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选择性滤蓝眼镜片保护 RPE 细胞免受发光二极管引起的细胞损伤——比较正规的买球软件科研实验室
本站原创2022-11-06 13:53:42


在调查使用选择性蓝光过滤透镜是否可以保护培养的原代猪RPE细胞免受光照射。用分光光度法表征S-BF和紫外线过滤透镜的透射率。RPE细胞暴露于1700勒克斯的白色或蓝色LED灯16小时,以评估光源对培养物的影响。然后研究了S-BF和UVF眼科镜片在蓝光照射下对RPE细胞培养物的影响。使用台盼蓝和MTT测定比较细胞活力。通过荧光素探针CM-H2DCFDA检测细胞内ROS的产生。通过蛋白质印迹分析过氧化氢酶和Prdx3的表达水平。台盼蓝染色显示蓝光比无光或白光导致更多的细胞死亡。MTT分析支持这样的假设,即暴露于蓝光比无光或白光更严重地损害RPE细胞。在蓝光下,使用S-BF镜片比UVF镜片多阻挡17%的蓝光,导致更高的细胞活力。蓝光和白光都显着增加了ROS的产生。S-BF晶状体保护细胞,导致较低水平的ROS和较高的过氧化氢酶和Prdx3表达。总而言之,蓝光LED光照射会对RPE细胞产生显着的细胞毒性。S-BF镜片对蓝光的部分阻挡导致对视网膜光毒性的保护作用,这是通过减少ROS和增加抗氧化酶水平来介导的。


蓝光也称为高能可见光,其波长范围为400至500nm。它存在于室外的太阳和室内的许多人造光源,包括发光二极管灯、紧凑型荧光灯管和其他数字设备,例如计算机屏幕、平板电脑和智能手机。与白炽灯相比,这些新型人造光源,尤其是LED,发出的蓝光比例要高得多,这引发了人们对曝光限制的担忧。通常,紧凑型荧光灯管发出25%的蓝光,至少35%的冷白光LED和大约3%的白炽灯。


周期性光照,特别是蓝光和紫外线辐射,会引起视网膜的光毒性和氧化损伤,这可能导致眼部过早老化和视网膜变性,特别是年龄相关性黄斑变性。晶状体通常保护视网膜免受紫外线和蓝光的光毒性影响,但在老化过程中,晶状体逐渐变得更加不透明和淡黄色,导致在300到500范围内的光吸收增加纳米。事实上,具有仅阻挡紫外线的透明人工晶状体的人工晶状体眼,会增加AMD发展和进展的风险。


许多研究调查了蓝色和紫外线过滤器对视网膜的保护作用。众所周知,视网膜急性暴露于强光会增加体外和体内的细胞衰老和死亡。最近的研究表明,家用照明水平的LED也会引起视网膜损伤。在体外和动物模型中,蓝色滤光片的使用在保护视网膜免受氧化应激方面显示出有希望的效果。然而,使用防蓝光人工晶状体的人类数据仍然没有定论。这可能归因于视网膜变性的复杂发病机制和个体的各种终生光照。尽管缺乏可靠的临床证据,但理论和实验证据表明,蓝光暴露会导致视网膜损伤,并可能在AMD的发病机制中发挥作用。因此,提倡早期或无症状AMD患者考虑使用黄色人工晶状体进行白内障手术,以尽量减少进展。


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比较正规的买球软件建议使用有色或滤光镜片作为护目镜的一种形式,以防止明亮的阳光或高能可见光对眼睛造成伤害或引起不适。最常推荐的镜片是紫外线过滤器,它可以保护眼睛免受紫外线辐射,紫外线辐射会导致光角膜炎、雪盲症、白内障、翼状胬肉和视网膜变性。由于近年来电子设备屏幕时间的大幅增加,人们越来越意识到保护眼睛免受高能可见蓝光的必要性。在保护方面,黄色眼镜片理论上效果最好,因为它们几乎可以过滤所有进入眼睛的蓝光。然而,蓝色滤光片在对颜色辨别产生负面影响方面具有潜在的缺点。


