dc.contributor.author
Jamil, Basil
dc.date.accessioned
2018-06-07T14:37:03Z
dc.date.available
2004-08-14T00:00:00.649Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/155
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-4359
dc.description
1
TITELBLATT, INHALT
5
1
EINLEITUNG
5
1.1
Biologischer Hintergrund
7
1.1.1
Die Zelle
7
1.1.2
Das Membransystem von Zellen
8
1.1.3
Membranaufbau
9
1.1.4
Zellorganellen
10
1.1.5
Mitochondrien
11
1.2
Metabolismus
11
1.2.1
Die oxidative Phosphorylierung
11
1.2.2 Tumormetabolismus
12
1.3
Klinik der Photodynamischen Therapie
13
1.3.1 Pharmakokinetik
13
1.3.2
Klinische Ergebnisse
13
1.3.3
Nebenwirkungen
15
1.3.4
Toxizität
15
1.3.5
Stoffwechselstörungen
16
1.3.6
Immunreaktion
16
1.4
Photosensibilisatoren
17
1.4.1
Klassifikation der Photosensibilisatoren
17
1.4.2
Farbstoffe
17
1.4.3
Porphyrine
18
1.4.3.1
Die Rolle von Porphyrinen in der PDT
18
1.4.3.2
Grundstrukturen der Porphyrine und ihrer Derivate
19
1.4.4
Photosensibilisator-Verteilung in Gewebe
21
2
PROBLEMSTELLUNG
23
3
MATERIAL UND METHODEN
26
3.1
Geräte
26
3.1.1
Lasersysteme und Parameter
26
3.1.2
Elektronspinresonanzanlage
26
3.2
Puffer und Lösungen
27
3.2.1
Photosensibilisatorlösungen
27
3.2.2
Reaktionslösung für die ESR-Untersuchungen
27
3.3
Methoden
29
3.3.1
ESR-Messung
29
3.4
Physikalischer Hintergrund
29
3.4.1
Die Physik des Lichts
30
3.4.1.1
Licht als Welle
30
3.4.1.2
Das Rutherford'sche Atommodell
31
3.4.1.3
Licht als Teilchen
32
3.4.2
Die Physik der Materie
33
3.4.3
Quantisiertes orbitales Drehmoment und das Bohr'sche Atommodell
33
3.4.4
Die Energiequantisierung der Elektronenzustände
34
3.4.5
Materie als Wellen
34
3.4.6
Elektronenorbitale
35
3.4.7
Die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie
35
3.4.7.1
Spin und Spinorbitale
35
3.4.7.2
Spin- und bahnmagnetische Momente
36
3.4.7.3
Das Pauli`sche Prinzip
37
3.4.7.4
Das Aufbauprinzip der Elemente
38
3.4.7.5
Lichtenergie, chemische Reaktivität und Valenzelektronen
40
3.4.7.6
Spektroskopische Aufspaltung in einem Magnetfeld (i)
41
3.4.8
Mehrelektronenzustände: die Ununterscheidbarkeit der Elektronen
42
3.4.9
Symmetrie und Antisymmetrie in der Quantenmechanik
42
3.4.10
Spin als eine binäre Größe
43
3.4.11
Elektronenpaare: Triplett- und Singulettzustände als Spinzustandsprodukte
44
3.4.12
Symmetrie und Parallelität
44
3.4.13
Spektroskopische Aufspaltung in einem Magnetfeld (ii)
45
3.5
Moleküle und Radikale
46
3.5.1
Chemische Bindungen
46
3.5.2
Die Grundzustandsenergie
48
3.5.3
Die Hund`schen Regeln für den Grundzustand
48
3.5.4
Der Sauerstoffgrundzustand
49
3.5.5
Die aktivierten Sauerstoffspezies (ROS)
49
3.5.5.1
Anregung aus dem Grundzustand: erlaubte Übergänge und Spinverbot
49
3.5.5.2
Folgen der Tripletteigenschaft des Sauerstoffgrundzustands
50
3.5.6
Radikale
51
3.5.6.1
Sauerstoffradikale
51
3.5.6.2
Die Superoxidanion- und Hydroperoxylradikale
52
3.5.6.3
Wasserstoffperoxid
53
3.5.6.4
Das OH-Radikal
55
3.5.7
Radikalkettenreaktion und Autooxidation
55
3.6
Photoinduzierter Elektronentransfer
56
3.6.1
Typ I-Sauerstoffaktivierung
57
3.6.1.1
Bildung von Superoxidradikalen
57
3.6.1.2
Bildung von Wasserstoffperoxid
58
3.6.1.3
OH-Radikalbildung
58
3.6.2
Typ II-Sauerstoffaktivierung: Photoinduzierte Energieübertragung
58
3.6.3
Fluoreszenz und Phosphoreszenz
59
3.6.4
Die Spin-Bahn-Kopplung
60
3.7.
