《Journal of Advanced Research》：Non-invasive and painless mid-infrared modulation increases collagen in human and mouse skin
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本研究针对当前增强皮肤胶原蛋白合成方法常伴随疼痛和组织创伤的难题，开发了一种非侵入性、无痛的中红外调制（MIMO）技术。研究人员通过优化MIMO照射参数（70 mW/cm2），在人体、小鼠模型及人真皮成纤维细胞中证实，该技术能安全有效地促进皮肤胶原沉积，其机制涉及下调胶原降解酶MMP-1，同时上调促胶原合成因子TGF-β、HSP47和HSP70。此研究为皮肤年轻化和抗衰老领域提供了一种前景广阔的新型无创治疗策略。
皮肤，作为人体最大的器官，是抵御环境侵害的重要屏障，并承担着调节体温、维持体液平衡和感知外界刺激等多种关键功能。其结构完整性和弹性主要由细胞外基质（ECM）赋予，而胶原蛋白作为其中最丰富的蛋白质，约占皮肤干重的75%，提供了至关重要的抗张强度和弹性。然而，随着皮肤老化——无论是内在的自然衰老还是外在的（尤其是由长波紫外线UVA暴露引起的）光老化——其典型特征便是细胞外基质的逐渐恶化。这表现为胶原纤维碎片化、交联，成纤维细胞合成能力下降，以及慢性低度炎症，最终导致皱纹形成、弹性丧失和组织萎缩。UVA辐射通过产生活性氧（ROS）加剧这一过程，损害真皮成纤维细胞并破坏ECM稳态。
因此，对抗胶原流失、 rejuvenate（ rejuvenate ）真皮基质成为美容医学的核心策略。虽然外源性胶原蛋白注射和透明质酸填充剂能暂时恢复皮肤容积并可能刺激部分新胶原形成，但其效果往往是短暂的且具有侵入性。非侵入性的营养方法，如口服胶原蛋白水解产物，日益受到欢迎。特别是海洋来源的胶原蛋白，因其高生物利用度和生物相容性，在改善皮肤水合作用、弹性及减少皱纹方面显示出潜力。光电疗法，如射频（RF）和近红外（NIR）设备，利用受控热效应诱导真皮加热，刺激成纤维细胞活性，上调生长因子（如TGF-β），促进胶原重塑和新胶原生成，从而实现皮肤紧致和皱纹减少。然而，与近红外光谱相比，中红外（MIR）光谱因其独特的组织相互作用特性，在增强皮肤胶原蛋白方面的治疗潜力尚未得到充分探索。
在此背景下，研究人员开展了一项研究，旨在探究中红外调制（MIMO）照射能否有效促进人和动物模型皮肤中的胶原沉积，并阐明其对人真皮成纤维细胞胶原生成的直接影响。该研究最终发表在《Journal of Advanced Research》上。
为了开展此项研究，作者团队运用了多项关键技术方法。研究采用了多尺度实验设计，涵盖体外实验（使用人真皮成纤维细胞HDFa）、体内小鼠模型实验以及人体志愿者临床试验。安全性评估通过疼痛指数量表（人体）和行为痛觉反应潜伏期及皮肤表面温度监测（小鼠）来确定安全且有效的MIMO照射参数（70 mW/cm2）。胶原厚度的变化使用高频超声成像系统进行无创评估，并通过组织学染色（如EVG-VB染色）和酶联免疫吸附测定（ELISA）对皮肤组织样本进行胶原含量及相关蛋白（如MMP-1, TGF-β, HSP47, HSP70, 胶原I、III等）的定量分析。在细胞实验中，通过CCK-8法和EdU法分别评估了MIMO对人真皮成纤维细胞活力和增殖的影响，并通过免疫荧光染色和ELISA检测了胶原蛋白I和III的表达与分泌。统计分析采用了非参数检验方法。
MIMO增加人体皮肤胶原厚度
