| Lizenz: Veröffentlichungsvertrag für Publikationen ohne Print on Demand (13MB) |
- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-303772
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.30377
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 16 Juli 2014 |
| Begutachter (Erstgutachter): | Prof. Dr. Wolfgang Bäumler |
| Tag der Prüfung: | 24 Juni 2014 |
| Institutionen: | Medizin > Lehrstuhl für Dermatologie und Venerologie |
| Stichwörter / Keywords: | Singulett-Sauerstoff, UVB, Photosensibilisatoren |
| Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik |
| Status: | Veröffentlicht |
| Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
| An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
| Dokumenten-ID: | 30377 |
Zusammenfassung (Deutsch)
Die Exposition von UV-Strahlung wird für eine große Anzahl von Erkrankungen der Haut und des Auges verantwortlich gemacht. Eine hohe UV-Belastung spielt z.B. bei Immunsuppression, Photo-Karzinogenese oder Lichtalterung eine Rolle. Bisher wurde die biologisch schädliche Wirkung von UV Strahlung eingeteilt in UVB Schäden, die durch die direkte Absorption von UVB Strahlung in DNS induziert werden ...
Zusammenfassung (Deutsch)
Die Exposition von UV-Strahlung wird für eine große Anzahl von Erkrankungen der Haut und des Auges verantwortlich gemacht. Eine hohe UV-Belastung spielt z.B. bei Immunsuppression, Photo-Karzinogenese oder Lichtalterung eine Rolle. Bisher wurde die biologisch schädliche Wirkung von UV Strahlung eingeteilt in UVB Schäden, die durch die direkte Absorption von UVB Strahlung in DNS induziert werden und indirekte UVA Schäden durch die Generierung von reaktiven Sauerstoff-Spezies (ROS), insbesondere Singulett-Sauerstoff. Durch UVA Anregung kann ein endogenes Molekül von seinem Grundzustand in einen energetisch höheren Zustand übergehen. Ein Photosensibilisator zeichnet sich dadurch aus, dass er, in einen metastabilen Triplett-Zustand wechseln kann, von dem aus er Energie auf andere Moleküle z.B. Sauerstoff übertragen und so Singulett-Sauerstoff generieren kann. Allerdings können verschiedene endogene Substanzen, die als Photosensibilisatoren bei UVA Anregung bekannt sind, auch UVB Strahlung absorbieren. In dieser Arbeit wird untersucht, ob verschiedene endogene Photosensibilisatoren bei UVB Anregung in der Lage sind Singulett-Sauerstoff zu erzeugen.
In der vorliegenden Doktorarbeit wird zum ersten Mal gezeigt, dass sowohl endogene als auch exogene Substanzen durch UVB Anregung Singulett-Sauerstoff erzeugen können. Zuerst sind verschiedene endogene Substanzen wie wasser- und fettlösliche Vitamine in Lösungen untersucht worden. Die Generierung von Singulett-Sauerstoff bei UVB Anregung wurde direkt durch die Detektion von Singulett-Sauerstoff Lumineszenzphotonen bei 1270 nm nachgewiesen. Es konnten mehrere endogene UVB Photosensibilisatoren identifiziert werden. Singulett-Sauerstoff kann also sowohl durch UVA als auch durch UVB Anregung von endogenen Substanzen erzeugt werden. Von den identifizierten UVB Photosensibilisatoren wurde die Effektivität, mit der sie Singulett-Sauerstoff generieren können (Singulett-Sauerstoff Quantenausbeute), ermittelt. Einige der Vitamine haben ähnlich hohe Quantenausbeuten wie Photosensibilisatoren, die zu therapeutischen Zwecken eingesetzt werden. Außerdem wurde nachgewiesen, dass es für die Singulett-Sauerstoff Quantenausbeute der untersuchten Vitamine ohne Bedeutung ist, ob sie mit UVA oder UVB Strahlung angeregt werden, solange die Vitamine bei den entsprechenden Anregungswellenlängen Strahlung absorbieren können. Eine Veränderung der Molekülstruktur z.B. durch eine Veränderung des pH-Wertes des Lösungsmittels kann allerdings zu einer Veränderung der Singulett-Sauerstoff Quantenausbeute führen. Auch das Sonnenlicht, dem die Moleküle täglich in der menschlichen Haut ausgesetzt sind, kann zu Veränderungen der Molekülstruktur führen. Darum wurde untersucht, wie sich endogene Photosensibilisatoren bei UVB Bestrahlung verändern und welche Auswirkungen diese Veränderungen auf ihre photophysikalischen Eigenschaften haben. Einige Vitamine waren nicht photostabil bei UVB Bestrahlung und eine veränderte Singulett-Sauerstoff Quantenausbeute nach UVB Bestrahlung konnte festgestellt werden. Um einen Photosensibilisator z.B. zu therapeutischen Zwecken anwenden zu können, sollte untersucht werden wie die Generierung und Relaxation von Singulett-Sauerstoff durch diesen Photosensibilisator abläuft. Deswegen wurden die Raten und Ratenkonstanten der Singulett-Sauerstoff Erzeugung sowie die für die Singulett-Sauerstoff Erzeugung wichtigen angeregten Energieniveaus für einige endogene Vitamine, die effektiv Singulett-Sauerstoff bei UVB Anregung erzeugen können, bestimmt.
