Untersuchung der Wundheilung mittels Multiphotonentomographie

Abstract

Für Differenzierung und Diagnose unterschiedlicher Heilungsphasen akuter und chronischer Wunden wurden bisher die rein klinische Beobachtung genutzt. In den vergangenen Jahren haben sich verschiedene, nicht-invasive, optische Diagnostikverfahren im klinischen Alltag etabliert. Hierzu zählen die Optische Kohärenztomographie (OCT) und die Konfokale Laserscanningmikroskopie (CLSM). Ein weiteres, noch nicht im klinischen Alltag etabliertes System, stellt die Multiphotonentomographie (MPT) dar. Sie ermöglicht durch die Zwei- bzw. Mehrphotonenanregung die Untersuchung epidermaler und dermaler Strukturen in subzellulärer Auflösung. Ein wichtiger Messwert der MPT ist der Second Harmonic Generation-zu-Autofluoreszenz Alterungsindex der Dermis (SAAID). Dieser beschreibt im Wesentlichen das Verhältnis von Kollagenfasern und endogenen Fluorophoren in der Epidermis und Dermis. Ziel der vorgelegten Arbeit ist die Untersuchung der unterschiedlichen Heilungsphasen akuter Wunden sowie chronischer Wunden und deren Zuordnung zu den bekannten Phasen der Wundheilung mittels MPT. Hierzu wurden drei Studien durchgeführt. Die erste Studie diente der Optimierung der Messzeit während der Multiphotonentomographie. Hierfür wurden bei 10 Patienten Multiphotonenmessungen mit vier Messzeiten je Aufnahme (1 s, 3 s, 7 s, 13 s) durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass die Daten der Messzeiten von 1 s bzw. 3 s bereits qualitativ gute Informationen zur quantitativen Auswertung und der morphologischen Beurteilbarkeit liefern. In einer zweiten Studie wurden die Wundheilungsphasen akuter Wunden untersucht. Hierfür wurden 10 Patienten einer Curettage unterzogen und Multiphotonenmessungen über einen Zeitraum von 21 Tagen sowie eine Kontrollmessung 24 Monate nach der Curettage durchgeführt. Der sich ändernde Verlauf des SAAID konnte dabei den einzelnen Wundheilungsphasen Exsudation, Granulation und Epithelisierung zugeordnet werden. Die dritte Studie untersuchte chronische Wunden (Ulcus cruris) im Bereich des Wundzentrums (n=8) sowie des Wundrandes (n=6). Zusätzlich wurde die Anwendung bakterieller Nanozellulose (BNC) für die Verfahren OCT, CLSM sowie MPT als Ankopplungsadapter an die menschliche Haut untersucht. Bei allen Verfahren wurde eine Messung mit der BNC sowie eine Messung mit den standardisierten Ankopplungsadaptern durchgeführt. Die Verläufe des SAAID chronischer Wunden konnten bestimmten Wundheilungsphasen zugeordnet werden. Für BNC konnte eine Eignung als Ankopplungsadapter nachgewiesen werden. In der vorgelegten Dissertation konnte gezeigt werden, dass die MPT ein geeignetes Instrument zur Untersuchung akuter und chronischer Wunden darstellt. Darüber hinaus konnte nachgewiesen werden, dass die BNC die MPT bei Datenerfassung bzw. -auswertung nicht beeinträchtigt.

For differentiation and diagnosis of different healing phases of acute and chronic wounds, purely clinical observation has been used so far. In recent years, various non-invasive optical diagnostic methods have established themselves in clinical practice. These include optical coherence tomography (OCT) and confocal laser scanning microscopy (CLSM). Multiphoton tomography (MPT) is not yet established in clinical practice. It enables investigations of epidermal and dermal structures in subcellular resolution through two- or multiphoton excitation. An important index in MPT is the second harmonic generation-to-autofluorescence ageing index of the dermis (SAAID). It describes the ratio of collagen fibers and endogenous fluorophores in epidermis and dermis. The aim of the presented work is the investigation of different healing phases of acute as well as chronic wounds and their allocation to known phases of wound healing by MPT. Therefore, three studies were carried out. The first study served to optimize measurement time during MPT. Multiphoton measurements were performed on 10 patients with four measurement times per image (1 s, 3 s, 7 s, 13 s). It could be shown that the data of 1 s and 3 s already provide qualitatively good information for quantitative evaluation and morphological assessment. In a second study, wound healing phases of acute wounds were investigated. For this purpose, 10 patients were subjected to curettage and multiphoton measurements were performed over a period of 21 days and a control measurement 24 months after curettage. The changing course of SAAID could be assigned to individual wound healing phases exudation, granulation and epithelisation. The third study examined chronic wounds in the area of wound centre (n=8) and wound margin (n=6). In addition, application of bacterial nanocellulose (BNC) was investigated as coupling adapters to human skin in OCT, CLSM and MPT. All methods were measured with BNC as well as standardized coupling adapter. The course of SAAID in chronic wounds could be assigned to specific wound healing phases. For BNC a suitability as coupling adapter could be proven. In the presented dissertation, it could be shown that MPT is a suitable instrument for the examination of acute and chronic wounds. In addition, it has been demonstrated that BNC does not interfere with MPT during data acquisition or evaluation.