Воздействие пикосекундного лазера на удаление татуировок и метаболические пути

Цель: мы стремились изучить эффекты пикосекундного лазера при удалении татуировок. Мы систематически выявляли метаболические пути с учетом частиц пигмента татуировки на моделях крыс. Материалы и методы. Мы использовали флуоресцеин для маркировки красителя для татуировки и использовали иглу для нанесения татуировки на крысе, чтобы установить эффект удаления татуировки пикосекундными лазерными методами с использованием моделей животных. Мы применили пикосекундный лазер для обработки татуировки и наблюдали эффекты наряду с метаболическими путями для удаления татуировки с помощью методов патологии и визуализации.

Результаты: Основываясь на результатах исследования, патологии и флуоресценции, мы обнаружили, что пикосекундный лазер может эффективно удалять частицы пигмента с кожи крысы, часть которых выводится из организма через систему кровообращения. После обработки пикосекундным лазером интенсивность флуоресценции гравированной части кожи крысы постепенно ослаблялась. Через 8 часов после обработки органы обмена имели слабую флуоресценцию, а через 12 и 24 часа после лечения свечение в органах обмена отсутствовало.

Заключение: пикосекундный лазер продемонстрировал идеальный эффект удаления татуировок, который можно использовать в качестве эталона для удаления татуировок в клинических условиях.

Вступление

Татуировка это традиционный обычай, который остается популярным во многих регионах мира. Однако по разным причинам татуировки приводили к побочным эффектам и осложнениям. Инфекция частое осложнение татуировок. Хотя в большинстве рисунков используются асептические методы, инфекции могут возникать из-за неправильной подготовки места татуировки, неполной дезинфекции оборудования, загрязнения красок или продуктов, неправильного ухода после или небрежной личной гигиены. Опухоли также могут быть вызваны имплантацией нежелательных красителей. Способы безопасного и эффективного удаления татуировок становятся все более востребованными среди татуировщиков. В настоящее время во многих больницах отсутствуют единые рабочие спецификации и стандарты технологий удаления татуировок. Для удаления применяли электрокоагуляцию, замораживание, пилинг-шлифовку и пересадку кожи, хотя эффект был не очень удовлетворительным. С появлением лазерной технологии в 1960-х годах Лауб и др. применили рубиновый лазер для обработки человеческих татуировок, что постепенно положило начало использованию различных лазерных техник. Лазерная обработка татуировок с модуляцией добротности постепенно стала золотым стандартом. Хотя селективный тепловой эффект лазера с модуляцией добротности имеет хорошие преимущества в разрушении пигментов и уменьшении повреждений кожи, остаются нерешенными проблемы, такие как длительные интервалы между процедурами, многократные процедуры. остаточные пигменты и контуры татуировок, а также шрамы после лечения. Лазер Nd-YAG 1064 нм с модуляцией добротности был основан на теории селективного фототермического эффекта, и его целью были только меланин и черный пигмент, в то время как он не мог удалить профессиональные красители, такие как красный и зеленый.

Пикосекундный лазер постепенно применялся клиническим персоналом для удаления татуировок. Тем не менее, из-за отсутствия соответствующей теоретической и информационной поддержки, эффект удаления не был хорошим в реальных прикладных процессах. Часто происходят обесцвечивание кожи и другие явления, от которых страдают пациенты. Клинические вопросы, такие как метаболизм красителя, может ли он вызвать вторичное повреждение человеческого тела и т. д., оставались неизвестными. В текущем исследовании использовалась крыса для наблюдения за влиянием пикосекундного лазера на удаление татуировок.

