Kan licht een wond sneller laten genezen? Pijn verlichten? Verlies van gezichtsvermogen voorkomen? Hoewel tientallen studies aantonen dat het kan, inclusief uitgebreid onderzoek gefinancierd door NASA, heeft het toenemende bewijs niet altijd de aandacht getrokken die men zou verwachten bij zo'n opvallende ontdekking. Dit kan komen omdat de wetenschap erachter niet goed begrepen wordt.
Bijvoorbeeld, hoewel een Deense arts in 1903 een Nobelprijs kreeg voor zijn ontdekking dat blootstelling aan geconcentreerd rood licht de genezing van zweren versnelde, bleef hij terughoudend om het in de praktijk te brengen zonder te begrijpen waarom het werkte. Een groter obstakel voor acceptatie is waarschijnlijk dat het gewoon ongeloofwaardig klinkt.
In een artikel uit 1989 over de gezondheidsvoordelen van laserlicht met een laag vermogen merkte biofysica Tiina Karu op dat de behandeling "zeer ongelooflijk en zelfs mysterieus" leek. Wat meer is, schreef ze, de effectiviteit tegen veel verschillende kwalen maakte de twijfel alleen maar groter door de schijn te wekken van een spreekwoordelijk slangenolie wondermiddel. Karu veronderstelde dat rood licht veel kwalen behandelde omdat het de algemene celfunctie verbeterde door het stimuleren van de mitochondriën die de stofwisseling in dierlijke cellen aansturen. Dit zou de celproductie versnellen en de oxidatieve stress verlichten, een factor die ontstekingen en verouderingsverschijnselen veroorzaakt en uiteindelijk bijdraagt aan diabetes, kanker, neurodegeneratieve ziekten en andere ziekten.
Tegenwoordig denkt men dat rode en infrarode golflengten worden geabsorbeerd door cytochroom C oxidase, een sleutelenzym in de celstofwisseling, en waarschijnlijk door andere lichtgevoelige chemicaliën, waardoor een cascade van effecten in de cel op gang komt. Karu en anderen begonnen te vermoeden dat "uniform" laserlicht waarschijnlijk niet nodig was om heilzame effecten te bewerkstelligen, maar het was de NASA die deze vraag uiteindelijk beantwoordde nadat de ruimtevaartorganisatie er bij toeval op stuitte.
LED's voor planten, dan voor mensen
Eind jaren tachtig werkte ingenieur Ron Ignatius bij een bedrijf dat samenwerkte met het Wisconsin Center for Space Automation and Robotics (WCSAR), dat gefinancierd werd door NASA's Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama. Toen de LED-technologie (light-emitting diode) op de commerciële markt kwam, werkte Ignatius samen met WCSAR om deze nieuwe verlichting voor het kweken van planten in de ruimte te bestuderen. In 1989 richtte Ignatius Quantum Devices Inc. op, en Small Business Innovation Research (SBIR) financiering van NASA betaalde het bedrijf om een LED plantengroei-eenheid te voltooien die in 1995 aardappelen kweekte op het ruimteveer.
Maar het onderzoek had een neveneffect. De LED's waren rood en blauw omdat dit de meest efficiënte lichtgolven zijn om fotosynthese aan te sturen, en NASA-wetenschappers die met hun handen onder de verlichting werkten, ontdekten dat schaafwonden op hun handen sneller leken te genezen dan normaal. Zo kwam NASA terecht in de wereld van de medische lichttherapie. Het agentschap zag een mogelijke oplossing voor een lang bestaand probleem van de ruimtevaart: zonder zwaartekracht atrofiëren de spieren en botten van astronauten en genezen eventuele wonden langzaam, wat de missies in gevaar brengt.
Ignatius raakte ook geïnteresseerd in mogelijke medische toepassingen van LED's. Toen hij hoorde dat Harry Whelan, een neuroloog aan het Medical College of Wisconsin, medische toepassingen van licht onderzocht, nam hij contact op. Tussen 1995 en 2003 financierde een reeks van acht NASA SBIR-contracten, meestal van Marshall, experimenten met medische toepassingen van LED's, uitgevoerd door Quantum Devices, het Medical College of Wisconsin en enkele andere instanties.
