Red LED Photobiomodulates the Metabolic Activity of Odontoblast-Like Cells

Abstract Phototherapy has been indicated as an adjunctive treatment for tissue repair, including the pulp tissue. However, there are no defined irradiation parameters, which is a great challenge to the clinical use of phototherapy. The aim of this study was to evaluate the effect of phototherapy with red LED on odontoblast-like MDPC-23 cells, using different parameter settings. Cells were seeded (104 cells/cm²), incubated for 12 h in complete DMEM and then the culture medium was replaced by DMEM supplemented with 0.5% FBS. After 12 h incubation, irradiations were performed (630±10 nm) using a LEDTable device with a 20 or 40 mW/cm² power density and 2 J/cm² energy dose. The cells were irradiated 1 or 3 times, at 1 min intervals. Non-irradiated cells served as control. The cells were evaluated for viability (MTT assay), total protein dosage (Lowry method) and number of viable cells (Trypan blue). The data (n=12 per group) were submitted to Kruskal-Wallis and Mann-Whitney tests (p=0.05). A single irradiation with 20 or 40 mW/cm² enhanced cell viability, which was negatively affected after 3 consecutive irradiations. Cells irradiated only once with 20 mW/cm² produced more proteins compared with those irradiated with 40 mW/cm². Reduction in the number of viable cells occurred only after 3 consecutive irradiations with 40 mW/cm². In conclusion, red LED was capable of biomodulating the metabolic activities of cultured MDPC-23 odontoblast-like cells. The best cell biostimulation was obtained when a single irradiation with 2 J/cm2 energy dose and 20 mW/cm2 power density was delivered to the pulp cells.

Resumo Fototerapia tem sido indicada como um tratamento adjuvante para o reparo de tecidos, incluindo o tecido pulpar. Entretanto, não há parâmetros de irradiação definidos, o que representa um grande desafio para o uso clínico da fototerapia. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da fototerapia com LED vermelho em células MDPC-23 com fenótipo odontoblastóide, usando vários parâmetros. As células foram semeadas (104 células/cm2), incubadas por 12 h em DMEM completo e então o meio de cultura foi trocado por DMEM com 0,5% SFB. Após 12 h de incubação, as irradiações foram realizadas (630±10 nm) usando um dispositivo com densidade de potência de 20 ou 40 mW/cm2 e dose de energia de 2 J/cm2. As células foram irradiadas 1 ou 3 vezes, com intervalos de 1 min. Células não irradiadas serviram como controle. Foram avaliadas a viabilidade (ensaio de MTT), dosagem de proteína total (método de Lowry) e número de células viáveis (ensaio de Trypan blue). Os dados (n=12 por grupo) foram submetidos aos testes de Kruskal-Wallis e Mann-Whitney (p=0,05). Uma única irradiação com 20 ou 40 mW/cm2 aumentou a viabilidade celular, a qual foi negativamente afetada após 3 irradiações. Células irradiadas apenas uma vez com 20 mW/cm2 produziram mais proteínas comparadas com aquelas irradiadas com 40 mW/cm2. Redução no número de células viáveis ocorreu apenas após 3 irradiações com 40 mw/cm2. Em conclusão, o LED vermelho foi capaz de biomodular a atividade metabólica de células MDPC-23. A melhor bioestimulação celular foi obtida quando uma única irradiação com dose de energia de 2 J/cm2 e densidade de potência de 20 mW/cm2 foi administrada às células pulpares.

Dose-responses of Stem Cells from Human Exfoliated Teeth to Infrared LED Irradiation

Despite several reports regarding tissue regeneration, including pulp repair induced by different light sources, only limited data have been reported concerning the effects of light-emitting diodes (LED) on stem cells from human exfoliated deciduous teeth (SHEDs). The aim of this study was to evaluate the effects of different energy densities of infrared LED on the cell viability, number of cells and mineralized tissue production by SHEDs. SHEDs were obtained from near-exfoliation primary teeth (n=3), seeded in plain DMEM (104 cells/cm2), and irradiated by a LED prototype (LEDTable 850 nm, 40 mW/cm2) delivering 0 (control), 2, 4, 8, 15 or 30 J/cm2 (n=9). Cell viability (MTT assay), cell proliferation (trypan blue assay), and mineralized nodule (MN) formation (alizarin red stain) were assessed 12 and 72 h post-irradiation. Data were subjected to Kruskal-Wallis and Mann-Whitney tests (α=0.05). Cells irradiated with 2 or 4 J/cm2 exhibited higher metabolism at 72 h, and all energy densities provided increase in cell proliferation after 12 h. Regarding MN formation, the best results were observed at 72 h after SHED irradiation with 8 and 15 J/cm2. It was concluded that the cell viability, cell number and MN formation by pulp cells are enhanced after exposure to infrared LED irradiation. Overall, the greatest SHED biostimulation was obtained with 4 and 8 J/cm2.

