Influence of wavelength, power density and exposure time of laser radiation on chondrocyte cultures – An in-vitro investigation

The influence of laser radiation on human osteoarthrotically changed chondrocytes was investigated using various wavelengths, power density and dependence on the exposure time in order to confirm the positive results obtained in an animal experiment. It was manifested that, if there was a specific parameter constellation (2 W; 16 W/cm2; 60 s; 120 J), an enhanced matrix synthesis (cartilage material from 36 patients) could be achieved. The proof succeeded by applying the radioisotope marking method (3H-proline).Interestingly enough it turned out that the application of too high a power density but constant energy density resulted in a reduced matrix synthesis rate (reduction of 28%). In this study, it was demonstrated for the first time that laser radiation may have a positive influence on human cartilage thus contributing to future in-vivo application.

ZusammenfassungUntersucht wurde der Einfluss von Laserstrahlung verschiedener Wellenlänge, Leistungsdichte und die Abhängigkeit der Einwirkzeit auf humane, osteoarthrotisch veränderte Chondrozyten. Ziel war es, die im Tierexperiment gezeigten positiven Ergebnisse zu bestätigen. Es konnte dargelegt werden, dass bei Vorliegen einer bestimmten Parameterkonstellation (2 W; 16 W/cm2; 60 s; 120 J) bei einem Nd:YAG-Laser eine gesteigerte Matrixsynthese (Knorpelmaterial von 36 Patienten) erzielt wurde. Der Nachweis gelang mit der Methode der Radioisotopenmarkierung (3H-Prolin).Interessant war die Beobachtung, dass bei zu hoher Leistungsdichte, aber gleich bleibender Energiedichte eine verminderte Matrixsyntheserate (ca. 28%) resultiert.In dieser Arbeit wurde erstmals der mögliche positive Einfluss von Laserstrahlung auf humanen Knorpel bewiesen. Damit könnte eine erste Voraussetzung für die In-vivo-Anwendung gegeben sein.

ResúmenSe estudió la influencia de la radiación láser en condrocitos humanos osteoartríticos usando diferentes longitudes de onda, densidades de potencia y tiempos de exposición, con el fin de confirmar los resultados positivos obtenidos en experimentos con animales. Se observó que utilizando un conjunto determinado de parámetros (2 W; 16 W/cm2; 60 s; 120 J) se obtiene un aumento en la síntesis de la matriz (material de cartílago proveniente de 36 pacientes). El éxito de la prueba se alcanzó aplicando el método de marcaje con radioisótopo (3H-prolina).Resultó interesante que, utilizando una densidad de potencia muy alta, pero una densidad de energía constante, se produjo una reducción de la tasa (28%) de síntesis de la matriz. En este trabajo se ha demostrado por primera vez que la radiación láser tendría una influencia positiva sobre el cartílago humano, pudiendo contribuir a futuras aplicaciones in vivo.