Mécanismes photophysiques de la thérapie de photobiomodulation comme médecine de précision.

Le texte ci dessous est une traduction et un résumé de l'article, disponible en intégralité suivant les références :

"Photophysical Mechanisms of Photobiomodulation Therapy as Precision Medicine"

Ann Liebert ^1 2 3, William Capon ¹, Vincent Pang ³, Damien Vila ⁴, Brian Bicknell ³, Craig McLachlan ⁵, Hosen Kiat ^{3 5 6 7 8}

PMID: 36830774 ; PMCID: PMC9953702 ; DOI: 10.3390/biomedicines11020237

1. Introduction

L'introduction de l'article explore les origines et l'évolution de la photobiomodulation (PBM), autrefois appelée "thérapie au laser de faible intensité". Cette thérapie utilise la lumière non thermique pour améliorer la réparation des tissus et réduire la douleur. Bien que des applications de la lumière pour soigner diverses affections remontent à l'Antiquité, la PBM moderne débute en 1967 avec l'utilisation accidentelle d'un laser par Endre Mester, qui a favorisé la guérison de la peau et la repousse des poils chez des souris dans un modèle de cancer.

Le terme PBM s'est élargi pour inclure les dispositifs à diodes électroluminescentes (LED), et la thérapie est désormais utilisée pour traiter diverses conditions, notamment la douleur, l'inflammation et les troubles neurologiques. Malgré l'acceptation croissante de la PBM, ses mécanismes restent partiellement compris. Traditionnellement, l'effet de la lumière sur la cytochrome c oxydase était considéré comme essentiel. Cependant, de nouvelles recherches ont montré que la PBM peut stimuler la prolifération cellulaire sans affecter cette enzyme, ce qui a conduit à l'exploration de nouveaux mécanismes potentiels.

Les auteurs mettent en avant la nécessité d'examiner des mécanismes photophysiques non visuels impliquant la radiation bioélectromagnétique et les oscillations des protéines, ouvrant la voie à des cibles d'intervention nouvelles pour la médecine de précision utilisant la PBM​.

2. Biophotons et PBM

Les biophotons sont des émissions de photons très faibles, produites par des systèmes biologiques, et détectées par diverses techniques. Ces émissions sont souvent associées à la formation de ROS (espèces réactives de l'oxygène) dans les cellules, en particulier dans les neurones, où elles peuvent influencer l'activité des canaux potassiques et être produites suite à la dépolarisation membranaire. Les biophotons peuvent aussi provenir des mécanismes endogènes liés aux ROS dans les membranes mitochondriales et cellulaires, ce qui est particulièrement vrai pour les neurones du système nerveux central et périphérique.

Une autre source notable de biophotons endogènes est liée aux "burst" d'oxydation des neutrophiles, souvent utilisés pour détecter en temps réel le stress oxydatif dans le corps. Ces événements sont d'autant plus intéressants qu'ils pourraient représenter une méthode non-invasive pour diagnostiquer certaines pathologies. La PBM peut stimuler ces bursts oxydatifs et moduler l'activité fonctionnelle des neutrophiles, augmentant leur capacité à éliminer les agents pathogènes​.

3. PBMt et mécanotransduction

Le chapitre 3 de l'article traite de la relation entre la photobiomodulation (PBM) et la mécanotransduction, un processus où les cellules transforment des stimuli mécaniques en signaux biochimiques. La PBM peut affecter directement le cytosquelette, composé de microfilaments, de filaments intermédiaires et de microtubules, en modifiant leur interaction avec des signaux électriques, des actions mécaniques et des champs électromagnétiques.

Modulation du cytosquelette par la PBM

L'irradiation par laser dans le cadre de la PBM perturbe le réseau microtubulaire des cellules, entraînant des changements structurels visibles, notamment dans les neurones. Par exemple, l'irradiation des neurones ganglionnaires dorsaux (DRG) avec un laser à 830 nm provoque la formation de "varicosités", des renflements le long des neurones, associés à une accumulation de mitochondries et une réduction du potentiel de membrane mitochondriale. Ces varicosités perturbent le cytosquelette mais sont réversibles 24 heures après l'arrêt de la PBM. Des changements similaires ont été observés dans le système nerveux central, où la PBM améliore la plasticité synaptique et modifie les dendrites.

