Photophysikalische Grundlagen zur Fluoreszenzdiagnostik von Tumoren der Haut

Dokumentenart:	Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation)
Open Access Art:	Primärpublikation
Datum:	26 Juni 2001
Begutachter (Erstgutachter):	Elmar Prof. Dr. Lang
Tag der Prüfung:	6 Juni 2001
Institutionen:	Biologie und Vorklinische Medizin > Institut für Biophysik und physikalische Biochemie > Prof. Dr. Elmar Lang
Stichwörter / Keywords:	Fluoreszenz , Hauttumor , Protoporphyrine , Indocyanin-Grün , , Fluorescence , Skin cancer , Protoporphyrin IX , Indocyanine-green
Dewey-Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie
Status:	Veröffentlicht
Begutachtet:	Ja, diese Version wurde begutachtet
An der Universität Regensburg entstanden:	Ja
Dokumenten-ID:	9872

Zusammenfassung (Deutsch)

Die Fluoreszenzdiagnostik (FD) ist ein neuartiges Verfahren zur Früherkennung von Tumoren, bei dem ein Farbstoff selektiv im Tumorgewebe angereichert und durch sein Fluoreszenzlicht lokalisiert wird. In der Arbeit wurde der Einfluss von photophysikalischen Faktoren auf die FD von Tumoren der Haut in vitro und in vivo untersucht. Dazu wurden die optischen Eigenschaften der Haut sowie das Verhalten ...

Zusammenfassung (Deutsch)

Die Fluoreszenzdiagnostik (FD) ist ein neuartiges Verfahren zur Früherkennung von Tumoren, bei dem ein Farbstoff selektiv im Tumorgewebe angereichert und durch sein Fluoreszenzlicht lokalisiert wird.
In der Arbeit wurde der Einfluss von photophysikalischen Faktoren auf die FD von Tumoren der Haut in vitro und in vivo untersucht. Dazu wurden die optischen Eigenschaften der Haut sowie das Verhalten der Farbstoffe Indocyaningrün (ICG) und Protoporphyrin IX (Pp IX) im Tiermodell und humanen Tumoren bestimmt.
Das Anregungs- und Fluoreszenzlicht wird durch endogene Chromophore absorbiert und gestreut. Dabei nehmen beide Effekte mit zunehmender Wellenlänge ab, sodass im roten Spektralbereich die größte Eindringtiefe erreicht wird. Die optischen Eigenschaften der Haut werden durch die Absorption von Melanin und Hämoglobin sowie durch die Streuung an Kollagenfasern in der Dermis bestimmt.
Die Absorptions- und Emissionsbanden von ICG liegen im nahen IR und überlappen, sodass Reabsorption eintritt. Durch Vergleich der Abbauzeiten von ICG im Blutplasma aus fluorimetrischen und spektroskopischen Messungen ergab sich ein Unterschied, der auf die Extravasation und/oder Bindung an Endothelzellen hinweist.
Pp IX wird erst im Gewebe aus 5-Aminolävulinsäure hergestellt, wobei der Regulationsmechanismus der Häm-Biosynthese umgangen und Pp IX in den Tumorzellen angereichert wird. Die maximale Absorption von Pp IX liegt im Blauen, sodass die FD auf oberflächliche Tumoren begrenzt bleibt. Durch die Abnahme der Fluoreszenzquantenausbeute mit steigender Konzentration kommt es bei der FD zur Unterschätzung der Farbstoffkonzentration im Gewebe.
Anhand eines Fallberichts konnte der Nutzen der fluoreszenzgestützten Biopsie von Basalzellkarzinomen bei klinisch schwer zu diagnostizierenden Befunden mit Hilfe eines bildgebenden Verfahrens demonstriert werden.

Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)

Fluorescence-based diagnosis (FD) is a new modality to detect neoplastic tissue at an early stadium. For this purpose a fluorescent dye is applied, which accumulates selectively in the target tissue. Due to the irradiation with light the emitted fluorescence allows the detection of the dye. In this study the impact of photophysical factors to the FD of skin cancers was investigated in vitro and ...

Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)

Fluorescence-based diagnosis (FD) is a new modality to detect neoplastic tissue at an early stadium. For this purpose a fluorescent dye is applied, which accumulates selectively in the target tissue. Due to the irradiation with light the emitted fluorescence allows the detection of the dye.
In this study the impact of photophysical factors to the FD of skin cancers was investigated in vitro and in vivo. The optical properties of the skin as well as the behaviour of indocyanine-green (ICG) and protoporphyrin IX (Pp IX) were determined.
The excitation light and the fluorescence are attenuated by absorption and scattering at endogenous chromophores. Both effects become weaker with increasing wavelength. Therefore the deepest penetration depth of light is attained in the red spectrum. The optical properties of the skin are mainly determined by the absorption of melanin and hemoglobin as well as by scattering at collagen fibres in the dermis.
The absorption and emission of ICG lies in the near IR and they overlap, so that the fluorescence is reabsorbed. The comparison of fluorimetrical and spectroscopical measurements of the ICG clearance in the plasma revealed a significant difference indicating the extravasation of ICG and/or binding to endothelial cells.
Pp IX is metabolised from 5-aminolaevulinic acid in the tissue. In this process the regulation mechanism of the heme biosynthetic pathway is skipped and Pp IX is accumulated in the tumor cells. The maximum absorption of Pp IX is in the blue spectrum, therefore the FD will be limited to superficial lesions. Due to the decrease of the fluorescence quantum yield with increasing concentration the dye concentration in the tissue is undervalued.
The benefit of a fluorescence-based biopsy of basal cell carcinoma using image processing is demonstrated in a case report.

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