Материалы и методы

Модели SD Rat

Сто крыс-самцов весом 160-190 г были приобретены у Jinan Pengyue Experimental Animal Breeding Co., Ltd. [SCXK (LU) 20140007]. Мы вывели крыс SD от крыс Wistar с шерстью-альбиносом, которые широко использовались в фармакологии, токсикологии, исследованиях эффективности и GLP. Селекция и эксперименты проводились в помещении с барьерной средой компании Yantai Langdi Biotechnology Co., Ltd. [SYXK (LU) 20170028]. Комитет по этике Шанхайской больницы кожных заболеваний Медицинской школы университета Тунцзи одобрил исследования (номер разрешения Idswanimall). Руководящие принципы этической экспертизы благополучия лабораторных животных соблюдались в отношении благополучия и обращения с лабораторными животными.

Подготовка модели

После адаптивного выращивания крыс SD в течение 1 недели мы депилировали их на спине с помощью депилятора. Площадь составляла 3 3 см2. После протирания и дезинфекции спиртом мы протыкали татуировочную краску, помеченную CY-5, используя иглу с рисунком 0,5 мм, пока она не обнажилась. Площадь гравировки составляет 1 1 см2, глубина 0,5 мм. Наша команда кормила татуированных крыс SD обычно в темноте. Через 15 дней воспалительная реакция исчезла, и пигмент стабилизировался. Первую татуировку мы удалили пикосекундным лазером, вторую через 30 дней после татуировки. Лечение проводилось пикосекундным лазером на иттрий-алюминиевом гранате (Nd: YAG) с длиной волны 1064 нм, размером пятна 3 мм и плотностью энергии 2,8 4,0 Дж см2. Эксперименты проводились с хлоралгидратом и красителем для татуировок, меченным Cy-5.

Наблюдение за характеристиками

Во время экспериментов мы наблюдали воспалительную реакцию, струп, пигмент и образование пузырей. Мы также обнаружили покраснение и обесцвечивание места татуировки после обработки пикосекундным лазером. Обнаружено влияние пикосекундного лазера на удаление пигмента с поверхности.

Наблюдение флуоресценции in vivo

Через 0 ч, 0,5 ч, 1 ч, 2 ч, 4 ч, 8 ч, 12 ч, 24 ч после первого пикосекундного лазера мы случайным образом выбрали по 3 крысы SD из каждой группы в каждый слот, которые были помещены в систему флуоресцентной визуализации, использующая лазерное возбуждение 650 нм с приемом 670 нм. Мы обнаружили распределение и исчезновение флуоресценции у крыс в разные моменты времени и определили путь метаболизма красителя.

Обнаружение флуоресценции метаболических органов

В то же время, согласно наблюдениям флуоресценции in vivo, 3 крысы SD были случайным образом умерщвлены и извлечены их печень, почки, кишечник, кожа и т. д. После этого мы поместили собранные органы в систему флуоресцентной визуализации in vivo с использованием лазерного возбуждения 650 нм и приема 670 нм. Мы обнаружили интенсивность флуоресценции в каждом органе в разные моменты времени, чтобы в дальнейшем судить о пути метаболизма красителя.

Гистологические исследования

После стабилизации пигмента татуировки после обработки пикосекундным лазером мы случайным образом умерщвляли по 3 крысы SD из каждой группы в каждый момент времени. Была получена кожная ткань от татуировки, часть которой зафиксировали 10% раствором нейтрального формалина. Мы выполнили обычную дегидратацию, заливку парафином, срезы и окрашивание HE, чтобы наблюдать изменения в структуре ткани, а также пигментные красители на татуировке под оптическим микроскопом. Время отбора проб было: 15 дней после татуировки, 0 часов; 12 ч; 15 дней после первой пикосекундной лазерной обработки и 15 дней после второй пикосекундной лазерной обработки.

Лазерное конфокальное микроскопическое обнаружение

В указанные выше моменты времени мы извлекали кожные ткани с татуировками. Ткани замораживали и делали срезы под лазерным конфокальным микроскопом. Мы обнаружили изменения флуоресценции, которые несет краситель в ткани, такие как дисперсия и исчезновение. Технические параметры, которые включали в себя: длина волны возбуждения 650 нм, длина волны излучения 670 нм, интенсивность лазера 9%, 650 В. Время отбора проб: 15 дней после нанесения татуировки; 0 ч, 4 ч, 8 ч, 12 ч, 24 ч, 15 дней после первой обработки; и соответствующие моменты времени после второй.

