Reproducible method for assessing the effects of blue light using in vitro human skin tissues.

INTRODUCTION: High-intensity visible light (HEV), also referred to as blue light, has a wavelength of 400-500 nm and accounts for approximately one-third of the visible light. Blue light is also emitted from electronic devices and artificial indoor lighting. Studies have shown that exposure of human skin cells to light emitted from electronic devices, even as short as 1 h, can cause an increase in reactive oxygen species (ROS), apoptosis and necrosis. Despite comprising a significant portion of the light spectrum, the effects of HEV light have not been studied as extensively. This is in part due to a lack of suitable in vitro testing methods. This work was conducted in order to develop a reproducible testing method for assessing the effects of blue light on the skin. METHODS: Testing was performed using a full thickness, 3D in vitro skin tissue model. Different exposure protocols were tested to (1) determine the biological effects of blue light on the skin and (2) to identify an appropriate exposure for routine testing of cosmetic materials that may protect the skin from blue light damage. Gene expression and protein biomarkers were measured using qPCR, ELISA and immunohistochemical (IHC) methods. RESULTS: Our work demonstrates that daily exposure to blue light produced dose-and-time-dependent changes in biomarkers associated with skin damage. Exposure to blue light for 6 h for 5 consecutive days (total intensity of 30 J/cm2 ) increased the expression of genes that regulate inflammation and oxidative stress pathways and decreased the expression of genes that maintain skin barrier and tissue integrity. Exposure to blue light significantly increased protein biomarkers associated with ageing, inflammation and tissue damage. IHC staining confirmed changes in collagen, filaggrin and NQO1 protein expression. Treatment with ascorbic acid inhibited the effects of blue light, demonstrating a role in protection from blue light. CONCLUSION: Our results showed that consistent blue light exposure produced skin damage via alterations in biological pathways that are associated with skin ageing. This work provides a new, reproducible in vitro testing method for assessing the effects of blue light on human skin using gene expression, protein ELISA and IHC staining.

INTRODUCTION: La lumière visible à haute énergie (VHE), également appelée lumière bleue, a une longueur d'onde de 400 à 500 nm et représente environ un tiers de la lumière visible. La lumière bleue est également émise par les appareils électroniques et l'éclairage intérieur artificiel. Des études ont montré que l'exposition des cellules cutanées humaines à la lumière émise par les appareils électroniques, même pour une période de seulement 1 h, peut entraîner une augmentation des dérivés réactifs de l'oxygène (DRO), de l'apoptose et de la nécrose. Bien qu'ils représentent une partie importante du spectre lumineux, les effets de la lumière VHE n'ont pas été étudiés aussi largement. Cela est en partie dû à un manque de méthodes de test in vitro appropriées. Ces travaux ont été réalisé afin de développer une méthode de test reproductible pour évaluer les effets de la lumière bleue sur la peau. MÉTHODES: Les tests ont été réalisés à l'aide d'un modèle de tissu cutané 3D in vitro de pleine épaisseur. Différents protocoles d'exposition ont été testés pour (1) déterminer les effets biologiques de la lumière bleue sur la peau et (2) identifier une exposition appropriée pour les tests de routine des produits cosmétiques susceptibles de protéger la peau des dommages causés par la lumière bleue. L'expression génique et les biomarqueurs protéiques ont été mesurés à l'aide des méthodes de PCR quantitative, de dosage par la méthode immuno-enzymatique ELISA et immunohistochimiques (IHC). RÉSULTATS: Nos travaux démontrent que l'exposition quotidienne à la lumière bleue a produit des modifications dépendantes de la dose et du temps dans les biomarqueurs associés aux lésions cutanées. L'exposition à la lumière bleue pendant 6 h au cours de 5 jours consécutifs (intensité totale de 30 J/cm2) a augmenté l'expression des gènes qui régulent l'inflammation et les voies du stress oxydatif, et a diminué l'expression des gènes qui maintiennent la barrière cutanée et l'intégrité tissulaire. L'exposition à la lumière bleue a significativement augmenté les biomarqueurs protéiques associés au vieillissement, à l'inflammation et aux lésions tissulaires. La coloration par IHC a confirmé les modifications de l'expression du collagène, de la filaggrine et de la protéine NQO1. Le traitement par acide ascorbique a inhibé les effets de la lumière bleue, démontrant un rôle dans la protection contre la lumière bleue. CONCLUSION: Nos résultats ont montré qu'une exposition continue à la lumière bleue produisait des lésions cutanées par le biais d'altérations des voies biologiques associées au vieillissement de la peau. Ces travaux fournissent une nouvelle méthode de test in vitro reproductible pour évaluer les effets de la lumière bleue sur la peau humaine à l'aide de l'expression des gènes, du test ELISA de détection de protéines et de la coloration IHC.

Immunology of Gut-Bone Signaling.

In recent years a link between the gastrointestinal tract and bone health has started to gain significant attention. Dysbiosis of the intestinal microbiota has been linked to the pathology of a number of diseases which are associated with bone loss. In addition modulation of the intestinal microbiota with probiotic bacteria has revealed to have both beneficial local and systemic effects. In the present chapter, we discuss the intestinal and bone immune systems, explore how intestinal disease affects the immune system, and examine how these pathologic changes could adversely impact bone health.

Epithelial Barrier Function in Gut-Bone Signaling.

The intestinal epithelial barrier plays an essential role in maintaining host homeostasis. The barrier regulates nutrient absorption as well as prevents the invasion of pathogenic bacteria in the host. It is composed of epithelial cells, tight junctions, and a mucus layer. Several factors, such as cytokines, diet, and diseases, can affect this barrier. These factors have been shown to increase intestinal permeability, inflammation, and translocation of pathogenic bacteria. In addition, dysregulation of the epithelial barrier can result in inflammatory diseases such as inflammatory bowel disease. Our lab and others have also shown that barrier disruption can have systemic effects including bone loss. In this chapter, we will discuss the current literature to understand the link between intestinal barrier and bone. We will discuss how inflammation, aging, dysbiosis, and metabolic diseases can affect intestinal barrier-bone link. In addition, we will highlight the current suggested mechanism between intestinal barrier and bone.