The Effect of Photomodulation in Human Dermal Fibroblasts

Skin is exposed to sunlight or artificial indoor light on a daily. The reached solar light on the earth surface consist of 50% visible light and 45% infrared (IR) except for ultra violet (UV). The negative effects of UV including UVB and UVA have been steadily investigated within the last decades. However, little is known about the effects of visible or IR light. In this study, we irradiated human dermal fibroblasts using light emitting diode (LED) to investigate the optimal parameter for enhancing cell growth and collagen synthesis. We found that red of 630 nm and green of 520 nm enhance the cell proliferation, but irradiation with purple and blue light exerts toxic effects. To examine the response of irradiation time and light intensity on the fibroblasts, cells were exposed to red or green light with intensities from 0.05 to $0.75mW/cm^2$. Procollagen secretion was increased of 1.4 fold by 10 min irradiation, while 30 min treatment decreased the collagen synthesis of dermal fibroblasts. Treatment with red of $0.3mW/cm^2$ and green of 0.15 and $0.3mW/cm^2$ resulted in enhancement of collagen mRNA. Lastly, we investigated the combinatorial effect of red and green light on dermal fibroblasts. The sequential irradiation of red and green light is an efficient way for the purpose of the increase in the number of fibroblasts than single light treatment. On the other hand, the exposure of red light alone was more effective method for enhancing of collagen secretion. Our study showed that specific light parameters accelerated cell proliferation, gene expression and collagen secretion on human dermal fibroblasts. In conclusion, we demonstrate that light exposure with specific parameter has beneficial effects on the function of dermal fibroblasts, and suggests the possibility of its cosmetically and clinical application.

피부 섬유아세포에서 광자극의 효과

피부는 낮 동안 태양빛과 인공 빛에 끊임없이 노출되어 있으며, 그중 5%는 UV 영역, 50%는 가시광선, 나머지 45%는 적외선 영역으로 구성되어 있다. 이중 자외선의 피부에 대한 영향은 많은 연구가 되어 왔으나, 나머지 영역에 대한 연구는 미진한 실정이다. 이에, 가시광선에서 적외선 사이의 파장이 피부 섬유아세포에 어떤 영향을 미치는지 연구하고자 하였다. 광처리에 의한 효과는 광파장, 처리 시간, 광세기, 광조합 등 다양한 파라미터들의 조합에 의해 그 효능이 결정되므로, 본 연구에서는 섬유아세포의 성장 및 콜라겐 합성과 관련된 기능을 촉진시킬 수 있는 광처리 조건을 찾아내고자 하였다. 가시광선과 적외선 영역 사이의 6개의 파장을 처리한 결과, 레드(630 nm)와 그린(520 nm) 파장에 의해 섬유아세포의 증식이 증가함을 확인하였다. 광처리 시간은 콜라겐 합성량 증가를 위해서는 10 min의 광처리가 30 min의 광처리 보다 적합한 조건이었다. 광세기는 $0.05{\sim}0.75mW/cm^2$에서 6개의 광세기로 분할하여 실험한 결과, 레드 $0.3mW/cm^2$와 그린파장 0.15, $0.3mW/cm^2$ 세기가 type I collagen의 mRNA의 양을 증가시킬 수 있었다. 마지막으로 두 개 파장을 순차적으로 조합 처리하였을 때의 효과를 확인한 결과, 레드와 그린파장의 조합 조건은 섬유아세포의 수적증가를 목적으로 할 때 효율적인 방법이며, 콜라겐 합성에는 레드 단독처리가 보다 효과적인 방법이었다. 따라서 본 연구에서 제시하는 광처리 조건을 이용시 피부 세포의 성장이나 콜라겐 합성에 긍정적 영향을 유도할 수 있으며, 재생 및 피부 미용 등에 활용할 수 있는 가능성이 클 것으로 기대된다.