近年来,提倡使用选择性滤蓝镜片,选择性滤除蓝紫色高能光和紫外光,以保护眼睛。这些镜片保持出色的透明度并允许足够的有益蓝光通过,因此与使用蓝色滤光片相比,视觉功能不会受到干扰。迄今为止,使用这些镜片来保护或延缓眼睛退化的支持性证据是有限的。本研究旨在比较原代培养的猪视网膜色素上皮细胞在不同光照条件下的活力,并评估两种晶状体S-BF和UVF晶状体对原代培养的RPE细胞抗光照射的保护作用。据推测,短波长光会增加RPE细胞中的氧化应激,并且通过部分阻断蓝光,使用S-BF镜片将提供对视网膜光毒性的保护作用,这可能有助于预防发育和AMD的进展。


据我们所知,本研究首次证明了市售S-BF眼科镜片对原代培养的猪RPE细胞的保护作用,该镜片部分阻挡了短波长可见光,特别是蓝色LED光辐照度。该研究表明,与白光LED光相比,体外暴露于蓝光LED光对猪原代RPE细胞的损伤更严重。LED光诱导的细胞损伤与ROS的快速增加有关。在蓝光LED光的照射下,与UVF透镜相比,S-BF透镜显着减少了ROS的形成,增加了抗氧化酶的可用性,并保持了原代RPE细胞的细胞活力。


为了了解它们对RPE细胞的影响并评估S-BF和UVF透镜的有效性,本研究使用LED作为光源。国内的白光LED灯通常是通过将蓝色LED与黄色荧光粉涂层相结合来生产的,从而产生白光感。这解释了当前研究中使用的白色和蓝色LED灯的峰值波长的相似性,尽管后者的光谱辐射更大。在照射后,RPE细胞显示出导致细胞损失的ROS水平激增,在蓝色LED光辐照下比在白色LED光辐照下相对更大。事实上,RPE细胞对光毒性的敏感性之前已经报道过,使用体外细胞培养和体内动物模型。在RPE细胞的选择、辐照光源及其波长、强度和暴露持续时间方面,不同研究的细胞培养模型有所不同。一些人使用人原代RPE细胞和人RPE细胞系ARPE19,其他人则从兔、啮齿动物或猪中获得细胞来源,带有或没有脂褐质积累。应用的光源是卤钨,汞,汞-氙,紫外线,荧光,或LED灯,波长范围从较短到较长波长。值得注意的是,蓝色或白色光辐照对RPE细胞造成细胞损伤,当细胞暴露于强烈的短暂的光照或长时间的中等光照。更重要的是,发现视网膜和RPE对蓝光损伤更加敏感。我们的研究结果与其他细胞培养研究一致,因为无论光源如何,较短波长的辐射都会比较长波长的光引起更大的RPE细胞损伤。


在脂褐质存在的情况下,RPE细胞甚至更容易受到光毒性的影响。此外,在缺乏A2E发色团的RPE细胞中也报道了这种细胞损伤。在目前的研究中,在光照射后,未插入镜片的RPE细胞显示出明显的损伤。我们已经表明光照射后ROS的产生增加,这得到了其他研究的支持。除了增加的氧化应激水平外,先前的研究报告说,在强光照射下,RPE细胞会出现线粒体和DNA损伤,改变血管生成细胞因子的表达,损坏紧密连接结构、炎症细胞因子的上调和促凋亡蛋白,最终导致凋亡细胞死亡。这种RPE细胞损伤的累积被认为是诱发AMD的早期事件。


随后,本研究调查了S-BF和UVF镜片在蓝光LED光辐照后对RPE细胞的保护作用。虽然两种镜片都将光的透射率降低到500nm以下,但S-BF镜片将光透射率降低了近30%,而UVF镜片降低了15%,因此即使两种类型的镜片都能够显着降低ROS的产生,S-BF透镜在提高细胞活力方面更有效。视网膜对抗ROS的细胞防御机制通常会随着年龄的增长而下降.高度氧化的视网膜外层,特别是RPE和感光细胞,被认为最容易受到光化学损伤。S-BF镜片的有益作用可能有助于通过减少可能参与RPE疾病发展的细胞应激反应来预防或减轻眼部退化。我们的研究结果得到了S-BF镜片处理的RPE细胞中抗氧化酶水平增加的证实,并有助于解释两种镜片类型之间观察到的保护作用的差异。


