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Medizinische Physik 3

E-BookPDF1 - PDF WatermarkE-Book
453 Seiten
Deutsch
Springer Berlin Heidelbergerschienen am08.09.20052005
Die medizinische Physik hat sich in den letzten Jahren zunehmend als interdisziplinäres Gebiet profiliert. Um dem Bedarf nach systematischer Weiterbildung von Physikern, die an medizinischen Einrichtungen tätig sind, gerecht zu werden, wurde das vorliegende Werk geschaffen. Es basiert auf dem Heidelberger Kurs für medizinische Physik. Die drei Bände vermitteln das für die Fachanerkennung als Medizinphysiker notwendige medizinische und physikalische Wissen. Im Band I werden die medizinischen, medizintechnischen und biomathematischen Grundlagen behandelt. Band II ist der medizinischen Strahlenphysik, Tomographie, Ultraschalldiagnose, Nuklearmedizin und dem Strahlenschutz gewidmet. Band III stellt Grundlagen und Anwendung der medizinischen Laserphysik und Optik vor.mehr
Verfügbare Formate
BuchGebunden
EUR109,99
E-BookPDF1 - PDF WatermarkE-Book
EUR78,22

Produkt

KlappentextDie medizinische Physik hat sich in den letzten Jahren zunehmend als interdisziplinäres Gebiet profiliert. Um dem Bedarf nach systematischer Weiterbildung von Physikern, die an medizinischen Einrichtungen tätig sind, gerecht zu werden, wurde das vorliegende Werk geschaffen. Es basiert auf dem Heidelberger Kurs für medizinische Physik. Die drei Bände vermitteln das für die Fachanerkennung als Medizinphysiker notwendige medizinische und physikalische Wissen. Im Band I werden die medizinischen, medizintechnischen und biomathematischen Grundlagen behandelt. Band II ist der medizinischen Strahlenphysik, Tomographie, Ultraschalldiagnose, Nuklearmedizin und dem Strahlenschutz gewidmet. Band III stellt Grundlagen und Anwendung der medizinischen Laserphysik und Optik vor.
Details
Weitere ISBN/GTIN9783540266303
ProduktartE-Book
EinbandartE-Book
FormatPDF
Format Hinweis1 - PDF Watermark
FormatE107
Erscheinungsjahr2005
Erscheinungsdatum08.09.2005
Auflage2005
Seiten453 Seiten
SpracheDeutsch
IllustrationenXX, 453 S.
Artikel-Nr.1428096
Rubriken
Genre9200

Inhalt/Kritik

Inhaltsverzeichnis
1;Vorwort;6
2;Inhaltsverzeichnis;10
3;Mitarbeiter;20
4;1 Das visuelle System des Menschen;22
4.1;1.1 Die Optik des Auges;22
4.1.1;1.1.1 Physiologie des menschlichen Auges;22
4.1.2;1.1.2 Das optische System des Auges;23
4.1.3;1.1.3 Modelle des menschlichen Auges;24
4.2;1.2 Grenzen der räumlichen Auflösung des Auges;26
4.2.1;1.2.1 Auflösungsvermögen ( Visus);26
4.2.2;1.2.2 Einfluss der Beugungseffekten;27
4.2.3;1.2.3 Abbildungsfehler des menschlichen Auges;30
4.2.4;1.2.4 Rezeptorendichte der Netzhaut;31
4.3;1.3 Optische Qualität des Auges;33
4.4;1.4 Hornhauttopographie;36
4.4.1;1.4.1 Messmethoden;36
4.4.2;1.4.2 Darstellung der Hornhauttopographie;42
4.4.3;1.4.3 Ausblick;42
4.5;1.5 Aberrometrie;43
4.5.1;1.5.1 Messmethoden;43
4.5.2;1.5.2 Darstellung der Ergebnisse;46
4.6;1.6 Wellenfrontbasierte Optimierung der optischen Abbildung des menschlichen Auges mittels refraktiver Laserchirurgie;49
4.6.1;1.6.1 Einführung;49
4.6.2;1.6.2 Die wellenfrontgesteuerte LASIK;52
4.6.3;1.6.3 Erste klinische Ergebnisse;54
