The effect of low-level helium-neon (HeNe) laser radiation on the secretion of cytokines that promote chronic graft rejection – An in vitro study

IntroductionBasically chronic graft rejection is a type-IV hypersensitivity process, also known as delayed-type hypersensitivity (DTH). The role of cytokines secreted from T-cell lymphocytes is known in this process. Among these cytokines, the biggest role belongs to the transforming growth factor beta (TGF-β) and interleukin-2 (IL-2). Many studies have been published on the effect of low level lasers (LLL) on DTH, but not many have focused on the mechanism of LLL effects on DTH, which is also the mechanism of chronic graft rejection. If LLL are able to decrease the level of cytokines effectively in this process, then it would be possible to use it to prevent chronic graft rejection, either alone or combined with routine treatments, to give fewer treatment side effects. This study was designed to evaluate the effect of LLL on the amount of cytokines secreted by T-cells after stimulation in vitro by foreign antigens.Method and materialsHuman peripheral blood mononuclear cells were cultured and the cells were divided into 4 groups (control #1, control #2, case #1, and case #2). Control group #1 was the base group and the cells received neither stimulation nor irradiation. Control group #2 was only stimulated by phytohaemagglutinin (PHA); no laser irradiation was carried out. Case group #1 received daily laser irradiation for a total of 9 days, starting one day prior to stimulation with PHA. Case group #2 was given daily laser irradiation for a total of 7 days, starting one day after the stimulation with PHA. Both case groups were irradiated with the same helium-neon (HeNe) laser device (parameters: 632.8 nm, 4 J/cm2). On days 3, 5 and 8 of the experiment, the level of the cytokines interleukins IL-2 and IL-12, TGF-β and interferon gamma (INT-γ) were checked by the ELISA method in all the groups and the data were analyzed using SPSS 11.5.ResultsOur results showed that low-level irradiation can decrease the level of cytokines that are known to be stimulators for chronic graft rejection (IL-2, IL-12, TGF-β and INF-γ). However, we did not find any significant differences between our two case groups.DiscussionAlthough this study suggests the successful role of LLL in preventing chronic graft rejection by affecting the cytokines known to have significant role in this process, further experimental studies and dosage determination experiments are required before using LLL in clinical treatment procedures.

ZusammenfassungEinführungBei der chronischen Abstoßung von Transplantaten handelt es sich im wesentlichen um eine Typ-4-Überempfindlichkeitsreaktion, auch bekannt als verzögerte Überempfindlichkeit (DTH=delayed-type hypersensitivity). Es ist bekannt, dass dabei die Zytokinproduktion der T-Zellen eine wichtige Rolle spielt. Zu den wichtigsten Zytokinen gehören der transformierende Wachstumsfaktor (TGF-β=transforming growth factor beta) und Interleukin 2 (IL-2).Viele bereits publizierte Studien haben zwar den Effekt von Low-Level-Laserstrahlung auf die DTH untersucht, jedoch sind die dabei wirkenden Mechanismen, die auch der chronischen Abstoßung zugrunde liegen, nur selten betrachtet worden. Wenn es gelingen könnte, mit einer Low-Level-Lasertherapie die Zytokinproduktion effektiv zu verringern, so könnte diese Therapie entweder allein oder in Kombination mit anderen herkömmlichen Therapien eingesetzt werden, um chronische Transplantat-Abstoßungen zu vermeiden.Ziel der vorliegenden In-vitro-Studie war es daher, zu untersuchen, in welchem Maße die Bestrahlung mit einem Low-Level-Laser die Zytokinproduktion der T-Zellen nach Stimulation mit einem Fremdantigen beeinflusst.Material und MethodenHumane mononukleäre Zellen des peripheren Blutes (PBMC) wurden mit den üblichen Standardmethoden kultiviert und in vier Gruppen (2 Kontrollgruppen, 2 Versuchsgruppen) untersucht. Die Zellen der Kontrollgruppe 1 wurden weder stimuliert noch bestrahlt. Die Zellen der Kontrollgruppe 2 wurden täglich mit Phytohämagglutinin (PHA) stimuliert, jedoch nicht laserbestrahlt. Proben der Versuchsgruppen 1 und 2 wurden täglich mit einem HeNe-Laser (konstante Laserparameter: 632.8 nm, 4 J/cm2) bestrahlt und mit PHA stimuliert, wobei mit der Bestrahlung entweder einen Tag vor Beginn der PHA-Stimulation (Versuchsgruppe 1) oder einen Tag nach Beginn der PHA-Stimulation (Versuchsgruppe 2) gestartet wurde. Am 3., 5. und 8. Tag des Experimentes wurde in allen Untersuchungsgruppen der Zytokingehalt von Interleukin 2 und 12 (IL-2, IL-12), TGF-β und Gamma-Interferon (INT-γ) mittels ELISA-Methode bestimmt. Die statistische Auswertung erfolgte mit Hilfe von SPSS 11.5.ErgebnisseMit der durchgeführten Low-Level-Laserbestrahlung konnte in vitro die Produktion der Zytokine IL-2, IL-12, TGF-β und INF-γ, von denen bekannt ist, dass sie chronische Abstoßungsreaktionen fördern, verringert werden. Jedoch wurden keine signifikanten Unterschiede zwischen den beiden Versuchsgruppen gefunden.DiskussionDie vorgestellte Studie unterstützt die Annahme, dass mit einer Low-Level-Lasertherapie möglicherweise eine chronische Transplantat-Abstoßung vermieden werden kann. Es sind allerdings weitere Studien, insbesondere zur Laserdosimetrie nötig, bevor diese Therapieform in die klinische Praxis überführt werden kann.