In den vergangenen Jahren wurde die optische Spektroskopie (UV/VIS, NIR und IR) aufgrund technischer Fortschritte zunehmend auch für die in-vivo Diagnostik in der Dermatologie angewandt. Für eine schnelle und zerstörungsfreie Analyse eignen sich spektroskopische Methoden, wenn im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich entsprechende Absorptionen der zu messenden Substanzen vorliegen. Da die Haut direkt für spektroskopische Meßmethoden zugänglich ist, ist der in vivo Einsatz dieser Messtechnologie für die Dermatologie besonders attraktiv. Die Spektroskopie bietet die Möglichkeit, die Zusammensetzung unbekannter Substanzen auf molekularer Basis zu erfassen. Das meist verwendete Messprinzip ist die Erfassung der Strahlungsabsorption einer Messprobe in Abhängigkeit von der Wellenlänge, wobei in Abhängigkeit von der Signallage und der Signalintensität sowohl qualitative als auch quantitative Aussagen getroffen werden. Ein Schwerpunkt ist die Charakterisierung von Haut hinsichtlich der Hämoglobin-Komponenten (Durchblutung mit Blutvolumen, Hb-Gesamtkonzentration und Oxigenierungsgrad). Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Bestimmung des Wassergehalts von gesunder oder erkrankter Haut und in diesem Zusammenhang auch der Einfluss von oberflächlich applizierten Wirkstoffen auf die Hauthydratation im Rahmen von Penetrationsstudien. Mit der Spektroskopie können biochemische Veränderungen bei erkrankter Haut im Vergleich zu gesunder Haut identifiziert werden, wodurch die Spektroskopie auch bei der Identifizierung von Hauttumoren als diagnostisches Kriterium herangezogen werden kann (hauptsächlich NIR- und IR-Spektroskopie).
Kosmetika und sogenannte Dermatika werden vielfach äußerlich auf Hautgewebe aufgebracht, um bestimmte Ergebnisse zur Verbesserung besonderer Hauteigenschaften (Hautschutz im Bereich Arbeitsschutz, kosmetische Effekte). Für die Bewertung von Hautveränderungen über eine Untersuchung der Hautzusammensetzung nach Applikation von Cremes, Emulsionen etc. oder nach oraler Einnahme von bestimmten Wirkstoffen, die in die Haut nach längerer Einnahme eingebaut werden, werden analytische Methoden benötigt. Für Untersuchungen von Hautoberflächen, insbesondere des Stratum Corneums, können Hautabrisse mittels transparenter Klebestreifen vorgenommen werden, mit denen die menschliche Hornhaut schichtenweise abgetragen werden kann, womit auch Informationen zu einem Tiefenprofil von applizierten Stoffen vorliegen.
Diabetes-Früherkennung:
Untersuchungen von Hautoberflächen mit unterschiedlicher Tiefendiagnostik wurden zusammen mit dem ISAS 2002 begonnen (Gewinner des BMBF-Innovationswettbewerbs zur Förderung der Medizintechnik 2001, Laufzeit voraussichtlich bis September 2004). Ziel ist die Entwicklung eines Gerätes zum Diabetes-Screening, das nichtinvasiv hohe und niedrige Blutzuckerwerte und/oder durch erhöhten Blutzucker vermehrt auftretende Glyco-Proteine in der Haut nachweisen kann. Als Messprinzip dient die diffuse Reflexion im nahen-infraroten Spektralbereich. Als Erwartungen sind hieran geknüpft, dass eine Verringerung von Schäden durch das diabetische Spätsyndrom durch frühzeitige Diagnose sowie problemlose Kontrollmessungen im Therapieverlauf erfolgen kann. Ein weiterer Aspekt unserer Untersuchungen mit dem Zusammentragen eines solch großen und sicherlich absolut wertvollen Datensatzes an IR-Spektren und medizinischen Referenzwerten ist, dass hier verwertbare Informationen zur stofflichen in-vivo Charakterisierung von unterschiedlichen Hautschichten vorliegen, die auch für die Dermatologie, insbesondere für die Diagnostik und Therapie von Hautkrankheiten, oder für die Entwicklung nicht-invasiver spektroskopischer Messtechniken zur Blutglucosebestimmung bei z.B. Diabetikern herangezogen werden können.
=> Pressemeldung 22.11.2001
Sonnenschutzmittel, Kosmetika:
UV/VIS-Reflexionsspektrometrie von Hautoberflächen mit Stratum Corneum und Dermis-Analytik (nichtverletzende Bestimmung von Lichtschutzfaktoren von Sonnenschutzmitteln, Studien zur Einlagerung von Vitaminen): Dies ist ein Projekt, was in der Vergangenheit beim ISAS unter finanzieller Unterstützung durch die Fa. Henkel bereits bearbeitet wurde. Insbesondere sind neue spektroskopische Verfahren zur verletzungsfreien Bestimmung von Lichtschutzfaktoren von Sonnenschutzmittelformulierungen erwünscht, was bislang mit der angewandten COLIPA Methode nicht möglich ist (Anwendung von sog. Lichttreppen bis zum Erzeugen eines Hauterythems (Sonnenbrand), was aus ethischen Gründen eigentlich ausgeschlossen werden sollte). Zur Zeit wird eine gemeinsame Studie mit dem Institut für Experimentelle Dermatologie (Universität Witten/Herdecke) abgeschlossen (spektroskopische Charakterisierung von ca. 60 kommerziellen Sonnenschutzmitteln; Teilaspekte sind bearbeitet in der Diplom-Arbeit von Jörg Mertens). Weiterhin sind Wechselwirkungen der Sonnenschutzmittel mit der Haut zu untersuchen (Tiefenprofile, inhomogene Verteilung von Lichtschutzstoffen/Nanopartikeln - aus TiO2 oder ZnO etc. - auf der Haut).
Simulation von Hautspektren:
Mittels des Softwaretools Matlab konnte eine Simulationssoftware für die Berechung der diffusen Reflektion des Lichtes aus der Haut erstellt werden. Es können mit Hilfe dieser Software verschiedene Hautschichten mit unterschiedlichen Streu- und Absorptionsanteilen simuliert werden, die dann für chemometrische Berechungen z.B. der Melanin- oder Blutkonzentration im Gewebe nutzbar sind.
