Angesichts der Überalterung der Bevölkerung wird die Zunahme neurodegenerativer Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson zu einer großen Herausforderung. Diese Krankheiten stellen nicht nur für die Betroffenen, sondern auch für ihre Familien und die Gesellschaft als Ganzes eine schwere Belastung dar. Traditionelle Behandlungsmethoden wie Medikamente und Operationen sind häufig mit Nebenwirkungen und hohen Kosten verbunden. Und was noch schlimmer ist: Sie können weder das Fortschreiten der neuronalen Degeneration aufhalten noch das Absterben von Neuronen bei Patienten verhindern.
Das Gebiet der Photobiomodulation (PBM), das sich als vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Behandlungen herauskristallisiert, ist jedoch vielversprechend. Eine aktuelle Studie veröffentlicht In Erweiterter Photonik-Nexus stellt einen nichtinvasiven photonischen Ansatz vor, der die Art und Weise, wie wir diese schwächenden Krankheiten bekämpfen, revolutionieren könnte.
Die Forschung unter der Leitung von Prof. Lei Chen von der Hefei University of Technology, Prof. Bo Wang von der Wuyi University und ihren Kollegen vom Institut für Hirnerkrankungen des Shenzhen Institutes of Advanced Technology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften konzentriert sich auf die Verwendung eines speziellen breitbandigen Nahinfrarot-Leuchtstoffs (NIR), SrGa12O19:Cr3+. Dieser Leuchtstoff strahlt NIR-Licht aus, das nach Beendigung der ultravioletten Bestrahlung noch über zwei Stunden anhalten kann und so anhaltende therapeutische Vorteile bietet.
Das Team optimierte die Synthese und Zusammensetzung des Leuchtstoffs sorgfältig und entwickelte eine optimale Verbindung, (Sr,Ba)Ga12O19:Cr3+, die dann zur Verpackung von NIR-LED-Geräten verwendet wurde. Diese Geräte zeigten eine bemerkenswerte Absorption und Quanteneffizienz, wobei der optimale Sr(Ga0,99Cr0,01)12O19-Leuchtstoff 53,9, 99,2 bzw. 53,5 % erreichte.
Die Lumineszenzleistung des Leuchtstoffs blieb mit 97,34 % selbst bei einer Betriebstemperatur von 150 °C hoch. Die mit diesem Leuchtstoff gekapselten LED-Geräte brachen Rekorde und erreichten eine Ausgangsleistung von 19,69 mW und eine Energieumwandlungseffizienz von 37,58 % bei 20 mA sowie 63,75 mW und 27,89 % bei 100 mA.
Das wichtigste Ergebnis der Studie ist das Potenzial von NIR-Licht bei der Unterdrückung von Neuroinflammation. Indem sie BV-2-Mikroglia kultivierten und sie verschiedenen Lichtbehandlungen unterwarfen, zeigten die Forscher, dass mit SrGa12O19:Cr3+Phosphor eingekapselte NIR-LEDs Mikrogliazellen effektiv vom übererregten M1/M2-Phänotyp zum ruhenden M0-Phänotyp regulieren konnten.
Dieser Übergang ist entscheidend, da er die Mikroglia-Entzündung lindert, hemmt oder sogar umkehrt. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass das NIR-Licht die Vermehrung von Mikroglia fördert, die Produktion von Adenosintriphosphat (ATP) steigert, Übererregung umkehrt, Entzündungen reduziert und die Zellüberlebensrate und -aktivität verbessert.
Die Auswirkungen dieser Studie sind tiefgreifend und lassen darauf schließen, dass LEDs mit ihrer breitbandigen NIR-Emission und ihren einstellbaren Wellenlängen das breite Absorptionsband biologischer Gewebe besser abdecken könnten als Laserlichtquellen, was zu besseren Therapieergebnissen führen würde. Dieser innovative photonische Ansatz ist vielversprechend für die Zukunft der Photomedizin und bietet möglicherweise eine nichtinvasive, kostengünstige und nebenwirkungsfreie Behandlungsoption für Millionen von Menschen, die an neurodegenerativen Erkrankungen wie Parkinson, Alzheimer und ALS leiden.
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Qi Liu et al., Unterdrückung der Neuroinflammation durch das von (Sr,Ba)Ga12O19: Cr3+-Phosphor emittierte Nahinfrarotlicht, Erweiterter Photonik-Nexus (2024). DOI: 10.1117/1.APN.3.3.036008