Inaktivierung von Proteinen und Zellen durch Laserbestrahlung von ...

2 Einleitung
lichtabsorbierende Struktur, die sich selektiv am Zielort anreichert bzw. schon
vorhanden ist, erreicht. Sind solche Stoffe in den Zellen oder im Gewebe vorhanden,
so können diese mit einem Laser bestrahlt werden, der nur von den Stoffen
absorbiert wird und lokal zu einem Effekt führt.
Beispiele sind die photodynamische Therapie (PDT), Chromophore Assisted Laser
Inactivation (CALI) und die selektive Thermolyse. PDT und CALI basieren
auf photochemisch aktiven Stoffen, die als künstliche lichtabsorbierende Strukturen
in die Zielregion gebracht werden. PDT wird als medizinisch-therapeutische
Anwendung z. B. für die Behandlung von Tumoren [75, 82] eingesetzt oder für die
Behandlung der altersbedingten Makuladegeneration klinisch getestet [23, 166].
Bei CALI werden photochemisch wirksame Farbstoffe über Antikörper an ihr Antigen
gebracht, um dieses durch eine photochemische Reaktion zu inaktivieren.
Verschiedene photochemisch wirksame Substanzen wurden getestet, die häufig
über eine sauerstoffabhängige photochemische Reaktion wirken. Die räumliche
Präzision wird durch die Diffusion der photochemischen Reaktionsprodukte bestimmt
und ist stark von der Mikroumgebung der Reaktionsorte abhängig.
Die selektive Thermolyse [6, 7] basiert auf einer thermisch induzierten Zerstörung
der Zielstruktur. Natürlich vorkommende lichtabsorbierende Strukturen wie z. B.
Melaningranula [160] oder Hämoglobin in Gefäßen [104] wurden genutzt, um diese
zu erhitzen und so deren Umgebung thermisch zu schädigen. Der thermische
Schaden wird hier auf die mikrometer- bis millimetergroßen Strukturen begrenzt,
indem die Bestrahlungsdauer an die Wärmeleitungsdauer in dem erhitzten Areal
angepaßt wird. Die Bestrahlung muss für eine hohe Präzision demnach dann
abgebrochen werden, wenn die direkte Umgebung der Absorber erhitzt wurde.
Die tolerable Bestrahlungsdauer kann durch die thermische Relaxationszeit τ
des zu erhitzenden Volumens abgeschätzt werden, wobei κ die Diffusivität des
Mediums und d der Durchmesser des Absorbers ist [85].
Heizdauer ≤ τ ≈ d2
(1.1)
27κ
Die thermische Relaxationszeit der Absorber begrenzt somit die Zeit, innerhalb
derer der thermische Schaden stattgefunden haben muss. Für Gefäße mit einigen
10 µm Durchmesser liegt die Bestrahlungsdauer bei Millisekunden. Bei mikrometergroßen
Strukturen im Mikrosekundenbereich. Will man eine höhere räumliche
Auflösung erreichen, so muss sowohl die absorbierende Struktur verkleinert als
auch die Heizdauer verkürzt werden. Dieser Zusammenhang von Absorbergröße