Implication dans les pathologies neurologiques

La PBM peut moduler les canaux ioniques sensibles à la lumière, notamment les canaux TRP (transient receptor potential), ce qui a des implications pour des maladies telles que la maladie de Parkinson (PD) et Alzheimer (AD). Par exemple, elle réduit la dépolymérisation des microtubules et la dysfonction mitochondriale dans les neurones dopaminergiques atteints de PD, améliorant ainsi la mobilité et les fonctions cognitives.

Les effets de la PBM sur la mécanotransduction suggèrent qu'elle pourrait être utilisée pour traiter des conditions impliquant des anomalies du cytosquelette et des oscillations cérébrales, comme dans les cas de troubles neurodégénératifs et de douleurs chroniques

3.1. Modulation du cytosquelette par la PBM

Le cytosquelette cellulaire est constitué de microfilaments, de filaments intermédiaires et de microtubules, et peut interagir avec des signaux électriques, des actions mécaniques et des champs électromagnétiques (EM). La mécanotransduction cellulaire, qui consiste à convertir des stimuli mécaniques en signaux biologiques, peut être initiée lorsque le réseau microtubulaire est exposé à des champs EM dans la gamme de fréquences THz.

La PBM semble moduler ce système, influençant divers processus cellulaires, tels que la synthèse d'ATP, la production de cellules souches, et l'activation des canaux ioniques (par exemple, les canaux TRP et TRPV). Cela peut aussi conduire à une inversion des pathologies neurologiques telles que la maladie d'Alzheimer (AD) et de Parkinson (PD).

Des études ont montré que la PBM provoque des changements observables dans les structures neuronales et les propriétés mécanotransductives du cytosquelette. Par exemple, l'irradiation par laser de neurones ganglionnaires dorsaux chez des souris et des rats a entraîné la formation de "varicosités" le long des neurones, signe d'une perturbation des structures microtubulaires. Ce phénomène est accompagné d'une réduction du potentiel de membrane mitochondriale et d'une accumulation de mitochondries à ces points spécifiques, indiquant une déplétion en ATP. Cependant, ces varicosités sont réversibles 24 heures après l'arrêt de la PBM.

Les changements similaires observés dans le système nerveux central incluent des améliorations de la plasticité synaptique et des modifications des dendrites, renforçant l'idée que la PBM peut moduler le cytosquelette de manière à favoriser les fonctions neuronales et à combattre les pathologies neurodégénératives​

3.2. Modulation des canaux ioniques par la PBMt

La photobiomodulation (PBMt) peut influencer directement les canaux ioniques sensibles à la lumière et les protéines de signalisation, ce qui impacte la fonction des microtubules. Voici quelques exemples clés :

Canaux TRESK : Ces canaux potassiques, faiblement rectifiants vers l’intérieur, sont associés à la photophobie et à la migraine avec aura. La PBMt pourrait cibler ces canaux, qui jouent un rôle dans la neuroplasticité, la mémoire et la régulation de la protéine associée aux microtubules 2 (MAP2).

Neuropsine : Un autre chromophore sensible à la lumière, impliqué dans des fonctions neuroplastiques similaires à celles des canaux TRESK.

α-Synucléine : Une protéine connue pour influencer la dynamique des microtubules et de l'actine dans le cytosquelette, jouant un rôle dans le transport axonal et la formation de microtubules courts. La PBMt a montré qu'elle pouvait réduire la surexpression de l’α-synucléine dans des modèles animaux de la maladie de Parkinson, potentiellement en modulant la fonction des microtubules et la neuroplasticité.

Plasticité synaptique dans la MA : Une étude menée par Buendia et al. a démontré que la PBMt transcrânienne augmentait la potentialisation à long terme chez un modèle murin de la maladie d'Alzheimer, affectant spécifiquement les changements synaptiques dans les fibres collatérales de Schaffer de l'hippocampe. Cela suggère une modulation potentielle des récepteurs AMPA et des canaux potassiques activés par le Ca²⁺ à faible conductance (SK2), qui sont impliqués dans la plasticité synaptique et la potentialisation à long terme.

3.3. Modulation du microbiome par la PBMt

La PBMt peut également influencer le microbiome intestinal, ce qui affecte à son tour le cytosquelette d'actine :

Métabolites microbiens : Les acides gras à chaîne courte, tels que le butyrate et le propionate, peuvent induire des changements bénéfiques dans le cytosquelette d'actine, comme une amélioration de l'intégrité des jonctions serrées et une protection contre les dommages induits par le lipopolysaccharide.

Barrière hémato-encéphalique : Ces métabolites microbiens améliorent également l'intégrité de la barrière hémato-encéphalique en modulant la dynamique du réseau mitochondrial.

