PHOTOBIOMODULATION: FROM CLINICAL RESULTS TO PARAMETER SETTING . Dr Luc Benichou
Samedi 9 mars 2013, 9H du matin.
Dans l’un des salons de l’Hôtel Metropole à Bruxelles, devant une soixantaine de consœurs et confrères passionnés, Michele Pelletier, Présidente de la LED Academy, s’apprête à donner la parole au Professeur Tiina Karu. Pionnière, s’il en est, cette biologiste et biophysicienne russe a consacré 30 années de sa vie à faire avancer le concept de photobiomodulation. Un travail rigoureux en biologie cellulaire et moléculaire, 3 ouvrages essentiels et de très nombreuses publications, ont fait de cette chercheuse une scientifique de renommée mondiale. C’est elle qui, vingt cinq ans plus tôt, a mis le doigt sur le mécanisme central de la photobiologie, la stimulation par la lumière, d’une enzyme clé de la chaîne respiratoire cellulaire.
C’est donc un grand honneur de l’accueillir, probablement un moment d’émotion pour Michele Pelletier, car elle n’est pas sans ignorer que 102 ans plus tôt, en 1911, dans ce même hôtel Métropole, dans le salon voisin, le salon Solvay, des hommes et une femme se sont réunis pour mettre en lumière… la nature de la lumière et jeter les bases de ce qui va être le chapitre peut-être le plus bouleversant de l’histoire de la Science : La physique quantique
En préambule, je vous en livre l’archive…et son commentaire...
Samedi 9 mars 2013, 9H du matin.
Dans l’un des salons de l’Hôtel Metropole à Bruxelles, devant une soixantaine de consœurs et confrères passionnés, Michele Pelletier, Présidente de la LED Academy, s’apprête à donner la parole au Professeur Tiina Karu. Pionnière, s’il en est, cette biologiste et biophysicienne russe a consacré 30 années de sa vie à faire avancer le concept de photobiomodulation. Un travail rigoureux en biologie cellulaire et moléculaire, 3 ouvrages essentiels et de très nombreuses publications, ont fait de cette chercheuse une scientifique de renommée mondiale. C’est elle qui, vingt cinq ans plus tôt, a mis le doigt sur le mécanisme central de la photobiologie, la stimulation par la lumière, d’une enzyme clé de la chaîne respiratoire cellulaire.
C’est donc un grand honneur de l’accueillir, probablement un moment d’émotion pour Michele Pelletier, car elle n’est pas sans ignorer que 102 ans plus tôt, en 1911, dans ce même hôtel Métropole, dans le salon voisin, le salon Solvay, des hommes et une femme se sont réunis pour mettre en lumière… la nature de la lumière et jeter les bases de ce qui va être le chapitre peut-être le plus bouleversant de l’histoire de la Science : La physique quantique
En préambule, je vous en livre l’archive…et son commentaire.
Le premier Conseil de Physique Solvay, qui se tient à Bruxelles, à l’hôtel Metropole, du lundi 30 octobre au vendredi 3 novembre en 1911, a pris dans l'histoire de la physique une dimension mythique. Sur les 23 membres invités au Conseil, seuls quatre ou cinq ont été mis au courant du projet. Les autres ont toutes les raisons d’être surpris par la démarche… Pourquoi la physique était-elle en crise ?… Comment le Conseil avait-il été conçu ?… Pourquoi à Bruxelles, alors qu’il n’y avait aucun belge de renom parmi les membres invités ?…
Le Conseil apparaît rétrospectivement comme une des plus brillantes assemblées que l'on puisse réunir (onze participants sur dix-huit effectifs sont ou seront distingués par un prix Nobel). L'énumération des noms, particulièrement a posteriori, crée la légende : Marie Curie, Albert Einstein, Ernest Rutherford, Hendrik-Antoon Lorentz, Henri Poincaré, Jean Perrin, Paul Langevin, Max Planck... L’ambiance qui y règne fait aussi partie de la légende : Einstein plaisanta dans une lettre à un ami, en parlant d’un « Sabbat de sorcières » et de débats qui auraient fait les délices « de Jésuites diaboliques ».
L’exposé de Tiina Karu
Past, Present and Future of LLLT in Medical Sciences: Cellular Mechanisms Behind the Clinical Findings
T.I. Karu
Institute of Laser and Information Technologies of Russian Acad. Sci., Troitsk, Moscow Region, Russian Federation
Après nous avoir rappelé le mécanisme fondamental de Photobiomodulation, c’est à dire l’amélioration du métabolisme cellulaire par l’exposition à des sources lumineuses de basse intensité, Tiina Karu nous en a proposée et commentée les grands principes :
Il s’agit de réactions photochimiques liées aux caractéristiques individuelles du photon.
Ces réactions dépendent des conditions métaboliques de la cellule irradiée.
Les effets métaboliques concernent toutes les cellules, mais ils expriment leur diversité. Ils sont donc très variés.
Par ailleurs, les effets se produisent aussi bien pour des sources de lumière continues ou pulsées (de 2Hz à 30,000Hz) mais les différences entre ces modes n’ont pas encore été suffisamment étudiées. Concernant les sources pulsées il faut additionner la durée de toutes les pulsations actives pour obtenir le temps d’exposition total, il faut également tenir compte des « silences », ils peuvent jouer un rôle important qui reste à élucider.
