光生物调节： 促进脂肪干细胞向神经元样细胞转分化的新方法

doi:10.4103/NRR.NRR-D-23-01219

摘要/Abstract

摘要：

光生物调节（Photobiomodulation，PBM）是将激光应用于组织以改变细胞代谢的方法，其中包括可见光和近红外光谱。451-540 nm波长的可见光谱不一定会增加细胞增殖，而近红外光则会促进脂肪干细胞的增殖，并影响脂肪干细胞的迁移，而细胞迁移是细胞归巢到损伤部位所必需的。实验研究了各种生物和化学诱导剂对永生化脂肪干细胞（ADSCs）向神经元转分化的影响，并评估了使用波长825 nm的近红外和525 nm绿色激光（5 J/cm²）进行光生物调节（PBM）的效果。结果显示，绿色激光刺激会导致脂肪干细胞向神经元细胞进行转分化的明显形态变化，显示其促分化作用。近红外光生物调节则明显增加了脂肪干细胞向神经元细胞转分化的神经元标记物表达。光生物调节还改善了向神经元样细胞转分化的脂肪干细胞存活、增殖、膜通透性和线粒体膜电位，并提高了神经元特异性烯醇化酶和睫状神经营养因子的蛋白水平。该研究结果证明，光生物调节可提高永生化脂肪干细胞向神经元样细胞转分化的能力，为其在神经退行性疾病和脑损伤的再生医学中的应用提供了广阔的前景。

https://orcid.org/0000-0002-7581-7731 (Anine Crous)

Abstract: Photobiomodulation, originally used red and near-infrared lasers, can alter cellular metabolism. It has been demonstrated that the visible spectrum at 451–540 nm does not necessarily increase cell proliferation, near-infrared light promotes adipose stem cell proliferation and affects adipose stem cell migration, which is necessary for the cells homing to the site of injury. In this in vitro study, we explored the potential of adipose-derived stem cells to differentiate into neurons for future translational regenerative treatments in neurodegenerative disorders and brain injuries. We investigated the effects of various biological and chemical inducers on trans-differentiation and evaluated the impact of photobiomodulation using 825 nm near-infrared and 525 nm green laser light at 5 J/cm2. As adipose-derived stem cells can be used in autologous grafting and photobiomodulation has been shown to have biostimulatory effects. Our findings reveal that adipose-derived stem cells can indeed trans-differentiate into neuronal cells when exposed to inducers, with pre-induced cells exhibiting higher rates of proliferation and trans-differentiation compared with the control group. Interestingly, green laser light stimulation led to notable morphological changes indicative of enhanced trans-differentiation, while near-infrared photobiomodulation notably increased the expression of neuronal markers. Through biochemical analysis and enzyme-linked immunosorbent assays, we observed marked improvements in viability, proliferation, membrane permeability, and mitochondrial membrane potential, as well as increased protein levels of neuron-specific enolase and ciliary neurotrophic factor. Overall, our results demonstrate the efficacy of photobiomodulation in enhancing the trans-differentiation ability of adipose-derived stem cells, offering promising prospects for their use in regenerative medicine for neurodegenerative disorders and brain injuries.

Key words: differentiation inducers, green photobiomodulation, immortalized adipose-derived stem cell, near-infrared photobiomodulation, neurodegenerative disease, neurogenesis, photobiomodulation, trans-differentiation

. 光生物调节：促进脂肪干细胞向神经元样细胞转分化的新方法[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2024, 20(2): 598-608.

Daniella Da Silva, Madeleen Jansen van Rensburg, Anine Crous, Heidi Abrahamse. Photobiomodulation: a novel approach to promote trans-differentiation of adipose-derived stem cells into neuronal-like cells[J]. Neural Regeneration Research, 2024, 20(2): 598-608.

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引言

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延伸阅读

NRR：南非约翰内斯堡大学Anine Crous团队提出光生物调节可提高脂肪源性干细胞向神经元样细胞转分化的能力

脂肪源性干细胞（ADSCs）可转分化为多种表型，包括神经元。化学和生物分化诱导剂都能启动转分化过程。之前的研究显示，可诱导ADSCs 向神经细胞转分化的诱导剂包括碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）、福斯克林和3-异丁基-1-甲基黄嘌呤等。有学者提出，可以在临床条件中利用 ADSCs 治疗阿尔茨海默病和肌萎缩侧索硬化等神经退行性疾病。

光生物调节（Photobiomodulation，PBM）是将激光应用于组织以改变细胞代谢。激光对组织的影响取决于所使用的激光设置。这些参数包括以 J/cm2 为单位的应用能量或通量，以及从 400 nm 到 1100 nm 的波长，其中包括可见光和近红外（NIR）光谱。可见光谱上的波长，如 450 - 580 nm，已被证明能促进 ADSC 分化为成骨细胞。绿色（G）激光也被用于刺激参与细胞分化的转录因子。此外，据观察，可见光谱上的波长，如 451-540 nm，并不一定会增加细胞增殖，而光光谱红色和近红外波长，如 660-810 nm，则会促进ADSCs 的增殖。近红外激光对 ADSC 的迁移也有相当大的影响，而细胞迁移是细胞归巢到损伤部位所必需的。

南非约翰内斯堡大学Anine Crous团队在《中国神经再生研究（英文版）》（NRR）2025年第2期上发表的研究使用 525 nm 绿色激光和 5 J/cm2 的 825 nm 近红外激光对永生化 ADSCs 向神经元样细胞的转分化的影响。这项体外研究考虑了激光参数对细胞形态、活力、增殖、膜通透性、线粒体膜电位和蛋白质检测的影响。该研究表明，光生物调节提高了永生化 ADSCs 向神经元样细胞转分化的能力。这可能会加快在干细胞疗法中，将PBM在神经退行性疾病和脑损伤的再生医学中的应用。