Van nabij-infrarood laserlicht was onlangs aangetoond dat het de genezing van wonden - vooral die met een tekort aan zuurstof - kon versnellen door de productie van groeifactor-eiwitten, collageen en bloedvaten te stimuleren. Maar lasers hadden nadelen, zei Helen Stinson, die als senior ingenieur bij Marshall's Spacecraft and Vehicle Systems Department toezicht hield op het werk. "Met lasers moet je oppassen dat je het omringende weefsel niet beschadigt, en ze gebruiken ook veel energie en zijn duur," zei Stinson.
Naast het aanpakken van deze problemen kunnen LED arrays ook worden ontworpen om meerdere golflengtes uit te zenden, en ze kunnen een groter gebied bestrijken dan een laser.
Lichtbehandelingen bewijzen zichzelf
Door experimenten toonden de onderzoekers aan dat rode en nabij-infrarode LED's met hoge intensiteit de genezing van zuurstofarme wonden bij ratten aanzienlijk versnelden en ook de groei en proliferatie van huid-, bot- en spiercelculturen van muizen en ratten versnelden. Het team leverde LED-apparaten aan bemanningen van de Amerikaanse marine voor de behandeling van trainingsverwondingen. Deze leverden meer dan 40 procent meer verbetering op bij spier- en skeletverwondingen en een 50 procent snellere genezingstijd voor snijwonden, vergeleken met controlegroepen.
Rond die tijd toonden Whelan en collega's aan dat bestraling met rode LED-arrays van Quantum Devices voorkwam dat methanol blindheid veroorzaakte bij ratten, wat hen ertoe bracht lichttherapie voor te stellen als behandeling voor netvliesaandoeningen van glaucoom tot leeftijdsgebonden maculadegeneratie.
Met bijkomende militaire financiering heeft Quantum Devices deze technologie verder ontwikkeld als de handheld WARP 10 - voor Warfighter Accelerated Recovery by Photobiomodulation - om pijn, ontstekingen en kleine verwondingen bij militairen te behandelen. De Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA) keurde het gebruik ervan goed voor de tijdelijke verlichting van lichte spier- en gewrichtspijn, artritis en spierkrampen. Het bedrijf commercialiseerde het apparaat en volgde het in 2007 op met de grotere en meer geavanceerde WARP 75.
Quantum Devices' samenwerking met NASA en het Medical College of Wisconsin, samen met de Universiteit van Alabama in Birmingham, culmineerde in een klinisch onderzoek met de WARP 75 voor de succesvolle behandeling van acute zweren in de slijmvliezen van patiënten na krachtige doses bestraling en chemotherapie die hen voorbereiden op beenmergtransplantaties.
Een nieuwe industrie ontstaat
Twee jaar na Ignatius' dood in 2011 verliet Quantum Devices het terrein van de medische LED's, en NASA gebruikte de technologie uiteindelijk niet in de ruimte. Tegen die tijd had het door NASA gefinancierde onderzoek echter geleid tot een groeiend aantal bedrijven die de techniek commercialiseren. Maar niet al die apparaten zijn gelijk, aldus Robin Schumacher, die tijdens de WARP-jaren de marketing voor Quantum Devices verzorgde. "De WARP is nog steeds een sprongen en grenzen betere technologie dan 99% van wat er vandaag op de markt is," zei Schumacher, die opmerkte dat de apparaten een geavanceerde constructie gebruikten om efficiënt intense, gelijkmatig verdeelde straling op specifieke golflengten te produceren zonder gevaarlijke hitte.