Photosensibilisator-Anregung
60
3.7.1
Farbmittel vs Farbstoffe und andere Photosensibilisatoren
60
3.7.2
Die Generation von Singulettsauerstoff
61
3.7.3
Die Elektronenspinresonanz
62
3.7.4
Die Elektronenspinresonanz-Spektroskopie
63
3.7.5
Die Struktur des aufgezeichneten Spektrums
64
3.7.6
Der Einsatz von Spintraps
65
3.8
Detektion der 1O2-Erzeugung mit TEMP
67
3.9
Detektion der Sauerstoffradikalbildung mit DMPO
67
4
ERGEBNISSE
70
4.1
Spezifität des Meßsystems und Schwankungsbreite von Tag zu Tag
70
4.2
Einfluß der TEMP-Konzentration auf die Bildung des 1O2-TEMP-Produktes TEMPO
72
4.3
Einfluß der Photosensibilisator-Konzentration auf die Bildung des 1O2-TEMP-
Produktes TEMPO
74
4.4
Linearisierung der Generierungsraten von Singulettsauerstoff
77
4.4.1
Hintergrund
77
4.4.2
Auswertung
78
4.5
Spezifität der Generierung von Singulettsauerstoff
79
4.6
Vergleichende Untersuchung der Singulettsauerstoffgenerierung von Photosan 3®
und anderen Porphyrinderivaten
83
5
DISKUSSION
88
5.1
Untersuchung zur Spezifität der Generierung von Singulettsauerstoff
90
5.2
Vorversuche zur Untersuchung der Singulettsauerstoffgenerierung
90
5.3
Ergebnisse der quantitativen Vergleiche 91
5.4
Validität der Messungen 93
5.5
Einschränkungen der Methode
94
6
SCHLUßFOLGERUNGEN
95
7
ZUSAMMENFASSUNG 96
1
DANKSAGUNG
8
LITERATURVERZEICHNIS 97
dc.description.abstract
In der vorliegenden Arbeit wurden die Generierungsraten von
Singulettsauerstoff durch unterschiedliche Porphyrinderivate in wäßriger
Lösung nach Anregung durch Licht mittels Elektronenspinresonanz (ESR)
bestimmt. Es wurde Licht mit der Wellenlänge 633 nm für alle untersuchten
Substanzen benutzt, entsprechend einem Absorptionsmaximum für die beiden
klinisch eingesetzten Substanzen Photofrin II(r) oder Photosan 3(r).
Wellenlängen in diesem Bereich finden am häufigsten Anwendung in der PDT. Für
die Optimierung der quantitativen Ergebnisse wurde ein System entwickelt, das
einen Austausch der Reaktionslösungen bei konstanter Lage der Meßzelle
innerhalb des Resonators garantiert. Die Meßwerte besaßen eine
Standardabweichung von unter 3%. Die Verwendung von TEMP ermöglichte zunächst
den spezifischen Nachweis des erzeugten Singulettsauerstoffs. Eine
mathematische Auswertung der aufgezeichneten Signale war möglich. Die
quantitativen Aussagen belegten die hypothetische Linearität zwischen
Photosensibilisatorkonzentration und Singulettsauerstoffgenerierung. Anhand
der Berechnung der Anfangssteigungen der Kurven konnte ein quantitativer
Vergleich besser durchgeführt werden als anhand der maximal generierbaren
Konzentration des Singulettsauerstoff-Radikalprodukts (TEMPO). Die Ergebnisse
zeigen, daß die Bildung von 1O2 proportional sowohl zur Konzentration des
Photosensibilisators als auch zur eingestrahlten Energie ist. Insbesondere
zeigen sie, daß die unterschiedlichen Photosensibilisatoren Differenzen in der
Effektivität bezüglich der 1O2-Generierung aufweisen. Bei gleichen
Gewichtskonzentrationen zwischen Photofrin II(r) und Photosan 3(r) konnte kein
eindeutiger Unterschied in der Singulettsauerstoffgenerierung gemessen werden.
Somit sind diese beiden Substanzen diesbezüglich äquivalent.
de
dc.description.abstract
In this work, electron spin resonance (ESR) was used to determine the singlet
oxygen generation rates for several porphyrin derivatives in solution
following excitation with light. A wavelength of 633 nm was used for all
substances examined, in accordance with an absorption maximum as used with the
two substances Photofrin II and Photosan 3 in the clinical setting.
Wavelengths in this area are those that find most frequent application in PDT.
A system was developed which permitted an exchange of the reactant solutions
in the reaction cell without altering its position within the resonator, a
prerequisite for optimal quantitative results. The measurements had a standard
deviation of under 3%. The specific proof of singlet oxygen production was
obtained using TEMP. A mathematical evaluation of the detected signals was
possible. The experimental evaluation was in accord with the hypothetical
linearity between photosensitizer concentration and singlet oxygen generation.
The initial gradients of the curves permitted a better quantitative comparison
than did the maximal signal for the singlet oxygen radical product (TEMPO).
The results show that the formation of 1O2 is proportional both to the
concentration of the photosensitizers and to the applied energy. They
demonstrate in particular the differences between the diverse photosensitizers
with regard to their efficiency in generating 1O2. No clear difference was
found with respect to singlet oxygen generation between Photofrin II and
Photosan 3 at the same concentrations by weight. These two substances are
therefore equivalent in this regard.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
Singlet Oxygen
dc.subject
Photosensitizers
dc.subject
Electron spin resonance
dc.subject.ddc
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::610 Medizin und Gesundheit::610 Medizin und Gesundheit
dc.title
Elektronenspinresonanz-Untersuchungen zur Singulettsauerstoff-Generierung
verschiedener Photosensibilisatoren für die Photodynamische Therapie
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. H.-P. Berlien
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. G. Müller
dc.date.accepted
2004-07-13
dc.date.embargoEnd
2004-08-31
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-2004002084
dc.title.translated
Electron spin resonance investigations on the generation of singlet oxygen by
different photosensitizers for Photodynamic Therapy
en
refubium.affiliation
Charité - Universitätsmedizin Berlin
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000001374
refubium.mycore.transfer
http://www.diss.fu-berlin.de/2004/208/
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000001374
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access