D’autre part, les effets ne dépendent pas de la cohérence ou de la non cohérence de la lumière. Que la source soit une LED ou une diode laser cela ne change rien. Ce qui est essentiel c’est la longueur d’onde ou plus précisément la bande de longueur d’ondes émises.
Enfin, si des effets positifs ont été depuis longtemps mis en évidence sur la cicatrisation et sur la douleur, de nouveaux et très nombreux champs d’action s’ouvrent aux expérimentateurs :
· La réparation des lésions touchant le système nerveux périphérique
· La réparation des cicatrices
· Le maintien d’une perfusion vasculaire dans le post-infarctus
· L’amélioration des déficits liés aux AVC
· La stimulation de l’angiogenèse au niveau du myocarde
· La diminution de la resténose après pose d’un stent
· La diminution des risques hypoxiques liés lors de la reperfusion post cardioplégie
· L’amélioration des conditions d’un greffon cardiaque en pré-implantatoire
· L’activation et la stimulation des divisions de cellules souches (cardiaques, osseuses, hématopoïétiques)
· La stimulation de la fertilité du sperme
· La prévention et le traitement des lésions provoquées par la chimio ou la radiothérapie.
· La diminution des effets toxiques des neuro et rétinotoxines
· L’amélioration des interactions entre l’os et les matériaux implantés
· La prévention de l’apoptose de cellules maintenues dans des milieux insuffisamment nutritifs
· Le renforcement de l’immunité chez des personnes exposées à l’absence de gravité (stations spatiales) ou à l’isolement prolongé (sous-marins)
· L’irradiation du sang par voie intraveineuse ou transcutanée dans des situations d’atteintes métaboliques (septicémie, insuffisance respiratoire, diabète, ischémie myocardique ou cérébrale…)
· L’Anti-Aging…
Dans la suite de son exposé Tiina Karu est revenue sur les mécanismes de la photobiomodulation.
Elle en a souligné les effets photobiologiques directs, c’est à dire ceux produits par les photons sur une cible biochimique et les effets photobiologiques indirects liés à l’activation de messagers cellulaires secondaires, pouvant agir à leur tour sur d’autres mécanismes biologiques et sur d’autres populations cellulaires.
Le travail de Tiina Karu concernant les effets photobiologiques directs est considérable. C’est elle qui a identifié la cible première et centrale des photons, cette protéine essentielle de la chaîne respiratoire, la cytochrome C oxydase.
Cette protéine possède un site actif très particulier car il contient des atomes de Fer et surtout de Cuivre.
Ce site est le photo-accepteur sur lequel les photons vont agir préférentiellement dans le domaine de longueurs d’ondes qui s’étend du rouge au proche-infrarouge. Mais, comment ces photons agissent-ils ?
Ils modifient les potentiels d’oxydo-réduction (Redox) qui règnent dans la cellule, avec pour conséquence immédiate, l’accélération des transferts d’électrons.
Là est, selon elle, le versant le plus déterminant du mécanisme photobiologique.
Elle a montré comment elle a mis en évidence cette accélération et comment elle a ainsi isolé le rôle du radical NO dans ce processus. En effet, NO a tendance a se fixer sur le site actif de la cytochrome oxydase en y délogeant l’oxygène. La conséquence en est un ralentissement de l’activité enzymatique et donc du transfert d’électrons. C’est en délogeant NO de ce site que les photons vont modifier le potentiel redox, élever le pH cellulaire et réactiver l’enzyme.
Par ailleurs, la cytochrome C oxydase possède une structure de type porphyrine, contenant un atome de Fer, l’heme A. Ce cofacteur transporteur d’oxygène joue un rôle dans le transport d’électrons à travers une réaction dépendant de la présence de Zinc (Zn).
Enfin, ces mécanismes primaires s’accompagnent d’une production de radicaux libres (ROS) et de modifications biochimiques secondaires liées à l’élévation transitoire de température des chromophores concernés par l’irradiation photonique.
Tiina Karu a cependant insisté sur le rôle de l’état métabolique cellulaire.
Pour simplifier, la photobiomodulation se déclenche essentiellement si la cellule est en état de souffrance, liée à l’hypoxie, à l’inflammation, ou à d’autres facteurs.
C’est ensuite que démarrent les effets photobiologiques indirects.
Très importants, ils sont liés à une intense signalisation intra et extracellulaire.
On retiendra, pour l’essentiel, la production accrue d’ATP, l’activation des facteurs de transcription AP-1 et NF-kB et l’activation directe du génome.
En 2003, déjà, une analyse fine des cDNA, révélaient qu’une irradiation cellulaire dans le rouge (630nm) activait 11 gènes sur 9982 étudiés.
Il ne restait plus à Tiina Karu qu’à conclure cette communication marquée par des perspectives thérapeutiques considérables.
Elle est une grande scientifique, elle le fit ainsi avec la plus grande modestie. En soulignant l’importance considérable de ce qui reste à découvrir !
Merci Professeur Karu.
Luc Benichou MD
communication scientifique