4.6.4;1.6.4 Ausblick;58
4.7;Literatur;59
5;2 Optische Komponenten;60
5.1;2.1 Eigenschaften von optischen Substraten;60
5.2;2.2 Brechende Medien;62
5.2.1;2.2.1 Linsen;62
5.2.2;2.2.2 Prismen;63
5.2.3;2.2.3 Lichtfasern;63
5.3;2.3 Beschichtungen, Spiegel und Filter;65
5.3.1;2.3.1 Metallische Beschichtungen;65
5.3.2;2.3.2 Dielektrische Beschichtungen;66
5.4;2.4 Polarisationsemp.ndliche Optiken;67
5.4.1;2.4.1 Polarisatoren;67
5.4.2;2.4.2 Verzögerungsplatten;68
5.4.3;2.4.3 Pockel-Zellen;68
5.4.4;2.4.4 Faraday-Rotatoren;69
5.5;2.5 Lichtmodulatoren;69
5.6;2.6 Optische Detektoren;70
5.6.1;2.6.1 Photodioden;70
5.6.2;2.6.2 Charge-Coupled Devices (CCD);70
5.6.3;2.6.3 Photomultiplier;71
5.6.4;2.6.4 Streak-Kameras;71
5.7;Literatur;72
6;3 Beugungsoptik;74
6.1;3.1 Einführung und einfache Beispiele;74
6.1.1;3.1.1 Was ist Beugung?;74
6.1.2;3.1.2 Beispiele für Beugung;74
6.1.3;3.1.3 Das Huygens-Fresnel-Prinzip;74
6.1.4;3.1.4 Die Beugung am Doppelspalt;75
6.1.5;3.1.5 Die Beugung am Einzelspalt;76
6.1.6;3.1.6 Die Beugung am Gitter;77
6.1.7;3.1.7 Der Einfluss der endlichen Spaltbreite;78
6.2;3.2 Die Theorie der Beugung;78
6.2.1;3.2.1 Das Beugungsintegral;79
6.2.2;3.2.2 Das Babinet-Prinzip;80
6.3;3.3 Die Fraunhofer-Beugung;81
6.3.1;3.3.1 Die Berechnung einer rechteckigen Blende;82
6.3.2;3.3.2 Die Beugung an einer kreisförmigen Blende;83
6.3.3;3.3.3 Das Auflösungsvermögen eines optischen Instruments;87
6.4;3.4 Fresnel-Beugung;87
6.4.1;3.4.1 Die Cornu-Spirale;90
6.5;Literatur;92
7;4 Kohärente Optik;94
7.1;4.1 Der Kohärenzbegriff;94
7.1.1;4.1.1 Interferenzf ¨ ahigkeit des Lichts;94
7.1.2;4.1.2 Zeitliche Koh ¨ arenz;96
7.1.3;r;97
7.1.4;4.1.3 R ¨ aumliche Koh¨ arenz;98
7.2;4.2 Ausbreitung von Laserlicht: der Gauß-Strahl;99
7.3;4.3 Resonante Wechselwirkung von Laserlicht und Materie;103
7.3.1;4.3.1 Elektromagnetische Welle im polarisierbaren Medium;103
7.3.2;4.3.2 Klassisches Oszillatormodell: Absorption und Dispersion;105
7.3.3;4.3.3 Verbindung zur Quantenmechanik und Lasertheorie;106
7.4;Literatur;108
8;5 Nichtlineare Optik und kurze Laserpulse;110
8.1;5.1 Ausbreitung elektromagnetischer Wellen;110
8.2;5.2 Lineare Wellenausbreitung;111
8.2.1;5.2.1 Dispersion;111
8.2.2;5.2.2 Dämpfung und Verstärkung;114
8.3;5.3 Nichtlineare Wellenausbreitung;114
8.3.1;5.3.1 Die nichtlineare Suszeptibilität;115
8.3.2;5.3.2 Wichtige nichtlineare Prozesse;117
8.4;5.4 Erzeugung von kurzen Laserpulsen;120
8.5;5.5 Güteschaltung;122
8.5.1;5.5.1 Aktive Güteschaltung;122
8.5.2;5.5.2 Passive Güteschaltung;123
8.6;5.6 Modenkopplung;124
8.6.1;5.6.1 Aktive Modenkopplung;124
8.6.2;5.6.2 Passive Modenkopplung;126
8.7;5.7 Lasersysteme;128
8.7.1;5.7.1 Kompakter diodengepumpter modengekoppelter Laser;128
8.7.2;5.7.2 Regenerativer Verstärker;129
8.8;Literatur;129
9;6 Lineare Laserspektroskopiemethoden;132
9.1;6.1 Lineare Laserspektroskopiemethoden;132
9.1.1;6.1.1 Laserinduzierte Fluoreszenz (LIF);132
9.1.2;6.1.2 Zweiniveaumodell der LIF;134
9.2;6.2 Absorptionsspektroskopie;137
9.2.1;6.2.1 Absorption und Dispersion;137
9.2.2;6.2.2 Absorptionsspektroskopie mit Lasern;139
9.3;Literatur;146
10;7 Nichtlineare Laserspektroskopiemethoden;148
10.1;7.1 Die nichtlineare Wechselwirkung von quantenmechanischen Systemen mit Licht;148