Influence potentielle de la PBMt : Étant donné que la PBMt peut affecter la composition du microbiome intestinal, elle pourrait modifier les niveaux de ces métabolites microbiens bénéfiques, entraînant des réarrangements du cytosquelette d'actine et des améliorations des fonctions cellulaires.

3.4. PBMt et clairance glymphatique

La photobiomodulation (PBMt) pourrait jouer un rôle clé dans la modulation du système glymphatique, un réseau responsable du drainage des déchets cérébraux comme l’α-synucléine et les protéines amyloïdes. Ces processus sont cruciaux dans la progression de maladies neurodégénératives telles que la maladie de Parkinson (MP) et la maladie d'Alzheimer (MA).

Rôle de l'α-Synucléine et le Système Glymphatique

L'α-synucléine est une protéine présente dans le liquide céphalo-rachidien (LCR) et les globules rouges, essentielle pour la régulation du drainage lymphatique et la fonction immunitaire. Cependant, sa prionisation (conversion en une forme pathologique) observée chez les patients atteints de MP peut entraîner une agrégation anormale dans le cerveau, perturbant la fonction des aquaporines (AQP), en particulier AQP4. Ces aquaporines sont responsables de l'entrée du LCR dans le parenchyme cérébral et du maintien de l'intégrité des espaces périveineux. Dans les modèles murins de la MP, la dysfonction glymphatique due à l'agrégation de l'α-synucléine provoque une inflammation, une perte neuronale et des déficits moteurs.

Effets de la PBMt sur le Système Glymphatique

La PBMt pourrait potentiellement améliorer la fonction glymphatique en modulant l'expression des aquaporines. Elle semble capable de réduire l'expression d'AQP4, ce qui pourrait diminuer les différences circadiennes dans le drainage du LCR, influençant le flux vers les ganglions lymphatiques cervicaux. Des études suggèrent que la PBMt, en régulant les niveaux d'AQP4, pourrait stabiliser la distribution du LCR et optimiser le drainage lymphatique.

Impact sur la Clairance de l’Amyloïde-β

Des recherches sur des souris atteintes de la MA ont montré que la PBMt améliore la clairance de l’amyloïde-β du cerveau, réduisant la densité des petites plaques amyloïdes. Cette amélioration pourrait résulter d’une augmentation de la perméabilité des vaisseaux lymphatiques, facilitant le transport des molécules plus grosses à travers les vaisseaux lymphatiques.

Modulation du Drainage Lymphatique et Effets Neuroprotecteurs

La PBMt pourrait influencer directement la contractilité lymphatique, provoquant une relaxation des vaisseaux lymphatiques et réduisant la résistance au flux. À des fluidités plus faibles, elle induit une vasodilatation et une meilleure perméabilité endothéliale, tandis qu’à des fluidités plus élevées, elle peut bloquer complètement la contractilité des vaisseaux. Cela permet un contrôle fin du drainage lymphatique nécessaire selon les besoins thérapeutiques.

Une étude a démontré que la PBMt stimule la migration des macrophages vers les tissus environnants et augmente la perméabilité lymphatique en réduisant l’expression des protéines de jonction comme la VE-cadhérine. Chez des modèles de souris traitées avec la PBMt après une hémorragie intraventriculaire, l’évacuation des globules rouges s'est améliorée, avec une récupération accélérée et une réduction de la mortalité.

Effets Potentiels de l’Oxyde Nitrique (NO)

La PBMt pourrait augmenter la production de NO, entraînant une vasodilatation accrue et une amélioration du flux sanguin, ce qui contribue à une meilleure fonction endothéliale et à l’augmentation de la perméabilité des systèmes de drainage lymphatique. Cela soutient l’hypothèse selon laquelle la PBMt pourrait être bénéfique dans les maladies où le drainage glymphatique est altéré.

Implications Cliniques et Futures Recherches

Les effets bénéfiques de la PBMt sur la clairance des déchets cérébraux et l’amélioration du drainage lymphatique suggèrent un potentiel thérapeutique pour des maladies neurodégénératives comme la MP et la MA. Les résultats préliminaires invitent à des recherches plus approfondies pour explorer comment la modulation des paramètres de PBMt pourrait optimiser ces effets et contribuer à de nouvelles stratégies de traitement.

