Effect of low-level laser therapy on metalloproteinase MMP-2 and MMP-9 production and percentage of collagen types I and III in a papain cartilage injury model

Abstract

Osteoarthritis (OA) resulting from injury or disease is associated with increased levels of several matrix metalloproteinases (MMPs), which degrade all components of the complex extracellular matrix in the cartilage. The objective of this study is to investigate the effect of low-level laser therapy (LLLT) on papain-induced joint damage in rats by histopathology and analysis of metalloproteinase 2 and 9 production. Sixty male Wistar rats were randomly distributed into four groups of 15 animals: (1) non-injury negative control, (2) injury positive control, (3) treated with LLLT at 50 mW, and (4) treated with LLLT at 100 mW. OA was induced in animals using papain (4 % solution) followed by treatment with LLLT. After 7, 14, and 21 days, the animals were euthanized. The articular lavage was collected and centrifuged; then, the supernatant was stored prior to protein analysis by western blot. The material was stained with hematoxylin and eosin for histopathological analysis, and Picrosirius Red was used to estimate the percentage of collagen fibers. To determine normal distribution, ANOVA and Tukey's post hoc test were used for comparison between and within each group at each time period. All data are expressed as mean and standard deviation values, with the null hypothesis considered as p < 0.05. Both laser groups (50 and 100 mW) were effective in tissue repair, decreasing collagen type III expression and increasing type I expression in all experimental periods; however, LLLT at 50 mW reduced metalloproteinase 9 more than at 100 mW in 21 days. LLLT at 50 mW was more efficient in the modulation of matrix MMPs and tissue repair.

Effect of Low-Level Laser Therapy in an Experimental Model of Osteoarthritis in Rats Evaluated Through Raman Spectroscopy

“…These data are consistent with the literature, which shows that articular cartilage has networks of disorganized collagen and lower quantities in the advanced stage of OA. 45,46 In OA pathophysiology, the presence of type III collagen accelerates the degradation of type II collagen. 47 Several studies, clinical and experimental, have shown the effects of laser photobiostimulation in increased cell proliferation and repair cartilage tissue.…”

Efeitos da laserterapia de baixa potência, anti-inflamatório não-esteroidal tópico e atividade física no tratamento de osteoartrite induzida por papaína.

“…O estudo de Alves et al (2013a) realizou análise histopatológica da articulação do joelho de ratos, a fim de observar os efeitos do tratamento com LBP, em diferentes tempos após a indução de OA com papaína. Sete dias após a indução de OA com papaína, observouse a presença de um processo inflamatório intrínseco, o qual foi substituído gradualmente por sinais de cronicidade.…”

“…Diversos métodos têm sido desenvolvidos e testados para induzir a OA de maneira artificial em animais (CHO et al, 2004), como coelhos, cães, equinos, ovelhas, camundongos e ratos (ALVES et al, 2013a;ALVES et al, 2013b;BAI et al, 2002;BROWN et al, 1998;CLEMMONS et al, 2002;DOS SANTOS et al, 2014;PALLOTTA et al, 2012). Dentre os métodos utilizados para indução de OA podemos citar a injeção de papaína (ALVES et al, 2013a;ALVES et al, 2013b;BROWN et al, 1998;DA ROSA et al, 2012;DOS SANTOS et al, 2014;TANAKA et al, 1992;), fluoresceína (OEGEMA e al., 1997), colagenase (KIKUCHI et al, 1998;VAN DEN BERG, 2001) e outros (BAI et al, 2002;HASHIMOTO et al, 2002;PALLOTTA et al, 2012;RATKAY et al, 1994;).…”

“…Como citado anteriormente, uma diversidade de estudos têm utilizado o modelo de indução de OA através da papaína (ALVES et al, 2013a;ALVES et al, 2013b;DOS SANTOS et al, 2014;HUANG et al, 1997;MURAT et al, 2007;). A papaína é uma enzima proteolítica extraída dos frutos do mamão, que pode ser utilizada com eficácia na indução experimental de OA, pois é responsável por liberar sulfato de condroitina do complexo polissacarídeo-proteína da matriz articular da cartilagem (HUANG et al, 1997 A utilização de um modelo experimental animal validado permite a realização de estudos mais aprofundados sobre a patogênese, a etiologia e possíveis tratamentos para a OA.…”

“…Tem sido demonstrado em modelos de experimentação animal que a LBP pode regular a proliferação de condrócitos, proteoglicanos, colágeno, proteínas não colágenas e síntese de DNA (HERMAN; KHOSLA, 1988;SCHULTZ et al, 1985). Nos últimos anos, estudos têm analisado os efeitos da LBP sobre a OA induzida pelo uso de papaína em ratos (ALVES et al, 2013a;ALVES et al, 2013b;DA ROSA et al, 2012;DOS SANTOS et al, 2014). Os resultados encontrados apontam que a laserterapia de baixa potência é efetiva em estimular angiogênese, reduzir a formação de fibrose, reparar o tecido (diminuindo a expressão de colágeno tipo III e aumentando a expressão de colágeno tipo I), reduzir a quantidade de metaloproteinases da matriz (MMPs), reduzir a quantidade de células inflamatórias e diminuir a expressão de citocinas inflamatórias, dessa forma, demonstrando que a LBP é capaz de reduzir a degradação do tecido articular, modular o processo inflamatório decorrente da OA e possivelmente, auxiliar no reparo tecidual.…”