10.1.1;7.1.1 Nichtlineare Raman-Prozesse;148
10.2;7.2 Nichtlineare Absorptionsspektroskopie;153
10.2.1;7.2.1 DFWM;154
10.2.2;7.2.2 Lasermassenspektroskopie;156
10.3;Literatur;157
11;8 Konfokale Mikroskopie in der Genomforschung;158
11.1;8.1 Problemstellung;158
11.2;8.2 Methodische Grundlagen der dreidimensionalen Mikroskopie;160
11.2.1;8.2.1 Grundprinzip;160
11.2.2;8.2.2 Konfokale Fluoreszenzmikroskopie;161
11.2.3;8.2.3 Fluoreszenzmarkierungstechniken;165
11.2.4;8.2.4 Dreidimensionale Digitale Bildverarbeitung;166
11.2.5;8.2.5 Experimentelle Kalibrierungsmessungen;169
11.2.6;8.2.6 Modelle zur Architektur von Zellkern und Chromosomen;176
11.3;8.3 Ergebnisse;179
11.3.1;8.3.1 Ausdehnung individueller Chromosomenterritorien;179
11.3.2;8.3.2 Exklusivität der Chromosomenterritorien;180
11.3.3;8.3.3 Morphologie von Chromosomenterritorien;180
11.3.4;8.3.4 Topologie der Chromosomenterritorien;183
11.3.5;8.3.5 Dynamik der Kernarchitektur;185
11.4;8.4 Perspektiven;186
11.4.1;8.4.1 Bedeutung einer dreidimensionalen Kernarchitektur;186
11.4.2;8.4.2 Weiterentwicklung der konfokalen Mikroskopie;187
11.4.3;8.4.3 Verbesserung von Markierungsmethoden;190
11.4.4;8.4.4 Weiterentwicklung von Computermodellen;190
11.4.5;Danksagung;192
11.5;Literatur;192
12;9 Hochauflösende 3D- Lichtmikroskopie;200
12.1;9.1 Grundlegendes zur Auflösung;200
12.2;9.2 Die Punktabbildungsfunktion als dreidimensionale Sonde;203
12.2.1;9.2.1 Das konfokale Fluoreszenzrastermikroskop;203
12.2.2;9.2.2 Das Multiphotonen.uoreszenzrastermikroskop;208
12.2.3;9.2.3 Anregung durch Ein- und Multiphotonenabsorption;210
12.2.4;9.2.4 Limitierende E.ekte in der Multiphotonenmikroskopie;217
12.2.5;9.2.5 Die Detektionse.zienz eines Rastermikroskops;219
12.2.6;9.2.6 Anwendungsbeispiele der Multiphotonenmikroskopie;219
12.2.7;9.2.7 Auflösung der Ein- und Multiphotonenmikroskopie;223
12.2.8;9.2.8 Konfokale Multiphotonenmikroskopie;223
12.3;9.3 Point-Spread-Function-Engineering als Ansatz zur Auflösungserhöhung im Fernfeldmikroskop;224
12.3.1;9.3.1 Grundlagen der 4p-konfokalen Mikroskopie;225
12.3.2;9.3.2 Multiphotonen-4p-konfokale Mikroskopie;229
12.3.3;9.3.3 Hochstauflösung in lateraler Richtung: Neuere Konzepte;233
12.4;9.4 Zusammenfassung und Ausblick;234
12.5;Literatur;235
13;10 Flusszytometrie;236
13.1;10.1 Historie;237
13.2;10.2 Allgemeiner Aufbau und Prinzip eines Flusszytometers;238
13.3;10.3 Technische Aspekte;241
13.3.1;10.3.1 Lichtquellen;241
13.3.2;10.3.2 Anregungsoptik;241
13.3.3;10.3.3 Detektionsoptik;244
13.3.4;10.3.4 Hydrodynamik von Jet- in- Air - Tröpfchensortern;246
13.4;10.4 Fluoreszenzmarkierung;251
13.5;10.5 Slit-Scan-Analyse und Sortierung;252
13.6;Literatur;255
14;11 Optische Datenerfassung und - verarbeitung;258
14.1;11.1 Optische Datenspeicherung und -wiedergabe bei CD;258
14.1.1;11.1.1 Konfokale Mikroskopie;260
14.1.2;11.1.2 Bildübertragung;262
14.1.3;11.1.3 Konfokale Fluoreszenzmikroskopie;264
14.1.4;11.1.4 Beobachtung;265
14.2;Literatur;269
15;12 Holographie und holographische Interferometrie;270
15.1;12.1 Aufzeichnung, Speicherung und Rekonstruktion des Hologramms;270
15.1.1;12.1.1 Aufzeichnung des Hologramms;270