Apesar de diversos estudos envolvendo regeneração tecidual, incluindo o reparo pulpar induzido por diferentes fontes de luz, dados limitados têm sido reportados a respeito dos efeitos da irradiação com diodos emissores de luz (LED) sobre células-tronco de dentes decíduos esfoliados (SHEDs). O objetivo do presente estudo foi avaliar os efeitos de diferentes doses de energia (DE) do LED infravermelho sobre a viabilidade celular, número de células viáveis e produção de nódulos mineralizados (NM) por SHEDs. As células foram obtidas a partir de dentes decíduos próximos ao período de esfoliação (n=3), semeadas em DMEM completo (10⁴ células/cm2) e irradiadas utilizando um protótipo de LED (LEDTable 850 nm, 40 mW/cm²⁾ com as doses de 0 (controle), 2, 4, 8, 15 ou 30 J/cm² (n=9). A viabilidade celular (MTT), o número de células viáveis (trypan blue assay) e a formação de NM (alizarin red stain) foram realizados 12 e 72 h após a irradiação. Os dados foram avaliados utilizando os testes Kruskal-Wallis e Mann-Whitney (α=0,05). As células irradiadas com 2 ou 4 J/cm² exibiram uma maior viabilidade em 72 h, e todas as DE aumentaram o número de células viáveis após 12 h. Para a formação de NM, os melhores resultados foram observados 72 h após a irradição das SHEDs, com as doses de 8 e 15 J/cm². Concluiu-se que a viabilidade celular, o número de células e a formação de NM por células pulpares são aumentados após exposição ao LED infravermelho. De um modo geral, a melhor bioestimulação celular (SHEDs) foi obtida com 4 e 8 J/cm².

Fotobiomodulação da expressão e produção de mediadores inflamatórios por células pulpares irradiada com LED infravermelho / Photobiomodulation of the expression and production of inflammatory mediators by pulp cells irradiated with an infrared LED

Objetivo: Avaliar o efeito do LED infravermelho (855 nm), aplicado em diferentes doses de energia, na produção e expressão de mediadores inflamatórios por células pulpares humanas (HDPC) em cultura. Metodologia: HDPC obtidas de dentes decíduos foram semeadas (105 células/well) e após 24 h foram colocadas em contato com LPS (10 µg/mL α-MEM) ou TNF-α (25 ng/mL α-MEM). Em seguida, as células foram submetidas a uma única irradiação com LED infravermelho (855 nm) nas diferentes doses de energia: 2, 4, 8, 15 ou 30 J/cm2 . Gupos não irradiados, com e sem LPS/TNF-α, serviram como controles. Decorridas 24 h, as células estimuladas com LPS foram avaliadas quanto à produção de óxido nítrico (NO), de espécies reativas de oxigênio (EROs) e viabilidade celular (ensaio de MTT) (n=8 por grupo). As células estimuladas com TNF-α foram avaliadas quanto à produção de citocinas pelos métodos de antibody array e q-PCR (n=5 por grupo). Os dados foram submetidos aos testes de Kruskal-Wallis e Mann-Whitney (α=0,05). Resultados: O contato com LPS resultou em aumento significativo da produção de NO sem causar qualquer dano ao metabolismo respiratório das células. Independentemente da dose de energia aplicada, a produção de NO foi significativamente reduzida quando as células foram irradiadas. O melhor efeito foi observado para a dose de 15 J/cm2. A irradiação também promoveu uma diminuição na produção de EROs, enquanto o metabolismo das HDPC não foi alterado. Nas células em contato com TNF-α verificou-se que as citocinas mais produzidas foram: GROα, IL-6, IL-8, TNF-α, MCP-1 e Serpin E1. Na análise por q-PCR redução foi observada para a expressão de IL-1 ß, quando as células foram irradiadas com 4 J/cm2. Conclusão: O estresse oxidativo de HDPC pode ser biomodulado por uma única dose de irradiação com LED infravermelho. Quanto a expressão de citocinas inflamatórias, a irradiação com 4 J/cm2 foi capaz de reduzir a expressão gênica de IL-1 ß

Aim: To investigate the effect of infrared light emitting diode (LED) irradiation (855nm), at different energy doses, on the production and expression of inflammatory mediators by cultured human dental pulp cells (HDPC). Methodology: HDPC were harvested from sound, near-exfoliation primary teeth. Cells were seeded (105 cells/well) using α-MEM supplemented with 10% FBS and after 24h, were exposed to LPS (10 µg/mL α-MEM) or TNF-α (25ng/mL αMEM). Then, HDPC were submitted to a single irradiation with an infrared LED (855 nm) delivering different doses of energy: 0, 2, 4, 8, 15 or 30 J/cm2 . Nonirradiated cells, with and without LPS/TNF-α, served as controls. Followed 24h, the cells stimulated with LPS were tested for nitric oxide (NO) quantification, cell viability (MTT assay), and reactive oxygen species (ROS) production (n=8 per group). Cells stimulated with TNF-α were analyzed regarding cytokine production and expression using antibody array and q-PCR (n=5 per group). Data were submitted to Kruskal-Wallis and Mann-Whitney tests (α=0.05). Results: LPSinduced stress resulted in significant increase in NO production by HDPC without causing any damage to cell respiratory metabolism. Irrespective of the energy dose delivered, NO production was significantly reduced when LPS-stressed cells were irradiated. The best effect was observed when 15 J/cm2 were delivered to cells. Infrared LED irradiation also promoted decrease in ROS production, while HDPC metabolism was not significantly affected. The most produced cytokines in cells stimulated with TNF-α were: GROα, IL-6, IL-8, TNF-α, MCP-1 and E1 Serpin. qPCR analysis showed a decrease in expression of IL1 ß when the cells were irradiated with the dose of 4 J/cm2. Conclusion: The oxidative stress of HDPC can be biomodulated by a single irradiation of an infrared LED. Regarding the expression of inflammatory cytokines, the delivery of 4 J/cm2 was capable of reducing the gene expression of IL-1 ß