Effects of Blue Light on Ex-Vivo Human Skin and its Role in Clinical Therapy for the Treatment of Complex Wounds with Fluorescent Light Energy

Background. Blue light (BL) exposure is inevitable, as the sources are both natural, mainly sunlight, and artificial, such as electronic devices, fluorescent lighting and light-emitting diodes (LED). In the last years, it was found that BL has biological activity on the skin, generating reactive oxygen species (ROS), oxidative damage and inducing melanogenesis. For these reasons, nowadays there is an increasing demand for molecules claiming BL protection and antioxidant benefits. On the other hand, BL was shown to have therapeutical effects in the treatment of difficult wounds, such as chronic ulcers and second-degree burns, through the application of a LED light that irradiates a gel containing exogenous chromophores capable of amplifying the light spectrum of the radiation itself, creating Fluorescent Light Energy (FLE), a non-pharmacological and non-thermal approach whose main effects are the modulation of inflammation, analgesia and tissue healing. Aim of the study. First aim of this study is to evaluate the effects of BL and test the efficacy of L-Carnosine in protecting skin from the BL effects using an ex vivo skin model. Second aim of this study is to review the clinical effects of FLE therapy as a treatment for chronic wounds and second-degree burns. Materials and Methods. Human skin biopsies obtained from abdominal plastic surgery patients were treated topically with L-Carnosine and exposed to BL (80 and 120 J/cm2). The effect of BL on oxidation and pigmentation was assessed by evaluating the ROS and Melan-A. ROS was evaluated by the dichlorofluoresceine-diacetate method, while induction of skin pigmentation was assessed by measuring the amount of Melan-A positive cells in the skin basal layer. Results. BL significantly increased ROS production in a dose-dependent manner. Moreover, a significant increase in Melan-A positive cells was observed with the 120 J/cm2 dose of BL. L-Carnosine exhibited a significant antioxidant effect, reducing both ROS and Melan-A positive cells. Conclusions. The observed increase in ROS levels as well as the pro-pigmentary effect of BL led to the conclusion that this light exerts a pro-oxidative effect on the skin. As L-Carnosine provided significant protection from the effects of BL, decreasing both ROS and Melan-A positive cells, it could be considered a valid solution for reducing the adverse effect of blue light radiation on the skin. Reviews of FLE treatments are encouraging and highlight how this technique, if applied to patients with chronic ulcers or acute second-degree burns for a certain period of time and at a certain distance according to specific protocols, can lead to complete re-epithelialization, healing and total resolution of pain without the need for surgical approaches.

Presupposti dello studio. L'esposizione alla luce blu è inevitabile, dal momento che le fonti di tale luce sono sia naturali, principalmente la luce solare, sia artificiali, come i dispositivi elettronici, l'illuminazione fluorescente e i diodi luminosi (LED). Negli ultimi anni è stato dimostrato che la luce blu ha un’attività biologica sulla cute, dando origine a specie reattive dell'ossigeno (ROS) e causando danni ossidativi, portando anche ad un aumento della melanogenesi. Per queste ragioni, vi è una crescente richiesta di molecole aventi proprietà antiossidanti. Tuttavia, è stato anche dimostrato che la luce blu possa portare ad effetti terapeutici nel trattamento di ferite difficili, come le ulcere croniche e le ustioni di secondo grado, attraverso l'applicazione di una luce a LED che irradia un gel, posto a contatto con la ferita, contenente dei cromofori esogeni in gradi di amplificare lo spettro luminoso della radiazione stessa, creando Energia Luminosa Fluorescente (FLE), un approccio non farmacologico e non termico, i cui principali effetti sono la modulazione dell'infiammazione, l'analgesia e la guarigione del tessuto. Scopo dello studio. Il primo scopo di questo studio è valutare gli effetti della luce blu e testare l'efficacia della L-Carnosina nel proteggere la cute dalle conseguenze nocive di tale luce, utilizzando modelli di cute umana ex vivo. Il secondo obiettivo dello studio è esaminare gli effetti clinici della FLE nel trattamento di ulcere croniche ed ustioni di secondo grado. Materiali e metodi. Sono state utilizzate biopsie di cute umana, ottenute da pazienti sottoposti ad interventi di chirurgia plastica addominale. Le biopsie sono state trattate con L-Carnosina topica e poi esposte alla luce blu (a dosaggio di 80 e 120 J/cm2). Post-irraggiamento, i livelli di ROS sono stati valutati mediante il metodo del diclorofluoresceina-diacetato, mentre, per valutare l'induzione della pigmentazione, si è misurato il numero di cellule positive per il marcatore Melan-A a livello della lamina basale cutanea. Risultati. La luce blu ha portato ad un aumento significativo della produzione di ROS, in modo dose-dipendente. È stato osservato un aumento significativo delle cellule positive per Melan-A quando la cute viene irradiata con luce blu alla dose di 120 J/cm2. La molecola L-Carnosina, applicata in maniera topica, ha mostrato un significativo effetto antiossidante, riducendo sia i ROS sia il numero di cellule positive per Melan-A. Conclusioni. L'aumento dei livelli di ROS, così come l'effetto pro-pigmentario della luce, ha portato alla conclusione che questa luce possa esercitare un effetto pro-ossidativo a livello cutaneo. Poiché la L-Carnosina ha fornito una significativa protezione dagli effetti della luce blu, riducendo sia i ROS sia le cellule positive per Melan-A, essa potrebbe essere considerata una molecola valida per ridurre gli effetti avversi della radiazione della luce blu sulla cute. In parallelo, gli esiti dei trattamenti mediante FLE sono incoraggianti ed evidenziano come questa tecnica, se applicata a pazienti con ulcere croniche o con ustioni di secondo grado, per un determinato periodo di tempo e ad una determinata distanza secondo specifici protocolli, può portare a completa riepitelizzazione, guarigione e diminuzione del dolore, senza la necessità di un approccio chirurgico.