En het door NASA geïnitieerde onderzoek heeft niet alleen geleid tot een beter begrip van het vermogen van verschillende golflengtes om het lichaam binnen te dringen en cellulaire reacties op te wekken, maar omvatte ook enkele van de eerste experimenten met het optimaliseren van doses met verschillende intensiteitsniveaus en behandelingstijden, aldus Schumacher. Apparaten die niet gebouwd zijn op deze kennis "zijn slechts gloeilampen," zei ze.
Na Ignatius' dood ging Schumacher werken bij Multi Radiance Medical Inc. in Solon, Ohio, dat lichttherapie apparaten produceert voor fysiotherapie, sportgeneeskunde, veterinaire toepassingen en meer. Het bedrijf werd opgericht in 2006 en heeft veel van de bevindingen van NASA en partners verwerkt. De apparaten van Multi Radiance combineren nu gelijktijdig supergepulseerd laser- en LED-licht, aldus Doug Johnson, senior vice-president klinische en wetenschappelijke zaken van het bedrijf, die uitlegt dat de snelle laserpulsen een akoestisch effect op weefsel creëren dat de penetratie van LED-licht vergroot.
Vóór de betrokkenheid van NASA waren lichttherapieapparaten volledig gebaseerd op laser, waardoor ze onveilig waren voor thuisgebruik, aldus Johnson. "Het was dus alleen beschikbaar in klinieken. NASA maakte het eenvoudig, toegankelijk, gemakkelijk te gebruiken en veilig."
Kleinere apparaten, groter bereik
Multi Radiance begon met het maken van grote, vaste apparaten voor klinieken, maar toen het bedrijf rond 2010 het WARP-voorbeeld begon te volgen met handheld, draadloze apparaten, kon het zowel de thuismarkt als veterinaire toepassingen bereiken. "Als je een paard in een stal behandelt, kun je geen snoeren hebben en een console aansluiten," zei Johnson. Sommige van de veterinaire apparaten van het bedrijf gebruiken ook blauw licht voor de behandeling van infecties en andere antibacteriële toepassingen, die de FDA nog steeds niet heeft goedgekeurd voor gebruik bij mensen.
De activiteiten van het bedrijf zijn nu evenredig verdeeld tussen apparaten voor thuisgebruik en de vaste apparaten die nog steeds worden gebruikt door artsen, atletische trainers, fysiotherapeuten en chiropractors. De apparaten variëren per dekkingsgebied, vermogensniveau en golflengtecombinatie, en sommige voegen elektrische stimulatie of magnetische velden toe om de lichtabsorptie te verhogen. Menselijke toepassingen zijn voornamelijk voor verlichting van pijn, ontsteking en stijfheid.
Multi Radiance heeft nu bijna 50 werknemers en verkoopt jaarlijks tienduizenden apparaten in 32 landen, aldus Johnson. Hij schreef NASA toe aan de vooruitgang en popularisering van het veld door een kans te wagen op een mogelijke behandeling voor geremde genezing en atrofie in de ruimte. "Pas toen NASA goed keek en zei dat het zou kunnen werken, zag je commerciële ontwikkeling", zei Johnson. "Ze gingen achter iets aan dat niemand kon behandelen en vonden iets zo eenvoudig en gemakkelijk dat het ongelooflijk is."
Nu breidt Multi Radiance zijn consumentenlijn uit, met een tweede generatie thuisapparaat gepland voor release in 2022. Naarmate de wetenschap beter wordt begrepen, zegt Johnson, hoopt het bedrijf ook meer specifieke medische toepassingen te ontwikkelen. Multi Radiance heeft bijvoorbeeld een gepatenteerd ooglapje met LED's voor de behandeling van aandoeningen zoals diabetisch maculair oedeem en een apparaat om de symptomen van fibromyalgie te verminderen. Beide worden momenteel klinisch getest.
"Maar zelfs nu de biologische effecten van licht duidelijker worden," zei Johnson, "is het moeilijk te zeggen welke werkingsmechanismen aan het werk zijn. Licht werkt bij zoveel verschillende aandoeningen dat het moeilijk is om slechts één onderliggend mechanisme te identificeren, maar we komen steeds dichterbij."
Bron: NASA
