Portal für Organische Chemie

Chemie-Nachrichten > Februar

08.02.11 Folie mit Farbpartikeln hilft, pH-Verteilung einer Hautpartie sichtbar zu machen

Schnappschüsse der Flächenverteilung des pH-Werts

Einsatz in Krebstherapie und Wundheilung möglich

Abb. 1: Flächen-Darstellung des Verlaufs des pH-Werts einer akuten Wunde während des Heilungsprozesses: Phase A: akute Entzündung; B: Granulation; C: Reepithelisierung. Darunter: 2-dimensionale Verteilung der jeweiligen pH-Werte.
Quelle: Universität Regensburg

Der pH-Wert hängt mit einer ganzen Reihe von Vorgängen im menschlichen Körper zusammen. So spielt er beispielsweise auch bei der Wundheilung eine wichtige Rolle. Während der Wundheilung können gereizte oder zerstörte Hautschichten den pH-Wert beeinflussen. Dies wiederum hat Folgen für die Funktionsweise verschiedener Enzyme, die für den Aufbau und die Genesung des menschlichen Gewebes verantwortlich sind. Die Untersuchung des pH-Werts auf der menschlichen Haut beschäftigt die dermatologische Forschung deshalb schon seit mehr als einem Jahrhundert. Da der pH-Wert schon auf einer relativ kleinen Hautfläche stark unterschiedlich sein kann, sind Mediziner daran interessiert, Mittel und Wege zu finden, um den pH-Wert bzw. dessen „Verteilung“ auf größeren Hautflächen in zweidimensionalen Bildern sichtbar zu machen. Dies kann dabei helfen, den pH-Wert an den unterschiedlichen Stellen gezielt zu beeinflussen, um in einzelnen Phasen der Wundheilung therapeutische Strategien individuell festzulegen.

Die bisherigen Verfahren in der Medizin eigneten sich nur für punktuelle Untersuchungen des pH-Werts und nicht für Flächendarstellungen. Letztere waren bislang zumeist zu langsam, kaum verlässlich und wenig verträglich. Forscher der Universität Regensburg haben nun eine neue Methode entwickelt, um den pH-Wert auf menschlichem Gewebe großflächig abzubilden. Die Methode der Regensburger Forscher ist dabei „schnell, einfach, verlässlich unter wechselhaften Bedingungen und in vivo anwendbar“, sagt Dr. Stephan Schreml vom Universitätsklinikum Regensburg. Neben ihm waren auch Prof. Dr. Otto Wolfbeis und Robert J. Meier vom Institut für Analytische Chemie, Chemo- und Biosensorik, sowie Prof. Dr. Michael Landthaler, Prof. Dr. Rolf-Markus Szeimies und PD Dr. Philipp Babilas vom Regensburger Universitätsklinikum an den Untersuchungen beteiligt. Das Regensburger Verfahren kann dabei helfen, den Prozess der Wundheilung oder das Wachstum von Tumoren näher zu untersuchen, da der pH-Wert – mit Blick auf Krebserkrankungen – auch auf Veränderungen im menschlichen Stoffwechsel hinweist.

Abb. 2: Flächen-Darstellung des pH-Werts einer chronischen Wunde
Quelle: Universität Regensburg

Das Regensburger Verfahren nutzt zwei Arten fluoreszierender Farbstoffe, die an Mikropartikeln gebunden sind: eine Indikator- und eine Referenz-Farbe. Die gefärbten Partikel sind in einer 6 µm dicken Polyurethan-Hydrogel Schicht eingebettet, die auf einer 12,5 µm dicken transparenten Supportfolie aufgebracht ist. Diese Folie wird auf die Hautpartie aufgelegt und nach ca. eineinhalb Minuten gemessen. Zur Bildgebung wird die Folie mit dem Sensor mittels blauer LEDs (470 nm) angeregt. Nach Beendigung eines Lichtpulses klingen die Lumineszenzen der jeweiligen Partikel (Referenz- und Indikatorpartikel) unterschiedlich langsam ab.  Die Emission bzw. die Abgabe des Lichts durch die Indikator-Farbe hängt zudem vom pH-Wert ab. Das Verhältnis der Intensitäten der beiden Farben bildet eine verlässliche Information, um den pH-Wert der untersuchten Hautfläche zu ermitteln. Dazu werden zwei Bilder zu jeweils unterschiedlichen Zeiten aufgenommen. Das erste Bild entsteht während des Lichtpulses und es enthält sowohl die Information des pH-Indikators als auch die der Referenz. Das zweite Bild entsteht kurz nach Beendigung des Lichtpulses (0,5 µs gate). Die Information des schnell abklingenden Indikatorfarbstoffs verschwindet und es wird nur das langsamer abklingende Signal der Referenz aufgezeichnet. Anschließend werden diese Bilder durcheinander geteilt, wodurch eine Referenzierung des Signals erreicht wird.

Der Vorteil der neuen Methode liegt darin, dass auf diese Weise ein gleichmäßiges und regelmäßiges Abbild der pH-Wert-Verteilung auf einer bestimmten Körperregion bzw. Hautfläche entsteht; ohne die Nachteile von rein punktuellen Analysen, die bislang – zum Beispiel über die sogenannte pH-Elektrode – zur Verfügung standen. Die Regensburger Wissenschaftler wollen ihre Forschungsergebnisse nun konsequent weiterentwickeln. Ein Ziel ist zunächst die Untersuchung der pH-Verteilung bei chronischen Wunden. Darüber hinaus wollen die die Methode weiter vereinfachen, um eine spätere Anwendung im Labor oder im klinischen Betrieb möglich zu machen.

Quelle:

2D luminescence imaging of pH in vivo
S. Schreml, et. al., PNAS 2011. DOI: 10.1073/pnas.1006945108

Bitte zitieren Sie die Seite wie folgt:

Folie mit Farbpartikeln hilft, pH-Verteilung einer Hautpartie sichtbar zu machen
(URL: http://www.organische-chemie.ch/chemie/2011/feb/wundheilung-ph.shtm)

Verwandte Themen:

Life Sciences, Analytische Chemie