Статистический анализ

Статистическое программное обеспечение SPSS 26.0 SPSS версии 26.0 для Windows (SPSS, Inc., Чикаго, Иллинойс, США) использовалось для анализа данных и сравнения различий между группами. Данные измерений выражали как среднее значение стандартное отклонение (SD), а данные подсчета выражали в процентах. Область выцветания красителя и пигмента после облучения лазерами с разными уровнями энергии проверяли через R. После корректировки значений P было проведено попарное сравнение. Р <0,05 считали статистически значимым.

Полученные результаты

Результаты моделирования

Через 3 дня на коже стали очевидны покраснение и припухлость. На 5 и 7 сутки на выгравированном участке видны струпья. На 10 день струпья отпали, и краска для тату стабилизировалась. На 15-й день цвет краски на выгравированном участке был глубоким без изменений. Патологический срез кожной ткани продемонстрировал, что в месте расположения среднего слоя дермы скопилось много частиц красителя, и на 11 и 15 день изменений не было. Согласно результатам окрашивания HE и нашей предыдущей работе, краситель можно было определить, и резная деталь была стабилизирована. Таким образом, тату-модель зарекомендовала себя удачно.

Общие результаты наблюдений

Согласно общим наблюдениям и нашей предыдущей работе, состояние окраски кожи крысы стало стабильным через 15 дней после нанесения краски. Во время последующего процесса кормления глубина окрашивания на коже крысы постепенно уменьшалась. Примерно через 48 часов он стабилизировался. Площадь татуировки была уменьшена, и краска казалась рассыпанной, без чешуек. Передняя часть стала светлее, примерно у 1/2 из них до лечения. Краситель постоянно уменьшался на более поздней стадии, но уменьшение было меньше. После второго сеанса состояние красителя для татуировки крысы было таким же, как и в первый раз. Примерно через 15 дней после лечения татуировка крысы практически исчезла. Площадь татуировки была посчитана за 100%, а глубина цвета была посчитана как 100% через 15 дней после гравировки. После обработки рассчитывали выцветание красителя и предоставляли статус татуировок в каждый момент времени. Через 15 дней после первой пикосекундной лазерной обработки осталось около 40% татуировок. Через 15 дней после второй обработки осталось около 2%.

Результаты флуоресцентной визуализации in vivo

При наблюдении флуоресцентного изображения in vivo в различные моменты времени, флуоресценция в основном концентрировалась в выгравированных частях через 0 часов после пикосекундной лазерной обработки. Флуоресценция постепенно усиливалась в органах и хвосте через 0,5–4 ч после обработки. Крыс анестезировали через 2 часа. Результаты показали, что флуоресценция различной интенсивности появлялась в кишечнике, почках, мочевом пузыре и других местах. Флуоресценция также была обнаружена в моче крыс в период от 2 до 4 часов. Через 8 часов у крысы практически не было флуоресценции, что указывало на то, что она подверглась метаболизму, или флуоресценция была погашена. У крыс не было обнаружено флуоресценции через 12 и 24 часа.

Чтобы исключить влияние флуоресценции собственной ткани крысы, крыс анестезировали и умерщвляли после обнаружения каждой временной точки визуализации флуоресценции in vivo. Органы обмена веществ были удалены, и все органы обмена веществ были протестированы в системе визуализации флуоресценции in vivo. В 0 ч флуоресценция в органах обмена отсутствовала. Через 0,5 ч флуоресценция была обнаружена в кишечнике, печени и других органах. Через 2 часа флуоресценция была обнаружена в печени, кишечнике, почках, мочевом пузыре и других органах, а интенсивность флуоресценции была сильной. Через 4 часа интенсивность флуоресценции печени, кишечника, почек, мочевого пузыря и т. д. была слабее, чем у образцов, собранных через 2 часа. В образцах мочи, собранных между двумя временными точками, была обнаружена более слабая флуоресценция. Через 8 ч органы обмена имели слабую флуоресценцию. В органах обмена веществ не было флуоресценции через 12 и 24 часа.