4. PBMt et mécanismes photophysiques

4.1. Oscillation de cellule à cellule

Les cellules et certaines de leurs protéines fonctionnent comme des systèmes vibrants qui interagissent avec les champs électromagnétiques (EM), transformant cette énergie en forces mécaniques et en signaux biologiques. Ce mécanisme permet à la lumière de moduler l’activité cellulaire par des oscillations énergétiques. Cette transduction de l’énergie lumineuse en processus biologiques est comparable à un système vibrant qui améliore les fonctions physiologiques des cellules.

Transitions de Phase Cellulaire

La PBMt peut provoquer des transitions de phase dans les cellules, modifiant ainsi leur structure protéique et leurs fonctions. Ces transitions ne sont pas liées aux réactions chimiques classiques, mais plutôt aux forces internes et aux paramètres énergétiques de la cellule, influençant ses propriétés thermodynamiques. La structure des protéines, en particulier les anneaux aromatiques, détermine leurs fréquences de résonance via la répartition des électrons.

Oscillations Neuronales et Effet de la PBMt

Les mécanismes neuronaux de la PBMt sont explorés en étudiant les changements dans l'activité électrique des cellules. Les potentiels d'action des neurones produisent une énergie électrique cruciale pour les oscillations cérébrales. Les ondes cérébrales mesurées par EEG, telles que les oscillations globales non sinusoïdales, résultent de l'activité synchronisée des neurones dans un réseau. Ces oscillations globales sont plus lentes que les fréquences de résonance des macromolécules. La PBMt peut modifier le connectome cortical, affectant les oscillations cérébrales comme les ondes thêta, bêta, alpha et gamma, qui sont essentielles pour le bon fonctionnement cérébral.

Modulation des Ondes Gamma

Les oscillations gamma (25-140 Hz) ont été particulièrement bien étudiées. La PBMt, appliquée à différentes longueurs d’onde, peut augmenter ces oscillations, surtout pendant les activités cognitives. Par exemple, l’application de la lumière proche infrarouge (NIR) à 810 nm et 40 Hz a montré une augmentation des fréquences alpha, bêta et gamma dans le réseau de mode par défaut, suggérant une influence sur les concentrations de neurotransmetteurs tels que le glutamate et le GABA. Ces neurotransmetteurs jouent un rôle clé dans la modulation de l'activité neuronale et des oscillations cérébrales.

Implications dans les Pathologies Neurologiques

Un excès de glutamate dans certaines régions cérébrales est lié à des pathologies comme la migraine avec aura, caractérisée par une augmentation des niveaux extracellulaires de K+ et de glutamate, ce qui perturbe la cohérence corticale. La migraine sans aura est associée à une connectivité altérée dans le réseau de mode par défaut, une zone cérébrale importante pour les fonctions de repos. La PBMt, en modulant les oscillations neuronales, pourrait offrir un potentiel thérapeutique pour ces conditions en normalisant la connectivité et les oscillations neuronales.

Application de Différentes Longueurs d’Onde

La PBMt peut également être appliquée à différentes longueurs d’onde, soit de manière séquentielle soit simultanément, pour influencer les oscillations neuronales. Ces modifications sont probablement dues à l'interaction entre les systèmes mélanocortinergiques et dopaminergiques, influençant les potentiels d'action des neurones pyramidaux dans le cortex préfrontal. Cela pourrait avoir des implications directes sur l'utilisation de la PBMt pour traiter des pathologies liées à des altérations des oscillations neuronales, comme les troubles cognitifs et les affections psychiatriques.

La PBMt montre un potentiel significatif pour moduler les oscillations neuronales et pourrait être développée pour traiter les pathologies associées à des dysfonctionnements de ces oscillations. Une meilleure compréhension des mécanismes photophysiques sous-jacents et des paramètres de stimulation (comme la longueur d'onde et la fréquence) est nécessaire pour optimiser les effets thérapeutiques de la PBMt sur les réseaux neuronaux.

4.2. Spécificité de la longueur d'onde et interactions des protéines - Résonance photophysique

Les propriétés oscillatoires des protéines et de la lumière produite par laser ont un point commun crucial : la résonance. Lorsqu'elles vibrent à des fréquences naturelles identiques, deux entités peuvent interagir et s'activer mutuellement. Ce phénomène, appelé résonance, permet aux protéines de transférer de l'énergie électromagnétique (EM) entre elles, particulièrement dans la gamme de la lumière infrarouge et visible. Cette interaction est pertinente pour la PBMt (Photobiomodulation Therapy), car elle repose sur l'activation des protéines via la résonance EM, optimisée à des longueurs d'onde spécifiques.

