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本期，我們邀請到中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所研究員、光健康研究中心副主任董建飛帶來了“解讀光治療領域的機遇與挑戰——光治療的技術基礎、適應癥與機理”的精彩主題分享，以下為主要內容：
一、光治療技術概述
1.光治療簡史
光治療在世界各地都有悠久的歷史，丹麥醫生Niels Finsen因開創光治療方法，特別是對于狼瘡的治療方法，而獲得1903年諾貝爾醫學及生理學獎。
匈牙利醫生Endre Mester于1967年發現并開創了激光生物刺激領域——光生物調節之父(Fatherof Photobiomodulation, Father of Laser Therapy)
2.光治療在近五十年的發展
光治療近五十年來取得了很大的發展，特別是上世紀七八十年代，人們對光與組織間的物理作用，研究比較成熟，九十年代有不少專著。
近三十年，得益于生物技術的發展，包括生物學試劑、顯微鏡等觀測手段的完善，光治療的生物學機理得到了很大的研究和發展。代表人物是俄羅斯的Tiina Karu和美國的Michael Hamblin。主要工作是發現并且驗證了光生物調節中，非常重要的細胞內主要的光受體，細胞色素C氧化酶，對光治療的整體作用。
（1）光治療的生物學機理的假說與驗證
細胞內主要的光受體：細胞色素C氧化酶（cytochrome c oxidase）；
細胞對光響應的作用光譜；
光對細胞氧化還原反應的影響；
光對細胞因子的影響；
光對細胞增殖、凋亡的影響；
……
（3）光治療的標準術語：
隨著學科發展，光治療的學科術語也進行了標準化，早期一般是用激光進行治療，所以早期術語叫做低強度激光治療（Low Level LaserTherapy, LLLT），現在主要統稱為光生物調節療法（Photobiomodulation Therapy, PBMT）。
3.光與組織相互作用的主要類型
（1）光生物效應
光對細胞因子、生理過程的影響；典型的輻照度不超過100mW/cm2 ；
（2）光化學效應
生物組織吸收光能量并將光能轉變成化學能所導致的化學反應，如光致分解、光致氧化、光致聚合；
（3）光熱效應
典型的組織溫度42～150℃，使蛋白質破壞；
（4）光消融效應
典型的輻照度要達到107～1010mW/cm2。
4.光在組織內的吸收和穿透
（1）組織中的各種載色體是光子的吸收裝置
水：主要吸收超過1150nm波長的光；
含氧血紅蛋白（HbO2）和去氧血紅蛋白（Hb）：主要吸收低于600nm的光；
黑色素：主要吸收短波段的光；
（2）波長越長的光，在皮膚內的穿透深度越大
5.光治療的主要參數范圍和功能
光治療使用通常波長在390~1100nm之間的光，使用相對比較低的功率密度（≤100mW/cm2）和通量（0.04~50J/cm2）。
6.消費電子類光治療產品
消費電子類光治療產品首先從國外興起，消費者對光治療的接受度普遍高于國內。國內近幾年也獲得了較大發展，產品種類也較多。
二、常用光源和主要物理量
1.激光
傳統光治療大多采用激光，光治療主要從激光開始發展，大量數據和結論也是基于激光得到。激光具有高功率密度、窄帶（單色性好）、以及相干性的優點。
2.放電燈
（1）鹵素燈、氙燈、汞燈;
（2）發光效率雖然比較低，但可以實現很高的光功率;
（3）在紫外和紅外波段，成本低于激光和LED光源;
3.LED
功率密度和單色性不及激光，但強于傳統光源（可見光波段）。相對于激光具有諸多優點，比如可靠性高、成本低；開關速度高，可產生極短的脈沖；發光角度更大，可治療更大的面積；安全性高，不需要專門培訓。
4.描述光治療劑量的主要物理量
不管使用何種光源，光治療主要基于光子的能量特性，因此需采用輻射度量（radiometric）定義劑量參數，而通用照明使用的是光度量（photometric）參數。
5.光治療的光功率遠高于通用照明