Результаты гистологического эксперимента

Судя по результатам срезов кожной ткани после двух процедур, пикосекундный лазер вызвал большое количество «полостей» в глубоком слое кожи. В основном они были сосредоточены между эпидермисом и дермой, а некоторые располагались в дерме. Судя по фотографиям окрашивания по Массону в каждый момент времени, краситель в кожной ткани находился в состоянии агрегации и собирался через 15 дней после татуировки. Было обнаружено, что частицы красителя были разбиты на крошечные частицы лазером через 0 ч и 12 ч после первой пикосекундной лазерной обработки, и количество частиц постепенно уменьшалось с течением времени. К 15 дню после лазерной обработки остаточное количество частиц красителя было примерно 1/2 от того, что было до обработки, и краситель исчез во время процесса. На срезе ткани мы обнаружили, что рядом с лазерным каналом были макрофаги и другие клетки. От 0 часов до 15 дней после второй обработки частицы красителя продолжали метаболизировать и исчезать, и, наконец, в ткани почти не было красителя в виде частиц.

Результаты лазерной конфокальной флуоресценции

Лазерное конфокальное наблюдение интенсивности флуоресценции кожной ткани в месте татуировки показало, что до обработки флуоресценция, испускаемая красителем, меченным CY5, после возбуждения была сконцентрирована на ткани кожи, и интенсивность была высокой. Средняя флуоресценция на единицу площади составила 28 965. После первой пикосекундной лазерной обработки флуоресценция в срезе ткани в 0 ч была рассеяна, а интенсивность была немного слабее, чем до лечения. Через 4 ч состояние дисперсии флуоресценции было очевидным, а интенсивность флуоресценции значительно ослабла. Площади составляли около 80% от площади до обработки, а средняя интенсивность флуоресценции на единицу площади составляет 21 560. Данные через 8 ч, 12 ч, 24 ч показали, что интенсивность флуоресценции дополнительно ослаблялась, а площадь флуоресценции постепенно уменьшалась. Данные через 15 дней после обработки подтвердили, что флуоресценция была разбросана по всей ткани. В флуоресцентной области общая интенсивность флуоресценции составляла около 43% (средняя интенсивность флуоресценции на единицу площади составляла 12 432) от интенсивности до обработки. Через 15 дней после второй обработки средняя интенсивность флуоресценции на единицу площади составила всего 126.

Обсуждение результатов

Пикосекундный лазер имеет большие преимущества при лечении доброкачественных пигментных заболеваний. Поскольку ширина импульса пикосекундного лазера примерно в 10 ~ 100 раз короче, чем у традиционного короткоимпульсного (наносекундного) лазера, волна с высоким пиком этого лазера с ультракороткими импульсами может оказывать сильное фотомеханическое воздействие на тело вместо традиционного наносекундного лазера. Благодаря своему фототермическому эффекту пикосекундный лазер более эффективен при лечении татуировок и других заболеваний, чем традиционные короткоимпульсные лазеры.

