NASA-Forschung beleuchtet medizinische Anwendungen von Licht

Experimente halfen dabei, medizinische Anwendungen für die seit langem bekannte, aber wenig verstandene Lichttherapie zu entmystifizieren, zu legitimieren und zu vereinfachen

Ursprünglich veröffentlicht am 19.05.2022

Kann Licht dabei helfen, Wunden schneller zu heilen? Schmerzen lindern? Den Verlust des Sehvermögens verhindern?

Obwohl jahrzehntelange Studien darauf hindeuten, dass es dies kann - einschließlich umfangreicher Forschung, die von der NASA finanziert wurde - hat die wachsende Evidenz nicht immer die Aufmerksamkeit erregt, die man für eine so bemerkenswerte Entdeckung erwarten könnte.

Das liegt möglicherweise daran, dass die Wissenschaft dahinter nicht gut verstanden wurde. Zum Beispiel erhielt ein dänischer Arzt 1903 den Nobelpreis für die Entdeckung, dass die Exposition gegenüber konzentriertem rotem Licht die Heilung von Geschwüren beschleunigte, blieb aber zurückhaltend, es ohne zu verstehen, warum es funktioniert, in die Praxis umzusetzen.

Eine größere Hürde für die Akzeptanz war wahrscheinlich, dass es einfach unglaublich klingt.

In einem 1989 veröffentlichten Aufsatz über die gesundheitlichen Vorteile von schwach dosiertem Laserlicht bemerkte die Biophysikerin Tiina Karu, dass die Behandlung "höchst unglaublich und sogar mysteriös" erschien. Darüber hinaus schrieb sie, dass ihre Wirksamkeit gegen viele verschiedene Leiden Zweifel hervorrief, indem sie den Anschein eines sprichwörtlichen Wunderheilmittels erweckte.

Karu vermutete, dass rotes Licht viele Beschwerden behandelte, weil es die Gesamtfunktion der Zellen verbesserte, indem es die Mitochondrien stimulierte, die den Stoffwechsel in tierischen Zellen antreiben. Dies würde die Zellproduktion beschleunigen und oxidativen Stress lindern, einen Faktor, der Entzündungen und Symptome des Alterns verursacht und letztendlich zu Diabetes, Krebs, neurodegenerativen Krankheiten und anderen Erkrankungen beiträgt.

Heute wird angenommen, dass rote und infrarote Wellenlängen von Cytochrom-C-Oxidase, einem Schlüsselenzym im Zellstoffwechsel, und wahrscheinlich von anderen lichtempfindlichen Chemikalien absorbiert werden, was eine Kaskade von Effekten innerhalb der Zelle auslöst.

Karu und andere begannen zu vermuten, dass "gleichmäßiges" Laserlicht wahrscheinlich nicht erforderlich war, um vorteilhafte Effekte zu erzielen, aber es war die NASA, die schließlich diese Frage unbeabsichtigt beantwortete.

LEDs für Pflanzen, dann für Menschen.

Ende der 1980er Jahre arbeitete der Ingenieur Ron Ignatius in einem Unternehmen, das mit dem Wisconsin Center for Space Automation and Robotics (WCSAR) zusammenarbeitete, das vom Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, Alabama, finanziert wurde. Als die Technologie der Licht emittierenden Dioden (LEDs) auf den kommerziellen Markt kam, arbeitete Ignatius mit dem WCSAR zusammen, um diese neue Beleuchtung für den Pflanzenanbau im Weltraum zu untersuchen. 1989 gründete Ignatius Quantum Devices Inc., und Small Business Innovation Research (SBIR)-Fördermittel von der NASA finanzierten das Unternehmen, um eine LED-Pflanzenwachstumseinheit abzuschließen, die 1995 Kartoffeln im Space Shuttle anbaute.

Aber die Forschung hatte Nebenwirkungen. Die LEDs waren rot und blau, weil dies die effizientesten Lichtwellenlängen für die Photosynthese sind, und NASA-Wissenschaftler, die ihre Hände unter der Beleuchtung bearbeiteten, stellten fest, dass Abschürfungen an ihren Händen schneller zu heilen schienen als normal.

So stolperte die NASA in die Welt der medizinischen Lichttherapie. Die Agentur sah eine mögliche Lösung für ein langjähriges Problem der Raumfahrt: Ohne Schwerkraft atrophieren die Muskeln und Knochen der Astronauten, und jede Wunde heilt langsam, was alle Missionen gefährdet.

Ignatius interessierte sich auch für mögliche medizinische Anwendungen für LEDs. Als er erfuhr, dass Harry Whelan, ein Neurologe am Medical College of Wisconsin, medizinische Anwendungen von Licht untersuchte, nahm er Kontakt auf.

Zwischen 1995 und 2003 finanzierten eine Reihe von acht NASA-SBIR-Verträgen, hauptsächlich vom Marshall, Experimente zur medizinischen Verwendung von LEDs, die zwischen Quantum Devices, dem Medical College of Wisconsin und einigen anderen Einrichtungen durchgeführt wurden.

Es war kürzlich gezeigt worden, dass nahe Infrarotlaserlicht die Heilung von Wunden beschleunigte - insbesondere solche, die unter Sauerstoffmangel litten -, indem es die Produktion von Wachstumsfaktorproteinen, Kollagen und Blutgefäßen steigerte. Laser hatten jedoch Nachteile, sagte Helen Stinson, die die Arbeit als leitende Ingenieurin in der Abteilung für Raumfahrzeuge und Fahrzeugsysteme von Marshall überwachte. "Bei Lasern muss man darauf achten, das umliegende Gewebe nicht zu beschädigen, und sie verbrauchen auch viel Energie und sind teuer", sagte Stinson.

Neben der Lösung dieser Probleme können LED-Matrizen auch so konstruiert werden, dass sie mehrere Wellenlängen emittieren, und sie können eine größere Fläche abdecken als ein Laser.

Lichtbehandlungen bewähren sich. Durch Experimente zeigten die Forscher, dass Hochleistungs-rot und nahes Infrarot-LEDs signifikant die Heilung von Sauerstoffdeprivation-Wunden bei Ratten beschleunigten und auch das Wachstum und die Vermehrung von Haut-, Knochen- und Muskelzellkulturen von Mäusen und Ratten beschleunigten.