以前的细胞培养研究报告了使用不同类型的蓝色阻挡IOL或具有不同透光率水平的滤光片对RPE光毒性的保护作用。Sparrow和Zhou报告说,在脂褐质积累的RPE细胞受到蓝光或白光照射20分钟后,黄色IOL可防止约80%的细胞损伤。其他非着色IOL类型的短或宽带光透射率降低不到10%,只能分别抑制10-20%和20-40%的细胞死亡。Rezai和同事还表明,在对非脂褐质RPE细胞进行慢性蓝光照射10天后,黄色IOL可将细胞损伤率降低约50%。后来,Zhou和Sparrow于2011年应用在聚碳酸酯镜片中混合不同浓度的苝染料制备的蓝色滤光眼科镜片,以研究负载脂褐质的RPE细胞20分钟对蓝光辐照的保护作用。结果显示,当色素浓度分别从3.8、7.5和35ppm增加时,使用MTT测定的细胞活力的分级保存为18%、30%和47%。


当RPE细胞暴露于12小时的明暗循环3天时,使用LED光源证明了由短波长蓝光随后是白光和绿光引起的最大光损伤。他们随后的研究还表明,使用蓝色滤光片可将蓝色LED光的辐照度水平从5.11mW/cm2降低到1.15mW/cm2,并将细胞活力提高30%。有趣的是,很少有研究比较蓝色滤光片和UVFIOL对光损伤的保护作用。结果表明,蓝色滤光片IOL通过显着抑制血管内皮生长因子的上调,增加色素上皮衍生因子和游离谷胱甘肽的水平,提供比UVFIOL更好的保护,减少ROS生成,上调抗凋亡蛋白和下调促凋亡蛋白表达。总体而言,研究表明,完全阻挡蓝光可以显着抑制细胞死亡。尽管在本研究中仅应用了选择性阻塞导致蓝光透射率降低30%,但研究结果表明,通过使用S-BF眼科镜片设计可显着减少细胞损伤,其在预防方面优于UVF镜片RPE的光损伤。


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近年来,LED越来越多地用于家庭照明和其他常用电子设备中。众所周知,LED灯会发出更高水平的蓝光,这可能会对健康构成威胁,包括视网膜损伤。蓝光暴露增加,尤其是在深夜或夜间,可能会影响昼夜节律,进而扰乱褪黑激素分泌、睡眠-觉醒周期和精神警觉性。蓝色滤光片的应用可以减少视网膜细胞的光损伤。然而,这并非没有任何缺点。使用全蓝色遮光镜片可能会改变颜色感知、降低暗视视力,并且还会通过阻断ipRGC输入到视交叉上核的光谱波长来扰乱生物钟调节器。因此,应谨慎选择蓝光的透射率,以免对视网膜健康的益处超过个人的整体健康。这样,具有70%透光率的S-BF透镜可以减少蓝光引起的光损伤的影响,而不会显着改变昼夜节律。尽管如此,仍然需要研究S-BF透镜对生物钟的影响。


在本研究中,该方法存在一些不足之处。在我们的实验中,RPE细胞从培养板下方照射,这意味着光的方向是从基底外侧到顶端。这不是光线进入我们眼睛时的自然方向。这可能不会对我们结果的解释产生太大影响,因为无论光源是从培养板上方还是下方放置,都可以观察到LED照射下ROS产生和细胞死亡的增加。然而,在设计未来的实验时考虑到这一点会更理想。此外,具有纯黑色上部结构的透明底部成像板可用于减少不同孔中光强度的变化。如果将处理过的细胞照射到不同波长的光下,将黑暗中的对照细胞培养在同一个孔板中,这也将更理想。此外,据报道,RPE细胞可能会从光诱导的压力中恢复。因此,可以结合明暗循环而不是连续曝光。此外,据报道,核黄素等光敏剂的存在会影响光依赖性ROS的产生。如果检查由光照引起的培养基变化会更好。最后,在现实生活中,光诱导的视网膜损伤通常是一种慢性累积性损伤。然而,我们目前研究的模型是家庭照明水平下的急性光毒性损伤模型。这可以解释为什么我们的一些结果很重要但相当微妙,例如台盼蓝分析和S-BF和UVF镜片之间ROS产生的差异。如我们的结果所示,原代RPE细胞在重复传代后失去了表型。这限制了我们研究慢性损伤的实验装置。为了研究慢性效应,应使用或建立可以长期维持其表型的原代RPE细胞系。


证明蓝色LED光对RPE细胞具有显着的细胞毒性,并且S-BF透镜的使用对光照射后的细胞存活产生了保护作用,这是通过减少ROS和增加的水平介导的。抗氧化酶。




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