Untersuchungen zur CPI/III-Konzentration im Urin mittels Fluoreszenz-Spektroskopie zur Tumordiagnostik und zur Identifikation potenzieller Störfaktoren

Chalissery, Praveen George Johnson (2025): Untersuchungen zur CPI/III-Konzentration im Urin mittels Fluoreszenz-Spektroskopie zur Tumordiagnostik und zur Identifikation potenzieller Störfaktoren. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät

Abstract

Im Rahmen der Photodynamischen Therapie (PDT) und der Photodynamischen Diagnostik (PDD) kommen oral verabreichte oder lokal applizierte Photosensibilisatoren bzw. deren Vorstufen zum Einsatz. Durch die Verstoffwechslung im menschlichen Körper kommt es zu einer selektiven Anreicherung des Photosensibilisators oder dessen metabolisierter Stoffwechselprodukte im pathologischen Gewebe, zum Beispiel Tumoren. Sowohl bei der PDT als auch bei der PDD wird das pathologische Gewebe mit Licht bestimmter Wellenlänge bestrahlt. Bei der PDT führt die Bestrahlung zu einer photodynamischen Reaktion mit Bildung von Sauerstoffradikalen, die in einer Elimination des pathologischen Gewebes resultiert. Bei der PDD führt die Bestrahlung zu einer Fluoreszenz des pathologischen Gewebes, wodurch es sich vom umliegenden gesunden Gewebe abhebt und seine Resektion mittels konventionellen Prozeduren erleichtert wird. Eine bei der PDT und PDD häufig verwendete Substanz ist 5-Aminolävulinsäure (5-ALA). Sie ist die Vorstufe des Photosensibilisators Protoporphyrin IX (PpIX). Zudem sind 5-ALA und PpIX biochemische Stoffwechselprodukte der Häm-Synthese. Ausgehend von 5-ALA entstehen im Verlauf der Häm-Synthese weitere Stoffwechselprodukte wie unter anderem Coproporphyrin I und III (CPI und CPIII). Von diesen ist CPIII in den Fokus der Forschung gerückt, denn die Bestimmung der CPIII-Konzentration im Urin mittels Fluoreszenz-Spektroskopie könnte sich als zuverlässiger, effizienter und minimalinvasiver Marker für akute Porphyrien und onkologische Erkrankungen erweisen. Hierbei ist die Identifikation potenzieller Störfaktoren, die das Urin-Fluoreszenzspektrum und/oder die CPIII-Konzentration verfälschen könnten, notwendig, um mögliche Fehlinterpretationen bei Verwendung der CPIII-Konzentration in der Urindiagnostik zu verhindern. Im Rahmen dieser Dissertation wurden Lebensmittel und Nahrungsergänzungsmittel im Hinblick auf deren Einfluss auf das Urin-Fluoreszenzspektrum sowie auf die Bestimmung der CPIII-Konzentration im Urin untersucht. Daraus geht hervor, dass lediglich durch Vitamin B2 die Intensität des Urin-Fluoreszenzspektrums gesteigert wird, die Bestimmung der CPIII-Konzentration bleibt hingegen davon unberührt und unterliegt keinen Störfaktoren. Des Weiteren wurde bei fluoreszenzgestützter Resektion (FGR) von Glioblastomen im Rahmen von PDD unter oraler Verabreichung von 5-ALA untersucht, ob die CPI/III-Konzentration im Urin vor der Resektion von der Konzentration nach der Resektion abweicht. Dieses Vorgehen könnte ggf. für CPI/III-Diagnostik im Urin als potenziellen Tumormarker genutzt werden. Zudem wurde die CPI/III-Konzentration in Urinproben untersucht, die während und nach der Bestrahlung bzw. Radiodynamischer Bestrahlung mit vorheriger 5-ALA-Gabe gesammelt wurden. Bei diesen klinischen Untersuchungen konnte eine Verringerung der CPI/III-Konzentration im Urin nach Resektion des Glioblastoms jedoch noch nicht zweifelsfrei nachgewiesen werden und bedarf somit weiterer Forschung.

Abstract

In the context of photodynamic therapy (PDT) and photodynamic diagnostics (PDD), photosensitizer or its precursor substances such as 5-aminolevulinic acid (5-ALA) are either administered orally or applied locally. This leads to a targeted accumulation of metabolites like Protoporphyrin IX (PpIX) within diseased tissues, such as tumors. When these diseased tissues are exposed to light of specific wavelengths, they can be destroyed through a photodynamic reaction that generates oxygen radicals (PDT). Alternatively, the pathological tissue may exhibit fluorescence, distinguishing it from healthy tissue, thereby aiding in its surgical removal through conventional methods, such as surgery (PDD). Precursor substances for PDT and PDD such as 5-ALA and photosensitizer in PDT and PDD such as PpIX are metabolites involved in the heme synthesis pathway. Based on 5-ALA, further involved metabolites of the heme synthesis pathway include Coproporphyrin I and III (CPI and CPIII). The measurement of CPIII levels in urine through fluorescence spectroscopy may serve as a reliable, efficient, and minimally invasive biomarker for acute porphyrias and certain oncological conditions. However, it is crucial to identify potential confounding factors that could alter the urinary fluorescence spectrum and CPIII levels to avoid misinterpretation in diagnostic applications. This doctoral thesis investigates the impact of nutrition and dietary supplements on the urine fluorescence spectrum and furthermore the quantification of CPIII in urine. The findings indicate that only supplemented vitamin B2 shows an impact in form enhanced intensity of the urine fluorescence spectrum. The determination of the CPIII concentration within the urine remains stable and unaffected by any supplemented and potentially interfering substances. Furthermore, additional investigations were conducted on glioblastoma patients. The concentration of CPI/III in urine was monitored before, while and after the excision of glioblastomas during the PDD procedure with oral application of 5-ALA. A discovery of differences of the CPI/III-concentration at different times could make it possible to employ CPI/III as a marker for urine tumors. Moreover, the CPI/III-concentration was examined in urine samples collected during and after radiation and radiodynamic therapy with prior 5-ALA administration. Further research is necessary since the evidence for a clear decrease in CPI/III-concentration in urine following glioblastoma resection is still equivocal.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Keywords: Urin-Fluoreszenzspektrum, Coproporphyrin I und III, 5-Aminolävulinsäure, Vitamin B2, Photodynamische Diagnostik, Glioblastom
• Themengebiete: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften ; 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin und Gesundheit
• Fakultäten: Medizinische Fakultät
• Sprache der Hochschulschrift: Deutsch
• Datum der mündlichen Prüfung: 31. Juli 2025
• 1. Bericht­erstatter:in: Sroka, Ronald