Поскольку пикосекундный лазер является относительно новой технологией, большинство существующих связанных исследований ограничиваются клиническим наблюдением с помощью лазера при пигментных заболеваниях, шрамах, фотостарении и других заболеваниях. В одном исследовании контрольная группа использовала красные частицы татуировки. После воздействия ударной волны короткоимпульсного лазера с модуляцией добротности образовывались относительно мелкие черные частицы. С точки зрения безопасности, после пикосекундной лазерной обработки легче обнаружить целые клеточные мембраны и органеллы под электронным микроскопом. Эффект ударной волны передается только пигменту, а для разрушения окружающих тканей не так много тепловой энергии. Следовательно, он неприменим в клинической практике. При условии достижения тех же терапевтических эффектов, энергия пикосекундного лазера составляет лишь 1/3 или даже 1/4 энергии лазера с модуляцией добротности. Когда энергия обработки снижается, комфорт процесса лечения повышается, и в результате повышается безопасность всего лечения. По сравнению с традиционным наносекундным лазером с короткими импульсами, пикосекундный лазер с ультрафиолетовыми импульсами имеет лучшее поглощение пигментов, что значительно снижает повреждение окружающих тканей, вызванное неспецифическими фототермическими эффектами, и имеет меньшее воспаление, а также меньшую частоту окрашивания.

Поскольку размер частиц татуировки в теле составляет от 40 до 300 нм, TRT большинства пигментов для татуировки находится в пикосекундном диапазоне. Когда ширина импульса сжимается, фотомеханический эффект пикосекунд делает его зависимым от селективного спектрального поглощения. Например, ширина импульса в 532 нм пикосекунды соответствует размеру частиц желтых пигментов для татуировок, поэтому также сравнивается скорость удаления тугоплавких желтых татуировок. С точки зрения безопасности пикосекундные лазеры вызывают меньше повреждений тканей и имеют лучший эффект удаления по сравнению с наносекундными лазерами. Эксперимент со случайным одинарным слепым разделением показал, что пикосекундный лазер 1064/532 нм имеет скорость удаления более 75% пигментов татуировки, и его эффективность выше, чем у короткоимпульсного лазера с модуляцией добротности 1064/532 нм.

На основе текущего исследования мы пришли к выводу, что частицы красителя были разбиты пикосекундным лазером на крошечные частицы в области гравировки, которые напрямую выводились из организма через фагоцитоз макрофагов или другими путями. Мы обнаружили, что краситель для татуировок, помеченный CY-5, может стабильно существовать в области маркировки кожи крыс, как обычные красители. После пикосекундной лазерной обработки краска для татуировки распалась на крошечные частицы в месте маркировки, возможно, проходя через часть ткани. Он попал в систему кровообращения, где его метаболизм вышел из организма. Две процедуры пикосекундного лазера могут эффективно удалить все красители с выгравированных деталей, что указывает на то, что пикосекундный лазер имел хороший эффект при удалении татуировок.

У людей гистологические данные показывают, что все частицы татуировки обнаруживаются в макрофагах, фибробластах и ​​тучных клетках примерно через три месяца после введения. В ходе наших исследований мы обнаружили, что кожа крысы может обрабатывать введение чернил для татуировок быстрее, чем кожа человека. Последующая работа в этой области будет проводиться для клинического применения в механизме, чтобы обеспечить дальнейшую поддержку.

Выводы

В этом исследовании флуоресцеин CY5 использовался для маркировки красителя для татуировок, и маркированный краситель был выгравирован на коже крысы для отслеживания в реальном времени у крыс. Созданная модель татуировки крысы обрабатывалась пикосекундным лазером, а флуоресцеин возбуждался системой флуоресценции in vivo и лазерной конфокальной системой. Результаты показали, что после обработки пикосекундным лазером интенсивность флуоресценции гравированной части кожи крысы постепенно снижалась. После двух обработок на гравированной части не было обнаружено флуоресценции. В то же время было обнаружено, что после каждого лазерного воздействия разные метаболические органы будут иметь разную интенсивность флуоресценции в разные моменты времени. Некоторые красители могут напрямую выводиться из организма через кожу. В сочетании с результатами характеристического наблюдения и результатами гистологического наблюдения было дополнительно подтверждено, что пикосекундный лазер может эффективно удалять татуировки.