Anwendung der statischen und dynamischen Lichtstreuung – Eine Übersicht

Zusammenfassung

Die dynamische Lichtstreuung (DLS) (quasielastische Lichtstreuung, Photon Korrelationsspektroskopie) misst die Brown’sche Bewegung von Makromolekülen (MM). Kleine MM bewegen sich schnell, große langsam. DLS misst die mit diesen Bewegungen verknüpften Lichtemissionen. Daraus lässt sich mit einigen Zusatzannahmen die Relaxation dieser MM-Bewegungen berechnen sowie die hydrodynamischen Diffusionskoeffizienten solcher MM in kolloidaler Lösung. Zahlreiche pathologische Störungen im Bereich der transparenten Medien des Auges, aber auch allgemeine Krankheiten, wie die Alzheimersche Krankheit, die Atherosklerose sowie andere Alterskrankheiten können durch eine abnorme Verklumpung (Kondensation, Agglutination) von MM erklärt werden. Medikamente, wie das Panthetine, wirken auf die Ionenstärke solcher MM und können Verklumpungen verhindern. Sie sind im Tierversuch hochwirksam und es besteht die Hoffnung, dass solche Medikamente auch beim Menschen wirksam werden dürften. Statische Lichtstreuung (SLS) (Tyndallometrie, Nephelometrie) kann das Gewicht von Streupartikeln messen aber nicht, wie die DLS, die Größe von MM.

Abstract

Dynamic light scattering (DLS) measures the oscillations of macromolecules (MM) (Brownian motion). Small MM move fast, large MM slowly. DLS allows one to measure the relaxation of the movements of these MM, together with their sizes and their hydrodynamic diffusion coefficients. By DLS not only the pathogenesis of a large number of eye diseases but also those of general diseases may be determined. The origin of this class of diseases is the condensation (agglutination) of MM. Medicaments, such as Panthetine, have been shown to be effective in animal experiments by acting on the ionic strength of disturbed MM. They may have a fair chance to be effective also in humans. Static light scattering (tyndallometry, nephelometry) (SLS) is able to determine the weight of MM, but however their shape, as DLS can.

Schlüsselwörter

Dynamische Lichtstreuung - Quasielastische Lichtstreuung - Photonen Korrelationsspektroskopie

Key words

dynamic light scattering - quasi-elastic light scattering - photon correlation spectroscopy

Literatur

• 1 Chu B. Laser Scattering: Basic Principles and Practice. New York; Academic Press 1991
• 2 Tanaka T, Benedek G B. Observation of protein diffusivity in intact human and bovine lenses with application to cataract.  Invest Ophthalmol Vis Sci. 1975;  14 449-456
• 3 Bursell S E, Magnante P C, Chylack L T. In vivo uses of quasi-elastic scattering spectroscopy as a molecular probe in the anterior segment of the eye. B. R. Masters Noninvasive Diagnostic Technics in Ophthalmology New York; Springer Verlag 1990: 342-365
• 4 Rovati L, Pollonini L, Ansari R. Design and performance of an ophthalmic instrument for dynamic light scattering and fluoresence measurements in ocular tissue. Instrumentation Technology Conference. Proceedings of the 21st IEEE IMTC 04 2004
• 5 Rovati L, Fankhauser II F, Ricka J. Design and performance of a new ophthalmic instrument for dynamic light scattering in the human eye.  Rev Sci Instrum. 1996;  67 2615-2620
• 6 Fankhauser II F. The role of dynamic light scattering in the assessment of molecular alterations associated with photo-astigmatic refractive keratectomy.  2007: in press; 
• 7 Krüger R. non published results. 
• 8 Pollonini L, Pasquali A, Rovati L. et al . Pigment dispersion syndrome (PDS) assessment by dynamic light scattering.  Ophthalmic Technologies XIII, Proceedings SPIE. 2003;  SPIE 5149 1605-7422
• 9 Benedek G B. Cataract as a Protein Condensation Disease.  Invest Ophthal Vis Sci. 1997;  38 1911-1921
• 10 Murphey R M. Static and dynamic light scattering of biological macromolecules: what can we learn?.  Current Opinion in Biotechnology. 1997;  8 25-30
• 11 Küchle M, Ho T S, Nguyen N X. et al . Protein quantification and electrophoresis in aqueous humor of pseudoexfoliation eye.  Invest Ophthalmol Vis Sci. 1994;  35 748-752
• 12 Küchle M, Nguyen N X, Horn F. et al . Quantitative assessment of aqueous flare and aqueous ”cells” in pseudoexfoliation syndrome.  Acta Ophthalmol. 1992;  70 201-208
• 13 Küchle M, Nguyen N X, Naumann G OH. Aqueous flare in eyes with choroidal malignant melanoma.  Am J Ophthalmol. 1992;  113 207-208
• 14 Küchle M, Nguyen N X, Naumann G OH. Tyndallometrie mit dem Laser-flare-cell-Meter bei intraokularen Entzündungen.  Ophthalmologe. 1994;  91 219-223
• 15 Küchle M, Schönherr U, Nguyen N X. et al . Quantitative measurement of aqueous flare and aqueous ”cells” in eyes with diabetic retinopathy.  German J Ophthalmol. 1992;  1 164-169
• 16 Stock R S, Ray W H. Interpretation of photon correlation data: A comparison of analysis methods.  J Polym Sci. 1985;  23 1393-1147
• 17 Fankhauser II F. Dynamic light scattering in ophthalmology-results of in vitro and in vivo experiments.  Technology and Health Care. 2006;  14 521-535
• 18 Sebag J. Seeing the invisible: the challenge of imaging vitreous.  J Biom Optics. 2004;  9 38-46
• 19 Sebag J, Ansari R R, Dunker S. et al . Dynamic light scattering of diabetic vitreopathy.  Diabetes Technol Therap. 1999;  1 169-176
• 20 Ansari R R. Ocular static and dynamic light scattering: a noninvasive diagnostic tool for eye research.  Biom Optics. 2004;  9 22-27
• 21 Ansari R R, Suh K I, Dunker S. et al . Quantitative molecular characterisation of bovine vitreous and lens with non-invasive dynamic light scattering.  Exp Eye Res. 2001;  73 859-866
• 22 Fankhauser II F. Examination of the vitreous of diabetic patients by dynamic light scattering.  2007: in press; 
• 23 Balazs R EA, Denlinger J L. The Vitreous. The Eye New York; Academic Press 1984 3 rd ed, Vol IA: 533-589
• 24 Fankhauser II F. Dynamic light scattering in retinal pathology.  2007: in press; 
• 25 Hiroake T, Clark J I, Li X Y. et al . Effect of selected anti-cataract agents on opacification in the selenite cataract model.  Exp Eye Res. 1996;  62 11-19
• 26 Friberg G, Pande J, Benedek G B. Pathetine inhibits the formation of high Tc protein aggregates in crystalline solutions.  Curr Eye Res. 1996;  15 1182-1190
• 27 Fisher D H, Thurston G M, Ogun O. Interaction of panthetine with bovine γB crystallin ARVO Abstract No. 4054.  Invest Ophthalmol Vis Sci. 1995;  36 S884