L'analyse spectrale d'une protéine permet de déterminer la distribution de ses électrons d'énergie libre, qui résonnent à des fréquences spécifiques correspondant à différents groupes fonctionnels. Ces propriétés résonantes peuvent être ciblées avec des lasers pour activer des protéines spécifiques, un concept prometteur pour la médecine de précision. Étant donné que la PBMt utilise des longueurs d'onde précises pour interagir avec ces protéines, la lumière cohérente des lasers, qui partage les mêmes propriétés résonantes, est particulièrement efficace pour induire des effets thérapeutiques.

Certaines protéines de signalisation possèdent des caractéristiques d'autofluorescence dans la gamme infrarouge, ce qui explique pourquoi les longueurs d'onde infrarouges et proches de l'infrarouge sont les plus efficaces dans les applications thérapeutiques. Ces longueurs d’onde ont montré leur efficacité pour améliorer les performances neurologiques, traiter les troubles d’anxiété généralisée et la maladie de Parkinson (MP).

4.3. Protéines fluorescentes/autofluorescentes

Au-delà de la résonance photophysique, certaines molécules dans les cellules sont naturellement fluorescentes ou autofluorescentes, ce qui peut influencer ou interagir avec les oscillations cellulaires modulées par la PBMt. L'autofluorescence cellulaire provient de structures spécifiques et de métabolites, tels que les flavines, le NAD, les acides aminés aromatiques, les lipofuscines, les produits finaux de glycation avancée et le collagène. Ces molécules émettent de la fluorescence en réponse à certaines longueurs d’onde lumineuses.

Les molécules d’ADN, par exemple, peuvent brièvement sortir de leur "état sombre" pour émettre de la lumière lorsqu'elles sont excitées à une longueur d'onde spécifique. De même, les protéines non autofluorescentes pourraient absorber la lumière et déclencher des processus biologiques lorsqu'elles sont exposées à la bonne longueur d'onde. Les protéines fluorescentes, en tant qu'absorbeurs et émetteurs directionnels de lumière, jouent un rôle essentiel dans les réponses physiologiques induites par la lumière et dans la détection de l'activité biologique.

L'autofluorescence cellulaire est également utilisée pour mesurer l'activité métabolique et d'autres paramètres diagnostiques. Cette propriété a été observée dans divers types de cellules et de tissus, notamment les globules blancs, les fibroblastes, le foie et les reins.

Relation entre résonance endogène et fluorescence

La résonance endogène et l'émission de biophotons sont étroitement liées. Des études ont montré que les cellules cancéreuses stressées émettent des longueurs d'onde plus courtes que les cellules saines, ces dernières émettant dans la gamme du proche infrarouge. Cette différence pourrait refléter des altérations des propriétés EM des cellules en fonction de leur état de santé. De plus, une "empreinte" de résonance spécifique a été identifiée pour l'ADN cancéreux, à environ 1,6 THz, possiblement en raison de méthylations anormales.

Ces découvertes suggèrent une interaction potentielle entre la résonance endogène des cellules et l'émission de biophotons. La polarité et la direction des résonances sont également étudiées pour comprendre l'importance de l'angle d'émission de la lumière. Cela illustre les différences entre l'utilisation de la PBMt avec des lasers (lumière cohérente) par rapport aux LED (lumière incohérente), chaque méthode ayant des effets distincts sur la modulation des résonances cellulaires et sur les résultats thérapeutiques.

5. Applications cliniques actuelles

Les applications cliniques des voies photophysiques vont de pair avec les mécanismes phototransducteurs sous-jacents aux effets du PBMt sur la santé et la maladie. Toute pathologie impliquant des protéines photosensibles qui sont réactives aux modulations d'oscillation induites par la lumière, qui peuvent induire des interactions oscillatoires globales, pourrait être considérée comme sujette à PBMt comme une option thérapeutique. 

5.1. Résonance et thérapie par lumière

La thérapie par lumière (PBMt) agit en modulant les oscillations des protéines sensibles à la lumière. Ces protéines réagissent aux variations de fréquence, ce qui peut influencer des interactions oscillatoires dans l'organisme. Un exemple clinique est le traitement du syndrome de Crigler-Najjar, une maladie rare causée par une carence en l'enzyme 5'-diphosphglucuronosyltransférase 1-A1 (UDP), nécessaire à la glucuronidation de la bilirubine non conjuguée dans le foie. La photothérapie à lumière bleue est actuellement le traitement le plus efficace pour ce syndrome chez les jeunes patients. La lumière bleue semble moduler les protéines en interagissant avec les fréquences spécifiques de la protéine UDP, montrant une relation biophysique entre la lumière bleue et l'activité enzymatique.

