蒙2 刘木清1  有5443人阅读

本文讨论了应用发光二极管替代传统激光器进行牙周炎光动力治疗的可行性。近年来,随着技术的成熟,LED凭借其价格低廉、结构简单、便携性强等优点,被广泛地作为光动力疗法的光源应用于医学领域。本文首先综述了光动力疗法在牙周炎治疗方面的研究现状,简要分析了LED用于光动力疗法的优势。

  1 引言

  光动力疗法(Photodynamic Therapy, PDT)指的是,通过特定波长光的照射,使组织吸收的光敏剂(photosensitizer, PS)发生光化学反应,在有氧环境下,激发态的光敏剂将能量传递给周围的氧分子,生成活性氧(reactive oxygen species, ROS)与相邻的生物大分子发生氧化反应,产生很强的细胞毒性作用,进而导致细胞受损乃至死亡[1]。近年来,PDT作为一种辅助治疗方法被广泛地应用于口腔疾病的治疗中,包括牙体硬组织疾病、牙髓疾病、牙周炎症[2], [3]等。

  近年来,激光光源被广泛地应用于PDT中。然而目前开发的所有激光器,由于制作原理和实用价值的原因,局限了其在生物医学方面的应用[4]。而LED具有的高效节能、寿命长、易维护、结构简单、电源小巧、价格低廉等特点,使其在家庭便携PDT的推广上,有着传统激光器所无法比拟的优势。

  LED和激光器发出的光从本质上来说最大的区别在于单色性和相干性。由于PDT治疗中所用的光敏剂具有一个较宽的吸收带,通常为10-20nm,甚至更宽,而目前生产的LED的半波带宽可以达到±10nm,所以单色性对于治疗效果无显著影响[5]。进一步的研究认为,光的相干性会对光治疗产生影响并没有理论和数据基础[6]。 通过实验,本文不仅以实例证明了使用LED作为光源对牙周炎进行光动力治疗的可行性,还进一步探究了不同光照参数组合下的最优杀菌治疗方案,为将来推广家庭便携式PDT治疗提供了理论基础。

  2 实验光源

  新型光敏剂的强烈吸收带一般在650-850nm之间[1],实验采用660nm波长红光LED配合亚甲基蓝(methylene blue, MB)作为光敏剂对普雷沃牙周细菌进行体外杀菌实验。该光敏剂对峰值波长为660nm的红光有着强烈的吸收,并释放出大量单态氧,产生细胞毒素,杀死细菌。为确保光敏剂能够被激活,必须先检测实验使用的LED阵列发出的光的波长范围是否能够满足需要。为此,本文首先采用光谱分析系统对LED光谱功率分布进行了测试。测试的结果如图1所示。

  图1 实验用LED的光谱功率分布图

  由上图可知,LED的峰值波长为657nm,光谱半宽度为20nm,能量主要都集中在MB的强烈吸收带上。虽然在单色性上LED阵列无法与激光相提并论,但如前文所述,PDT中使用的光敏剂吸收带带宽通常为10-20nm,甚至更宽,因此,实验采用的LED阵列完全能够满足治疗的要求。

  3 实验内容

  3.1 前期准备

  3.1.1细菌液体培养

  复苏从患者牙周脓肿中分离的耐药野生株,并将其密涂在厌氧基础培养基血平板(OXID、5%脱纤维羊血)上。将平板放置于35~37℃厌氧环境中(N2 80%,H2 10%,CO2 10%)孵育2天,得到成熟菌落。取一定量的成熟菌落于液体培养基中,在35~37℃厌氧环境中(N2 80%,H2 10%,CO2 10%)孵育36小时,得到第二代细菌。

  3.1.2 细菌菌液浓度选择

  取经过36小时孵育的菌液,用培养液进行稀释。取稀释后的样本在分光光度计OD600下比浊 ,测出相应的OD(OD, optical density)值,再比对之前已经做过的OD值与CFU值曲线,即可大致推断出菌液浓度的数量级。本实验取OD值为0.65-0.75的菌液(此时菌液浓度大致为107CFU/mL)。

  3.1.3 紫外杀菌

  将LED阵列、驱动、12孔细胞培养板、移液枪等实验要用到的各项器材置于超净台上,进行8min的紫外杀菌。

  3.2 光照实验

  3.2.1 实验分组

  12孔细胞培养板编号如图2所示,其中有颜色标记的6个孔位将用于实验。记有光照条件为L+,无光照为L-;有光敏剂条件为M+,无光敏剂为M-,则6个孔位的实验条件如表1所示。

  图2 孔细胞培养板编号图

  表1 细胞培养板各孔位的实验条件

  3.2.2 实验参数

  取浮游菌液浓度为107CFU/mL,MB浓度为0.05μmol/mL。光照密度与光照时间的取值如表2所示。

  表2 各组实验的光照密度与光照时间参数

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