Evaluierung der Raman-Mikrospektroskopie für das Monitoring und die Bestimmung der funktionellen Gewebeeindringtiefe der Behandlung mit physikalischem Niedertemperaturplasma basierend auf primärem und patientenspezifischem Gewebematerial

Abstract

Ziel dieser Arbeit war es, mittels Raman-Mikrospektroskopie (RM) die funktionelle Gewebeeindringtiefe von physikalischem Niedertemperaturplasma anhand der Effekte auf molekulare Zellkomponenten kontaktlos und markerfrei zu bestimmen. Darüber hinaus sollte die RM als Methode zum zukünftigen Monitoring einer Plasmabehandlung evaluiert werden. Hierzu wurden gesunde humane Gewebeproben der Zervix uteri ex vivo mit zwei unterschiedlichen Argon-Plasmaquellen, kINPen® und APCIII, unter konstanten Bedingungen nicht-thermisch behandelt. Die RM konzentrierte sich dabei auf molekulare Effekte kryokonservierter Querschnitte des Stratum superfiziale und Stratum basale. Die erhobenen Datensätze wurden mittels True Component Analysis, Principal Component Analysis und intensitätsabhängig über mean grey values ausgewertet. RM ermöglichte es, die häufigsten molekularen Komponenten insbesondere DNA und Lipide sowohl in nativem als auch in plasmabehandeltem Gewebe zu identifizieren. Per PCA konnte für diese Komponenten ein statistisch signifikanter Behandlungseffekt bis in die Basalzellschicht nachgewiesen werden, der sich nach fünfminütiger Plasmaapplikation für beide verwendeten Geräte einstellte und sich nach 24-stündiger Inkubation zum Teil verstärkte. Bezogen auf die durchschnittliche Dicke der behandelten Epithelien wurde eine Gewebeeindringtiefe von mindestens 270 µm für den kINPen® und 460 µm für das APCIII ermittelt. Der Effekt einer zweiminütigen APCIII-Behandlung auf die Basalzellschicht glich sich nach 24-stündiger Inkubation dem einer fünfminütigen an. Im direkten Vergleich sich ein unterschiedliche und gerätespezifische Zellreaktion im Gewebe. Ähnliche Versuche zur Bestimmung der Penetration fußten bisher auf vorselektierten Endpunkten wie Immunfluoreszenzfärbung, pH- oder RONS-Bestimmung. Erstmals wurde das Potential einer nicht-thermisch angewendeten elektrochirurgischen Plasmaquelle (APCIII) für die Behandlung von soliden Geweben gezeigt. Im Besonderen konnten die Parameter Behandlungsdauer, Einwirkzeit und alternierende molekulare Wirkmechanismen charakterisiert werden. Diese sind für APPJs (kINPen) in mehreren Studien untersucht worden und decken sich in weiten Teilen mit dieser Untersuchung. RM wurde als eine geeignete Methode etabliert, die ein kontaktloses und markerunabhängiges Monitoring von plasmabehandeltem Gewebe erlaubt. Zudem konnte nachgewiesen werden, dass auch Basalzellen, die als Ursprung zervikaler Neoplasien und Karzinome gelten, durch Plasmabehandlung molekular beeinflusst werden.