Aber nicht nur endogene Substanzen können im menschlichen Körper vorhanden sein und bei UVB Anregung Singulett-Sauerstoff erzeugen. In der menschlichen Haut können sich als exogene Substanzen auch Inhaltsstoffe verschiedener Medikamente befinden und erzeugen als mögliche Nebenwirkung Lichtempfindlichkeit der Haut. Darum wurde für eine Auswahl an Medikamenten in Lösung die Singulett-Sauerstoff Erzeugung bei UVB Anregung nachgewiesen und die Singulett-Sauerstoff Quantenausbeuten bestimmt. Einige der Medikamente erzeugen Singulett-Sauerstoff mit hoher Quantenausbeute. In der menschlichen Haut können sich als exogene Substanzen auch Inhaltstoffe von den im Alltag angewendeten Hautpflegeprodukten befinden. Dementsprechend wurden verschiedene Hautpflegeprodukte ebenfalls untersucht und einige können nachweislich Singulett-Sauerstoff bei UVB und UVA Anregung erzeugen.
Die Effektivität der Singulett-Sauerstoff Erzeugung einiger Substanzen ändert sich mit ihrer Umgebung z.B. in verschiedenen Medien oder bei unterschiedlichen pH-Werten. Die Singulett-Sauerstoff Erzeugung endogener Substanzen in der menschlichen Haut kann sich also von den Ergebnissen in Lösung unterscheiden. Darum wurde nachgewiesen, dass Suspensionen mit Zellen oder Zellbestandteilen bei UVB Anregung ebenfalls Singulett-Sauerstoff produzieren. Durch direkte Lumineszenzphotonen Detektion und indirekte Quencherexperimente wurde bestätigt, dass Proteinlysat, sowie Suspensionen aus eukaryotischen und prokaryotischen Zellen Singulett-Sauerstoff generieren können. Abschließend wurde noch gezeigt, dass Schweinehaut und menschliche Haut bei UVB Anregung Singulett-Sauerstoff erzeugen und durch die UV Bestrahlung zelluläre Aktivierungsmechanismen ausgelöst werden.
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Radiation of the ultraviolet spectral range is known to be a hazard to human health by inducing inflammation, premature skin aging, skin cancer and cataract formation in the eye. Until now the UV damage was separated in two well established mechanism pathways, the UVA and UVB response. UVB radiation is thought to damage directly the DNA in cells, because UVB radiation can be absorbed by the DNA. ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Radiation of the ultraviolet spectral range is known to be a hazard to human health by inducing inflammation, premature skin aging, skin cancer and cataract formation in the eye. Until now the UV damage was separated in two well established mechanism pathways, the UVA and UVB response. UVB radiation is thought to damage directly the DNA in cells, because UVB radiation can be absorbed by the DNA. Whereas UVA radiation can induce cell damage indirectly by generating reactive oxygen species, especially singlet oxygen. Via UVA excitation an endogenous molecule can exchange from its ground-state into an excited-singlet-state. An endogenous photosensitizer is characterized by its ability to cross to a long-living triplet state, from which energy can be transferred to other molecules like molecular oxygen and that way generate singlet oxygen. But UVB can also be absorbed by endogenous molecules and may generate singlet oxygen. Therefore the ability of different endogenous molecules to generate singlet oxygen via UVB excitation was investigated.
Numerous endogenous and exogenous molecules are able to induce singlet oxygen via UVB excitation. This was demonstrated by detecting the singlet oxygen luminescence photons at 1270 nm directly. Several endogenous molecules could be identified as UVB photosensitizers and the efficiency of singlet oxygen generation (singlet oxygen quantum yield) was determined. It was demonstrated that the singlet oxygen quantum yields of the investigated substances were independent of excitation in the UVA or UVB range as long as the substance is able to absorb at the excitation wavelength. On the hand a change in molecular structure by changing the ph value of the solution has an influence on the singlet oxygen quantum yield. UV radiation can likewise change the molecular structure. Therefore the changes of endogenous photosensitizers after UVB irradiation and the impact on photophysical properties were investigated. Some investigated substances changed their singlet oxygen quantum yield after UVB irradiation.
For using a photosensitizer for therapeutic purposes the generation and relaxation of singlet oxygen by this photosensitizer is essential. Therefore the rates and rate constants of singlet oxygen generation and relaxation were determined for some endogenous UVB photosensitizers.
Also different exogenous substances like ingredients of medicine can be in the human body and some have light sensitivity as secondary action. For a selection of drugs singlet oxygen generation via UVB excitation could be proved and the singlet oxygen quantum yields were determined. In addition skin care products, whose ingredients can penetrate human skin, were investigated and some efficiently produced singlet oxygen via UV excitation.
In dermatology the human skin is of special interest. Therefore some human cell and cell ingredients in suspension were investigated. By direct detection of luminescence photons and indirect quencher experiments singlet oxygen generation via UVB excitation could be proved for eucaryotic and procaryotic cells. Finally it was shown that porcine skin and human skin is able to generate singlet oxygen via UVB excitation and that this induces a cellular response.
Metadaten zuletzt geändert: 26 Nov 2020 01:00
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