La résonance photophysique pourrait également être bénéfique pour d'autres maladies caractérisées par des oscillations neuronales anormales, telles que la maladie de Parkinson (MP), la douleur chronique, l'autisme et les migraines. La modulation des réseaux de microtubules et de cytosquelette dans le système nerveux central et périphérique est cruciale, car ces pathologies sont souvent liées à des déséquilibres dans l'activité oscillatoire neuronale.

5.2. Neutrophiles et inflammation

La PBMt a des applications pratiques pour moduler les processus des neutrophiles, des cellules immunitaires clés dans les réponses inflammatoires. En particulier, la PBMt peut améliorer la fonction des neutrophiles en augmentant leur efficacité de phagocytose et en modulant leur nombre pendant une réponse immunitaire, notamment dans les poumons. Cela est pertinent pour les maladies inflammatoires pulmonaires, les affections neurodégénératives et les maladies cardiaques, ainsi que pour les séquelles post-virales, y compris le COVID-19.

La PBMt pourrait aider à réduire l'inflammation pulmonaire en modulant l'afflux de neutrophiles et en inhibant des protéines pro-inflammatoires, ce qui diminue l'œdème pulmonaire. La modulation des neutrophiles pourrait également être bénéfique dans les pathologies liées à la méthylation anormale de l'ADN, telles que la douleur chronique et le cancer, ainsi que dans les maladies avec une activation anormale des neutrophiles, par exemple dans la réponse excessive aux toxines de l'air. La PBMt pourrait ainsi réguler l'activation excessive des neutrophiles, rendant leur réponse plus efficace et contrôlée.

5.3. Pathologies des canaux et mécanotransduction

Les pathologies des canaux sont des troubles causés par des mutations génétiques affectant la mécanotransduction intracellulaire, un processus où les cellules convertissent des stimuli mécaniques en signaux biologiques. Ce mécanisme est essentiel pour la fonction myocardique (muscle cardiaque) et son dysfonctionnement peut conduire à des maladies cardiovasculaires graves telles que les arythmies, l'insuffisance cardiaque et l'athérogenèse.

La PBMt pourrait offrir des solutions thérapeutiques pour corriger ces dysfonctionnements. Des études récentes montrent que la PBMt peut résorber la fibrillation auriculaire et réguler le rythme cardiaque grâce à des techniques optogénétiques. Cela implique l'utilisation de la lumière pour contrôler les cellules modifiées génétiquement, activant ainsi les neurones dopaminergiques de la substantia nigra dans un modèle animal de la MP. Cette approche a permis de réguler la production de lévodopa (L-DOPA), une substance clé pour la gestion de la maladie de Parkinson, ouvrant de nouvelles perspectives pour l'utilisation de la PBMt dans le traitement des pathologies cardiaques et neuronales.

5.4 : Effets analgésiques et anesthésiques

Propriétés analgésiques du PBMt

Le traitement par photobiomodulation (PBMt) présente des propriétés analgésiques qui vont au-delà de la simple correction des perturbations corticales ou des schémas d'ondes cérébrales. Des études suggèrent que le PBMt préventif pourrait jouer un rôle important dans la prévention et le traitement de la douleur persistante, incluant :

·

Douleur neuropathique,

·

Douleurs induites par la chimiothérapie,

·

Douleurs cervicales et lombaires,

·

Douleurs liées aux lésions nerveuses ou à la moelle épinière.

Le PBMt pourrait atténuer la douleur en perturbant les structures cytosquelettiques et microtubulaires des cellules. Cela empêcherait la transmission de l'ATP et bloquerait la dépolarisation neuronale, limitant ainsi la signalisation de la douleur vers la moelle épinière. De plus, il interrompt le flux axonal rapide et le transport des cytokines pro-inflammatoires, observé dans des conditions pathologiques comme les varices dendritiques.

Effets anesthésiques et optianesthésie

Une étude a exploré l'usage potentiel du PBMt transcrânien comme complément aux anesthésiques pharmacologiques, introduisant le concept d'« optianesthésie ». Des effets inhibiteurs sur le cortex et l'hippocampe ont été observés chez des rats exposés à des longueurs d'onde de 808 nm et 810 nm. Ces effets incluent :

Réduction des crises induites par des agents pharmacologiques.

Effets anticonvulsivants :

L'application de PBMt transcrânien a inhibé la décharge électrique anormale, indiquant un potentiel pour traiter les crises épileptiques réfractaires pédiatriques et sévères, potentiellement en combinaison avec l'anesthésie générale.