照度與人眼對光的敏感度有關，是光譜功率密度與視見函數的乘積對波長的積分;以RGBW四個波段的LED為例，當這些波段的輻照度達到100mW/cm2時，其相應的照度最大是48,200lux，是普通照明要求（400lux）的1200倍。
三、機理及典型疾病的治療
1.光的基本生物學機理
目前最公認的光治療的機理是細胞色素C氧化酶（CCO，線粒體呼吸鏈中的單位IV）與光的
相互作用，它可吸收近紅外區域的光，是細胞內最重要的載色體。
細胞色素C氧化酶與光相互作用的主要機理是光子從其中解離抑制呼吸作用的一氧化氮，導
致線粒體膜電位的升高、活性氧自由基（ROS）以及三磷酸腺苷（ATP）的生成。
2.光與CCO作用的結果
光與CCO作用的結果，包括增加ATP合成、增強呼吸作用、促進DNA和 RNA合成、細胞增殖、減少細胞凋亡/死亡、促進細胞遷移、促進纖維原細胞分化、促進膠原蛋合成、促進各種生長因子的表達。
3.光（生物調節）治療的主要適應癥
（1）紫外光可用于消毒、治療銀屑病；
（2）藍光可用于治療新生兒黃疸、治療真菌感染病；
（3）紅光和紅外光療被廣泛用于促進機體新陳代謝、改善系統微循環、消炎、鎮痛、美容、生發等諸多領域。
4.藍光殺菌治療及其機理
藍光殺菌治療使用400-470nm的藍光殺滅真菌，治療真菌感染疾病；可治療婦科炎癥、口腔粘膜感染、皮膚癬菌病（如體/股癬、手足癬）等真菌病。
優點是無抗生素類藥物的副作用，不會使病原體產生抗藥性；主要作用機理是光通過細胞內的光敏劑對真菌產生氧化毒性。
細胞內的光敏劑吸收光子后，由基態被激發到三線態，并與氧分子發生電子交換作用產生羥基自由基（HO*），或者通過能量轉換生成單線態氧（1O2）。
5.光消炎治療及其機理
炎癥是人體對入侵的病原體或損傷的自動防御反應，但也會攻擊人體自身組織、造成紅、腫、熱、痛等，甚至造成炎癥風暴。
光治療在急性炎癥的調節中起著重要的作用，可治療跟腱肌腱炎、甲狀腺炎、銀屑病、關節炎等。
主要機理是光對多種炎癥細胞和炎癥因子的調節作用，抑制炎癥因子TNF-a、IL-1β、IL-6、IL-8等，觸發巨噬細胞極化，減少其M1表型（正向免疫應答）；減少中性粒細胞的數量等。
四、光治療的挑戰和難題
1.研究光治療生物機理的難點
（1）細胞內有無數細胞因子、無數信號通路；
（2）致病機理或光治療都與多種不同細胞、多種細胞因子和通路有關；
（3）（不同波段的）光可能會引起很多種細胞、細胞因子或信號通路的不同變化；
（4）現有的檢測和觀測技術有限，很難（同時）測量多種因子或通路；
光治療的某些生物學機理，體系龐雜，尚不完全明確。
2.光治療技術的挑戰
光治療有無副作用，對人體有無傷害？
光治療的系統性作用是什么，是否重要？
激光與LED在光治療上的區別是什么？
光治療的最佳波長如何確定？
光治療的最佳功率密度如何確定？
光治療的最優照射時間以及最優重復次數如何確定？
采用脈沖光的最優頻率如何確定？
3.光治療技術進一步發展的機遇
核心技術方面，涉及光治療的量效建模與分析，光治療的劑量優化，光治療的效果評估，光治療的安全性評估。
4.我們的工作
（1）針對光治療，重點研究光與細胞相互作用的量效關系的數學模型；
（2）建立光治療的有效性和安全性的實驗評估方法；
（3）研制278-1600nm的多波段劑量精準控制LED光源與光譜測量裝置用于實驗研究；
（4）針對藍光殺菌治療的劑量和設備優化設計。
五、總結
1.光治療的效果源自其內在的生物學機理，光治療的基礎是科學的；
2.已有大量的研究揭示了光與細胞作用的生物學機制，以及光治療多種疾病的效果，表明其效果是明確的；
3.文獻中報道的光治療劑量參數大多為細胞和動物實驗的結果，且不同研究得到的結論不盡相同、甚至相悖，這其中劑量是關鍵的；
4.光治療仍受制于量效關系的缺失、效果和安全性評價體系的缺失，面臨的挑戰是巨大的。
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（文字根據直播內容編輯整理，略有刪減，更多詳情內容可參見直播內容）
