Nichtinvasive, kontinuierliche Fluoreszenzüberwachung des Photoabbaus von Bilirubin

Skoltech-Forscher haben eine Technik verfeinert, die bei Bilirubin-Bluttests zur Diagnose von Neugeborenen-Gelbsucht und zur Feinabstimmung der dafür verschriebenen Phototherapie verwendet wird. Gelbsucht betrifft bis zu 80 % der Frühgeborenen, die mit Blaulicht-Phototherapie und konventionellen Medikamenten behandelt werden.

Bisher gibt es jedoch keine einheitlichen wissenschaftlich fundierten Richtlinien, die die genaue Lichtfarbe, Bestrahlungsstärke und -dauer festlegen. Diese Parameter müssen optimiert werden, da die Phototherapie nicht frei von Nebenwirkungen ist. Um dies zu ermöglichen, benötigen Wissenschaftler bessere Methoden zur Messung des Bilirubinspiegels, und genau darum geht es in der neuen Studie Physikalische Chemie Chemische Physik dazu beigetragen hat.

Bei bis zu 8 von 10 Frühgeborenen ist die Leber nicht in der Lage, mit Bilirubin fertig zu werden – einem giftigen Produkt des Zerfalls roter Blutkörperchen. Dies führt zu erhöhten Bilirubinspiegeln im Blut und der verräterischen gelblichen Hautfarbe.

Die Neugeborenen-Gelbsucht-Therapie beinhaltet normalerweise, das Baby blauem Licht auszusetzen. Dadurch werden die Bilirubinmoleküle so umgewandelt, dass sie vom Körper unter Umgehung der biochemischen Reaktion, die in der Leber eines kranken Säuglings gestört ist, ausgeschieden werden können.

Es gibt jedoch keine Standardrichtlinien dafür, wie lange die Blaulicht-Exposition dauern sollte, was die optimale Bestrahlungsstärke ist und wie sich dies alles auf die Schwere der Erkrankung auswirkt.

Um diese Ungewissheit zu beseitigen, brauchen Forscher eine Möglichkeit, die Bilirubinkonzentrationen im Gewebe genauer zu messen, als dies jetzt möglich ist. Die Wissenschaftler von Skoltech schlagen vor, die derzeit verwendete Technik, die erfasst, wie viel des einfallenden Lichts von der Lösung absorbiert wird, durch Fluoreszenzmessungen zu ergänzen.

Fluoreszenz bezieht sich auf Moleküle, die absorbiertes Licht mit einer niedrigeren Frequenz reemittieren. Das heißt, das Licht wird röter und trägt weniger Energie. (Die verlorene Energie geht hauptsächlich in Richtung Erwärmung oder Konfigurationsänderungen, obwohl auch andere Mechanismen beteiligt sind.) Nachdem Sie die Fluoreszenz für eine Reihe bekannter Bilirubinkonzentrationen gemessen haben, können Sie diese Daten verwenden, um Konzentrationen aus der beobachteten Fluoreszenz abzuleiten. Dies soll den bestehenden Ansatz für mehr Genauigkeit ergänzen, nicht ersetzen.

„Wir haben flüssige Proben von Bilirubin in verschiedenen Konzentrationen genommen, die sowohl normale als auch pathologische Werte umfassen, sie mit blauem Licht beleuchtet und die Fluoreszenz überwacht. Das meiste Licht wurde bei einer Wellenlänge von 532 Nanometern emittiert, was grün ist“, sagte der Hauptautor der Studie, kommentierte Sergei Perkov von Skoltech Photonics.

Nun ist zu erwarten, dass bei einer hochkonzentrierten Lösung die Fluoreszenz zunimmt, wenn Sie die Belichtung mit blauem Licht aufrechterhalten. Der Grund dafür ist, dass in einer konzentrierten Lösung überall so viel Bilirubin vorhanden ist, dass ein Großteil des Fluoreszenzlichts von anderen Bilirubinmolekülen resorbiert wird, bevor es nachgewiesen werden kann.

Wenn die Konzentration unter Blaulichtbeleuchtung allmählich abnimmt, wird dieses sogenannte Quenching weniger ausgeprägt und es sollte – und wurde – mehr Fluoreszenz beobachtet werden. So weit, ist es gut. Aber überraschenderweise zeichnete sich ein ähnlicher Trend auch für eine niedrig konzentrierte Lösung ab.

„Unsere aktuelle Hypothese ist folgende“, erklärte Perkov und bemerkte, dass dies an dieser Stelle lediglich eine Vermutung sei. „Wir wissen, dass Bilirubin von einem Protein namens Albumin transportiert wird, für das jedes Molekül mehrere „Slots“ zur Verfügung hat. Und unabhängig von der Konzentration kann ein Teil der Fluoreszenz durch die benachbarten Bilirubinmoleküle gelöscht werden, die zusammen auf einem transportiert werden Albumin. Selbst wenn die Albuminmoleküle in der niedrig konzentrierten Lösung zu weit voneinander entfernt sind, als dass die reguläre Fluoreszenzlöschung stattfinden könnte, funktioniert dieser andere Mechanismus unabhängig von der Konzentration, und wir glauben, dass dies unsere unerwarteten Ergebnisse erklärt.“

Die Wissenschaftler haben somit einen unerwarteten Effekt in der Fluoreszenzdynamik hervorgehoben und eine Kalibrierungskurve geliefert, die die beobachtete Fluoreszenz mit den Bilirubinkonzentrationen verknüpft. Das Team hofft, dass die Fluoreszenzüberwachung in Kombination mit der bestehenden Messtechnik die Phototherapie bei Neugeborenen-Gelbsucht letztendlich sicherer, effektiver und besser auf den einzelnen Patienten zugeschnitten machen wird.