研究首先在17名健康志愿者前臂皮肤上进行MIMO照射。通过疼痛指数评估，确定了70 mW/cm2为安全有效的照射强度。高频超声成像显示，单次MIMO照射（70 mW/cm2, 10分钟）即可显著增加所有受试者皮肤胶原层的厚度，且效果在不同性别和年龄亚组中表现一致。与作为阳性对照的射频（RF）治疗相比，MIMO在胶原增厚方面显示出更优的增长率和更持久的效应。此外，MIMO仅引起皮肤水合度的短暂下降和轻微、可自行消退的红斑，对皮肤弹性和黑色素含量则无显著影响，证明了其良好的安全性。
MIMO增加小鼠皮肤胶原厚度
在BALB/c裸鼠模型中，研究人员进一步验证了MIMO的效果并优化了参数。安全性测试表明，70 mW/cm2的MIMO照射不会引起明显的伤害性行为或皮肤损伤，且皮肤表面温度升高可控。剂量反应实验显示，在10分钟照射下，胶原增厚效果随强度（10至70 mW/cm2）增加而增强，其中70 mW/cm2效果最显著。照射时间优化实验发现，30分钟照射产生的胶原增厚效果最佳且最持久，而60分钟长时间照射的效果反而在24小时后部分回退。
MIMO不会上调促炎因子和趋化因子
为了排除MIMO效应由炎症驱动的可能性，研究检测了MIMO处理后小鼠皮肤中关键促炎细胞因子（TNF-α, IL-2, IL-6, IL-12, IL-17）和趋化因子CXCL1的水平。ELISA结果显示，与未处理对照组相比，MIMO照射后这些因子的表达均未发生显著上调，表明MIMO促进胶原沉积的过程不依赖于炎症反应的激活。
重复MIMO照射延长胶原增厚效果
为了评估累积效应，研究对小鼠进行了连续7天、每天30分钟的MIMO照射。超声监测显示，胶原厚度从首次照射后即显著增加，并在7天治疗期内呈现累积性增厚。更重要的是，这种增强的胶原结构在停止治疗后可持续长达四周。组织学（EVG-VB染色）和生化（ELISA测总胶原含量）分析均证实了MIMO处理区域胶原基质的确切增加。
MIMO调节胶原相关蛋白表达
机制探讨方面，研究人员分析了胶原代谢关键调控蛋白的动态变化。发现在早期阶段（治疗后7天内），MIMO处理显著下调了胶原降解酶MMP-1的表达，同时上调了促胶原合成的关键因子TGF-β、胶原特异性分子伴侣HSP47以及应激诱导型伴侣HSP70。在后期阶段（最多至28天），TGF-β和HSP70的表达仍维持在较高水平。这表明MIMO通过协同上调合成/折叠促进因子（TGF-β, HSP47, HSP70）和下调降解酶（MMP-1），创造了一个利于净胶原积累的分子环境。
MIMO促进培养的人成纤维细胞胶原生产
体外实验直接证实了MIMO对成纤维细胞的直接影响。用70 mW/cm2 MIMO照射人真皮成纤维细胞10分钟，48小时后检测发现，与未处理对照组相比，MIMO能显著增强细胞活力、促进细胞增殖（效果与阳性对照维生素C相当）。更重要的是，免疫荧光染色和ELISA结果均表明，MIMO处理显著增加了细胞内和分泌到培养基中的胶原蛋白I和III的表达量，其促进胶原生产的效果与维生素C处理组无显著差异。
该研究的结论部分指出，MIMO照射代表了一种安全、无痛、非侵入性的新方法，能够有效增强人和小鼠皮肤中的胶原沉积。其作用机制涉及直接刺激成纤维细胞合成胶原（I型和III型），并通过调节胶原代谢相关蛋白（上调TGF-β、HSP47、HSP70，下调MMP-1）来促进净胶原积累，且效果持久。与现有的一些皮肤年轻化技术相比，MIMO在安全性和耐受性方面展现出明显优势。尽管其确切的生物物理机制（如特定光生物调节与温和热效应的结合）仍需深入探索，但本研究的结果确立了MIMO作为一种有前景的策略，用于增强皮肤质量、对抗皮肤老化相关的胶原流失，为再生美容医学提供了新的可能性。研究也指出了局限性，如人体长期疗效需进一步验证，以及在不同老化程度皮肤中的适用性有待评估。
