Photobiophysics

Die Photodynamische Therapie (PDT) wird bereits seit vielen Jahren in der Krebstherapie und zur Behandlung von Hauterkrankungen sowie der Makula - Degeneration angewandt. Ihre Wirkung beruht auf der Nutzung des photodynamischen Effekts. Dabei werden nach Lichtabsorption im sichtbaren Bereich durch einen Farbstoff (den Photosensibilisator) reaktive Sauerstoffspezies, speziell Singulettsauerstoff generiert. Dieser ist in der Lage, direkt oder indirekt den Zelltod herbeizuführen. Aufgrund der Schlüsselrolle des Singulettsauerstoffs in der PDT ist sein Nachweis in vitro und in vivo von besonderer Bedeutung. Der hochempfindliche Nachweis von Singulettsauerstoff über seine NIR-Lumineszenz in biologischer Umgebung ist deshalb ein zentrales Thema unserer Arbeitsgruppe. Ein weiterer zentraler Punkt der PDT-Grundlagenforschung ist die Applikation der Photosensibilisatoren über Trägersysteme, deren Freisetzung in der Zelle und die Bestimmung des intrazellulären Wirkortes (NSF: Porphyrinic Sensitizers Aimed at Mitochondrial Targetings, in Koorperation mit Prof.U.Simonis, San Francisco State University). Die AG PBP konzentriert sich derzeit auf die Applikation von Photosensibilisatoren mittels nanopartikulärer Systeme (BMBF: Nanocancer) und deren Aufnahme in Tumoren über den EPR-Effekt. Ein neuer Ansatz zur Verbesserung der kontrollierten Freisetzung von Wirkstoffen besteht in deren Licht-getriggerten Freisetzung von den Trägersystemen in den Zellen. Zur Untersuchung von Photosensibilisatoren und Trägersystemen gehören neben der umfassenden photophysikalischen Charakterisierung auch in vitro Untersuchungen an unterschiedlichen Zellmodellen.

Der optische Nachweis der Singulettsauerstoff-Lumineszenz ist die beste Möglichkeit, instantan quantitative Aussagen über die Kinetik von Singulettsauerstoff zu erhalten. Jedoch emittiert in Wasser nur etwa eines von 2.6 Millionen Singulettsauerstoff-Molekülen ein Photon, in biologischer Umgebung noch wesentlich weniger. Zudem verändert der generierte Singulettsauerstoff die biologische Umgebung - ein Effekt, der erstmalig in der AG PBP nachgewiesen wurde. Der quantitative und zeitaufgelöste Nachweis von Singulettsauerstoff in biologischer Umgebung stellt extreme Anforderungen an den Messaufbau. Aus diesem Grund stellen die Messplätze in der AG zum grossen Teil Eigenentwicklungen dar. In Kontakt mit führenden Firmen wird ständig versucht, die Empfindlichkeit weiter zu erhöhen, um letztlich die molekularen Prozesse bei der Photosensibilisierung in vivo beobachten zu können und damit besser zu verstehen.

• Dr. S. Hackbarth

  Telefon: +49 (30) 2093 - 7648

  E-Mail: hacky@physik.hu-berlin.de

• Dipl. Phys. Jan Schlothauer

  Telefon: +49 (30) 2093 - 7893

  E-Mail: jan.schlothauer@physik.hu-berlin.de

Wie vereinbart man den Wunsch der Pharmazie nach Einfachheit von Wirkstoffen mit dem Wunsch der Ärzte nach hochselektiver Wirkstoff-Akkumulation im Zielgewebe? Verschiedenste sogenannte Carrier-Systeme wurden weltweit entwickelt und getestet. Dabei hat sich der EPR-Effekt (Enhanced Permeability and Retention) als besonders gut geeignet bei der Behandlung von bestimmten Tumoren erwiesen. Durch geschickte Verpackung kann für nahezu alle Wirkstoffe dieser Selektionsmechanismus genutzt werden.

• Dr. Annegret Preuss

  Telefon: +49 (30) 2093 - 7933

  E-Mail: annegret.preuss@physik.hu-berlin.de

Idealerweise ist ein medizinischer Wirkstoff während des Transportes durch das Tägersystem inert und wird erst vor Ort aktiviert. Dies gewährleistet höchste Selektivität und somit geringste Nebenwirkungen. Die Aktivierung muss dabei schnell und definiert erfolgen, um einerseits hohe Effizienz des Wirkstoffes sicherzustellen und andererseits die Zahl der anfallenden Nebenprodukte gering zu halten. Eine völlig neue und vielversprechende Möglichkeit dies zu erreichen, besteht in der kontrollierten lichtinduzierten Abspaltung der Wirkstoffe von einem Trägersystem. Diese Frage wird gemeinsam mit der AG von PD Dr. Jux (Universität Erlangen) untersucht.
[DFG: RO 1042/33-1]

• Prof. Dr. B. Röder

  Telefon: +49 (30) 2093 - 7625

  E-Mail: roeder@physik.hu-berlin.de

Die in vitro Untersuchungen an Photosensibilisator-Carriersystemen dienen der Charakterisierung der biologischen Wirkungsweise. Hierzu werden Experimente zur Aufnahme und zur intrazellulären Freisetzung der Photosensibilisatoren, zur intrazellulären Singulettsauerstoff-Generierung sowie der Phototoxizität der Photosensibilisatoren durchgeführt. Es werden sowohl zellbiochemische Methoden wie der enzymatische Nachweis von Apoptose (Programmierter Zelltod) als auch die in der Arbeitsgruppe zur Verfügung stehenden spektroskopischen Methoden z.B. die zeitaufgelöste Singulettsauerstoff-Lumineszenzmessung (siehe Nachweis von Singulettsauerstoff über seine NIR-Lumineszenz in biologischer Umgebung) genutzt. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf Fluoreszenzmikroskopischen Verfahren zur Untersuchung der intrazellulären Verteilung mittels konfokaler Laserscanning Mikroskopie (CLSM) und der intrazellulären Freisetzung der Photosensibilisatoren von ihren Trägersystemen mittels Fluorescence lifetime Imaging (FLIM).

• Dipl. Biophys. Annegret Preuss

  Telefon: +49 (30) 2093 - 7933

  E-Mail: annegret.preuss@physik.hu-berlin.de