La luz roja activa el metabolismo celular para hacer más rápido y eficiente el proceso de cicatrización

Dado que las terapias a base de luz tienen la capacidad de acelerar los procesos llevados a cabo en el interior de las células, un equipo multidisciplinario de la BUAP y del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) utiliza luz de baja potencia para mejorar el proceso de cicatrización de heridas en un modelo murino.

Los investigadores de la BUAP utilizaron luz roja, verde y azul para irradiar lesiones quirúrgicas en el dorso de un modelo animal y comparar sus efectos en la proliferación y diferenciación celular. A este tratamiento se le conoce como fototerapia o fotobioestimulación. De esta manera, observaron que la luz roja hace más rápido y eficiente el proceso de cicatrización de tejido; es decir, mejora la vascularización y arreglo de las células. Además, el tejido regenerado tiene una estructura similar al original, sin abultamientos y exceso de síntesis de colágeno.

Una herida aguda en modelo animal sana en aproximadamente 15 días, tiempo que es reducido hasta cinco días al utilizar la fotobioestimulación. Lo anterior, fue posible porque la luz participa en las dos primeras etapas de la cicatrización, conocidas como hemostasia y fase proliferativa. La primera consiste en la formación de un coágulo para tapar los vasos sanguíneos. En la segunda ocurre la señalización de células del sistema inmune (neutrófilos y macrófagos) para evitar infección; así como la proliferación de los fibroblastos, células que rellenarán el espacio de la lesión.

En otro experimento, tres diferentes fotosensibilizadores fueron utilizados en el tratamiento de heridas. Un fotosensibilizador es un colorante que se activa en presencia de luz, el cual fue administrado tópicamente sobre la herida para ser absorbido por el tejido. Posteriormente, fue expuesto a la luz a una determinada longitud de onda para producir especies reactivas de oxígeno que pueden inducir señalización celular. Al proceso que involucra un fotosensibilizador y luz se le conoce como terapia fotodinámica.

Generalmente, la terapia fotodinámica es utilizada en el tratamiento de ciertos tipos de cáncer y de infecciones virales, bacterianas y fúngicas. En cambio, los científicos de la BUAP son pioneros en emplear esta técnica en el área de regeneración de tejidos, debido a que las especies reactivas de oxígeno a bajas concentraciones están implicadas en la señalización celular, sobre todo en procesos claves como la proliferación y la diferenciación celular.

Los responsables del proyecto son los doctores Wendy A. García Suastegui y Juan Pablo Padilla Martínez, investigadores adscritos al Instituto de Ciencias (ICUAP). Esta investigación involucra a físicos, ópticos, biólogos y químico farmacobiólogos de la Máxima Casa de Estudios en Puebla y del INAOE. La contribución científica de esta última institución es el desarrollo y fabricación de dispositivos basados en LEDs (diodos emisores de luz) a longitudes de onda específicas.

Derivado de este esfuerzo se generaron cuatro tesis de licenciatura y una de maestría. Asimismo, el trabajo se presentó en distintos foros académicos como el Congreso Nacional de Tecnología Aplicada a Ciencias de la Salud, en el que obtuvo el segundo en 2018 y el tercer lugar en 2019. Igualmente, en 2019 logró el primer lugar en el XIII Congreso Internacional de la Asociación Mexicana para el Cuidado Integral y Cicatrización de Heridas A.C.}

Fase experimental

Para la realización de las pruebas, los investigadores utilizan un modelo animal murino semialopécico (sin pelo y cuya piel se asemeja a la humana), al que inducen una herida quirúrgica circular de un centímetro de diámetro para eliminar la capa superficial y profunda de la piel (epidermis y dermis). Posteriormente, irradian la herida con luz a una determinada longitud de onda (color) por alrededor de cinco minutos, para provocar un estímulo en el tejido. Tanto la fotobioestimulación como la terapia fotodinámica, fueron aplicadas en el día de la lesión y a los dos días posteriores, informa el doctor Juan Pablo Padilla Martínez.

“La luz puede activar procesos metabólicos, como la respiración celular sintetizando una mayor cantidad de energía en forma de ATP. Este aumento en la cantidad de energía de la célula favorece la proliferación y diferenciación celular, los cuales son de suma importancia en la cicatrización”, detalla la doctora Wendy García Suastegui, del Departamento de Biología y Toxicología de la Reproducción del ICUAP.

Para observar la regeneración del tejido se tuvo un grupo control sin tratamiento y tres grupos tratados con distintas longitudes de onda: luz roja, verde y azul. “Hicimos un análisis histológico del proceso de cicatrización tomando biopsias de las heridas en días clave posteriores a la lesión”.

García Suastegui, integrante del Cuerpo Académico 90 “Biología y Toxicología de la Reproducción”, destaca que los animales tratados específicamente con luz roja tuvieron un proceso de cicatrización más rápido y eficiente. “Observamos mayor diferenciación y que la matriz extracelular tenía una estructura más compleja y con componentes más diversos; es decir, mejor vascularización y organización de las células”.

La luz activa las moléculas de las células

El doctor Juan Pablo Padilla Martínez, adscrito al Centro de Investigación en Fisicoquímica de Materiales del ICUAP, indica que la luz roja tiene una longitud de onda de 633 nanómetros, la luz verde de 532 y la luz azul de 470 nanómetros. Dependiendo de la longitud de onda, la luz penetra el tejido a cierta profundidad. “Entre más corta sea la longitud de onda, la luz tiene menor profundidad de penetración, y viceversa, entre más grande sea la longitud de onda, la luz tiene mayor profundidad de penetración”.

Debido a lo anterior, la luz roja e infrarroja son las longitudes de onda más empleadas en la terapia fotodinámica y la fotobioestimulación, ya que pueden activar fotosensibilizadores o moléculas fotorreceptoras ubicadas a una mayor profundidad dentro del tejido.

Las condiciones óptimas de densidad de energía (cantidad de energía óptica suministrada a la herida, en una cierta área por un determinado tiempo) y de concentración del fotosensibilizador fueron seleccionados a partir de una prueba piloto, señala Padilla Martínez, miembro del Cuerpo Académico 91 “Fisicoquímica de Materiales”.

Cada molécula celular tiene la capacidad de responder a un estímulo luminoso diferente. La diferencia radica en la longitud de onda utilizada para activar distintas moléculas fotorreceptoras o estructuras celulares. “De acuerdo a la literatura, la luz roja activa el complejo 5 (ATP sintetasa) de la cadena respiratoria mitocondrial; los complejos 3 y 4 absorben en el espectro de la luz verde; mientras los complejos 1 y 2 absorben en el espectro azul”, explica la doctora Wendy García Suastegui.

Los académicos del ICUAP están convencidos de que la luz puede emplearse para desarrollar técnicas novedosas y de bajo costo en el tratamiento de heridas, quemaduras o úlceras crónicas, padecimientos que afligen a una gran cantidad de pacientes en los hospitales.