Il est proposé que le PBMt puisse modifier la conscience de manière réversible en influençant les processus quantiques dans les microtubules neuronaux. Ceci est similaire à l'effet des anesthésiques généraux sur ces structures. Cela pourrait également améliorer la distribution et l'efficacité des anesthésiques pharmacologiques. 

Mécanismes sous-jacents et implication clinique

Les effets du PBMt sur les fonctions neuronales varient en fonction de l'état du sujet :

Pendant l'éveil : Stimulation des fonctions neuronales (augmentation de l'activité mitochondriale, expression génique accrue, modulation des ondes alpha, bêta et gamma).

Pendant le sommeil : Potentiellement, une meilleure clairance du liquide céphalo-rachidien due à l'augmentation de la perméabilité de l'aquaporine-4 (AQP4) dans les astrocytes. Cela pourrait améliorer l'effet des anesthésiques intraveineux et inhalés en facilitant leur distribution et en réduisant les effets secondaires.

La PBMt pourrait jouer un rôle significatif en tant qu'adjuvant pour les traitements anesthésiques, réduisant les effets secondaires et optimisant l'efficacité des anesthésiques, tout en proposant des mécanismes supplémentaires pour le traitement des douleurs persistantes et des troubles convulsifs.

6. PBMt et réseaux neuro-oscillatoires : implications cliniques

Modulation des oscillations gamma dans la maladie de Parkinson (MP)

Le traitement par photobiomodulation (PBMt) montre une capacité à moduler les oscillations neuronales, particulièrement pertinent dans la maladie de Parkinson (MP), où les oscillations gamma sont altérées. Ces oscillations sont cruciales pour le contrôle moteur via les boucles des ganglions cortico-basaux. Leur dysfonctionnement entraîne des symptômes caractéristiques de la MP, comme les tremblements de repos. Il a été démontré que le PBMt transcrânien peut moduler ces oscillations gamma, offrant ainsi une nouvelle avenue thérapeutique pour gérer les symptômes de la MP. Des études préliminaires utilisant des casques LED ont montré une amélioration des symptômes chez plus de la moitié des participants, bien que des essais cliniques plus rigoureux soient nécessaires pour confirmer ces résultats.

Traitement des migraines par modulation des oscillations cérébrales

Les migraines sont liées à une cohérence corticale anormale et sont classées comme des pathologies canalaires, impliquant des anomalies des canaux ioniques. Les migraines présentent une amplitude accrue des oscillations à basse fréquence (LFO) dans les réseaux thalamocorticaux, ce qui est corrélé à une fréquence accrue des maux de tête. Le PBMt transcrânien peut réduire la puissance de ces oscillations delta anormales. En modulant l'activité cérébrale corticale, le PBMt pourrait influencer les structures sous-corticales, comme le thalamus, et potentiellement réduire la fréquence des migraines.

Oscillations gamma et autres conditions neurologiques

Les oscillations gamma altérées sont également observées dans :

• La fibromyalgie,
• La schizophrénie,

Les troubles cognitifs et neurodégénératifs comme la maladie d'Alzheimer (AD),

L'autisme, qui présente une cohérence corticale altérée, et pourrait bénéficier du traitement par PBMt.

Dans le cas de la maladie d'Alzheimer, les dépôts d'amyloïde-β fibrillés, qui n'ont pas de propriétés d'absorption optique, peuvent influencer le sommeil. Le PBMt transcrânien a montré des effets positifs sur le sommeil, souvent rapportés comme un bénéfice secondaire de ce traitement.

Mécanismes de modulation des oscillations cérébrales par le PBMt

Le mécanisme par lequel le PBMt module les oscillations cérébrales reste débattu. Il est proposé que :

Propagation de la signalisation biophotonique et électrique : Les neurones pourraient se synchroniser pour former des ondes cérébrales plus grandes et plus lentes.

Interaction avec l’ADN : Les oscillations de haute fréquence de l'ADN pourraient interagir localement avec l'ADN d'autres cellules pour produire des oscillations globales plus lentes.

Interaction avec d'autres oscillations : Le PBMt pourrait influencer les oscillations du calcium, les oscillations mitochondriales ou celles des astrocytes.

Ces mécanismes potentiels suggèrent que le PBMt transcrânien pourrait devenir une option thérapeutique pour moduler les réseaux neuro-oscillatoires dans diverses conditions cliniques, en améliorant la cohérence corticale et en traitant les troubles associés aux déséquilibres oscillatoires.

7. Implications futures des mécanismes photophysiques de la PBMt pour la thérapie clinique

Les mécanismes photophysiques sous-jacents à la photobiomodulation (PBMt) offrent des perspectives prometteuses pour le traitement des maladies caractérisées par des anomalies des oscillations neuronales, comme la migraine, la maladie de Parkinson (MP), l'autisme et d'autres pathologies. Étant donné que le PBMt transcrânien peut moduler ces oscillations, il représente une approche thérapeutique potentielle pour ces affections.

Des recherches ont montré que le PBMt peut avoir un effet modulant sur les réseaux neuronaux même chez des participants en bonne santé, ce qui est encourageant pour l'application clinique. Cependant, il est nécessaire de mener davantage d'études pour évaluer précisément les effets thérapeutiques du PBMt sur les symptômes spécifiques des patients.

Les modèles de résonance réciproque (RRM), utilisés dans le développement de peptides antimicrobiens, peuvent aussi aider à créer des traitements contre les cancers de la peau et les troubles neurogénétiques. Ces modèles permettent de concevoir des promoteurs ou inhibiteurs capables de moduler les émissions de biophotons cellulaires, qui peuvent être indicatives de la santé ou de la malignité des cellules. Par exemple, les cellules cancéreuses émettent des biophotons dans le spectre bleu, contrairement aux cellules saines qui émettent principalement dans l'infrarouge, ce qui permet une détection précoce non invasive de la maladie.

8. PBMt et médecine de précision

Les mécanismes photophysiques explorés dans le contexte de la PBMt suggèrent qu'il est possible d'affiner cette technique pour une médecine de précision. La lumière appliquée via le PBMt peut interagir avec les voies de communication cellulaire, influençant les changements de conformation des protéines. Le concept de RRM (modèle de résonance réciproque) postule que les oscillations des protéines peuvent interagir avec les biophotons émis par les cellules, ce qui pourrait guider le choix des longueurs d'onde de la PBMt pour des traitements spécifiques.

Un exemple clinique est le traitement du syndrome de Crigler-Najjar avec de la lumière bleue, dont la longueur d'onde résonne avec la protéine UDP-glucuronosyltransférase. De même, le PBMt transcrânien, en modulant les oscillations neuronales, peut être prometteur pour traiter les troubles liés à des oscillations altérées, tels que la fibromyalgie, la schizophrénie, les troubles cognitifs, la migraine, et les maladies neurodégénératives.

La PBMt pourrait également interagir avec les microtubules neuronaux, qui jouent un rôle dans l'excitabilité neuronale, en influençant des canaux ioniques spécifiques comme TRESK. Cela est pertinent pour des pathologies telles que la migraine avec aura ou la maladie de Parkinson. Des études futures devront déterminer les longueurs d'onde les plus efficaces pour chaque pathologie, en utilisant l'analyse biophotonique pour évaluer l'impact du PBMt sur l'émission de biophotons et l'activité neuronale.

9. Conclusions

Le PBMt affecte divers processus biologiques et pathologiques, modulant la fonction cellulaire et les voies métaboliques. La compréhension des mécanismes photophysiques, en particulier les effets oscillatoires et de résonance, pourrait guider la conception d'études cliniques sur le PBMt, avec des applications transcrâniennes et systémiques.

Le corps peut être considéré comme un système d'oscillateurs interconnectés, et la lumière peut améliorer ces oscillations pour optimiser les fonctions physiologiques. Cela pourrait avoir des implications importantes pour la santé globale et le vieillissement. En explorant les effets synergiques des différents mécanismes du PBMt, nous pourrions développer des traitements plus efficaces.

La PBMt, étant une modalité non invasive et à faible risque, offre un potentiel pour la médecine de précision, permettant d'individualiser les traitements en fonction des processus pathologiques spécifiques. De futures recherches sur les effets photophysiques de la PBMt pourraient révolutionner le traitement des maladies inflammatoires, neurologiques et métaboliques, en se concentrant sur l'optimisation des résultats en matière de santé et de performance.

Synthèse globale : La PBMt pourrait devenir un outil crucial pour la médecine de précision, capable de traiter des pathologies variées en modulant les oscillations neuronales et cellulaires à travers des mécanismes photophysiques sophistiqués. Les recherches futures devraient se concentrer sur l'identification des longueurs d'onde optimales et sur les effets synergiques de cette approche non invasive, ouvrant la voie à des applications cliniques innovantes.