15.1.2;12.1.2 Rekonstruktion des Hologramms;271
15.1.3;12.1.3 Holographische Interferometrie;272
15.2;Literatur;276
16;13 Optische Interferometrie;278
16.1;13.1 Grundbegri.e der Interferometrie;278
16.1.1;13.1.1 Linienbreite der Lichtquelle und Kohärenzlänge;278
16.1.2;13.1.2 Räumliche Kohärenz;280
16.1.3;13.1.3 Zweistrahlinterferenz;280
16.1.4;13.1.4 Zweistrahlinterferenzanordnungen;281
16.2;13.2 Einige Interferenzanordnungen in der Messtechnik;282
16.2.1;13.2.1 Fizeau-Interferenzgerät;282
16.2.2;13.2.2 Michelson-Anordnung;283
16.2.3;13.2.3 Twyman-Green-Interferometer;284
16.2.4;13.2.4 Interferometrie in der Längenmessung;285
16.2.5;13.2.5 Mach-Zehnder-Interferometer;285
16.2.6;13.2.6 Wellenfrontscherungsinterferometer;286
16.3;13.3 Digitale interferometrische Messtechnik;287
16.3.1;13.3.1 Phasenschiebeverfahren;288
16.3.2;13.3.2 Anwendung der Interferenzmethoden in der Mikroskopie;290
16.4;13.4 Heterodynverfahren;292
16.5;13.5 Interferometrische Längenmessung;293
16.5.1;13.5.1 Interferometrische Messung geometrischer Größen und Fehlerquellen;295
16.5.2;13.5.2 Fehlerquellen;296
16.6;13.6 Weitere Verfahren der interferometrischen Messtechnik;296
16.6.1;13.6.1 Zweiwellenlängen- (2l)- Verfahren;296
16.6.2;13.6.2 Interferometer mit computergeneriertem Prüfhologramm;297
16.6.3;13.6.3 Weißlichtinterferometrie;297
16.7;Literatur;298
17;14 Lasersysteme;300
17.1;14.1 Gaslaser;300
17.1.1;14.1.1 Helium-Neon-(HeNe-)Laser;300
17.1.2;14.1.2 Argon-Ionen-( Ar+-)Laser;302
17.1.3;14.1.3 Kohlendioxid-( CO2-) Laser;303
17.1.4;14.1.4 Excimerlaser;307
17.1.5;14.1.5 Konstruktion;309
17.1.6;14.1.6 Farbstoffaser;311
17.1.7;14.1.7 Laseraufbau;314
17.2;14.2 Festkörperlaser;316
17.2.1;14.2.1 Rubinlaser;317
17.2.2;14.2.2 Neodym-YAG-Laser (inkl. Erbium-, Holmiumlaser);318
17.2.3;14.2.3 Halbleiterlaser;321
17.3;14.3 Diodengepumpte Festkörperlaser;324
17.4;14.4 Ultrakurzpulslaser;326
17.4.1;14.4.1 Pikosekundenlaser im IR, sichtbaren;326
17.4.2;14.4.2 Ti:Saphir-Femtosekundenlaser;335
17.5;14.5 Freie-Elektronen-Laser;340
17.5.1;14.5.1 Physikalisches Prinzip der Freie-Elektronen-Laser;340
17.5.2;14.5.2 Die Freie-Elektronen-Laser FELIX und S-DALINAC;341
17.5.3;14.5.3 Medizinische Forschung mit FEL;342
17.6;Literatur;343
18;15 Laser-Gewebe-Wechselwirkungen;344
18.1;15.1 Überblick über die Arten der Laser- Gewebe- Wechselwirkungen;344
18.1.1;15.1.1 Klassiffzierung nach Wechselwirkungszeiten;344
18.1.2;15.1.2 Beispiele für die klinische Lasertherapien;345
18.2;15.2 Photochemische Wechselwirkung;346
18.2.1;15.2.1 Grundlagen der photochemischen Wechselwirkung;346
18.2.2;15.2.2 Prinzip der photodynamischen Therapie;347
18.3;15.3 Photothermische Wechselwirkung;347
18.3.1;15.3.1 Grundlagen der photothermischen Wechselwirkung;347
18.3.2;15.3.2 Modell der photothermischen Wechselwirkung;349
18.4;15.4 Photoablative Wechselwirkung;352
18.4.1;15.4.1 Grundlagen der photoablativen Wechselwirkung;352
18.4.2;15.4.2 Modell der photoablativen Wechselwirkung;354
18.5;15.5 Photodisruptive/plasmainduzierte Wechselwirkung;356
18.5.1;15.5.1 Grundlagen der photodisruptiven/plasmainduzierten;356
18.5.2;15.5.2 Theoretisches Modell der plasmainduzierten Ablation;360
18.5.3;15.5.3 Dynamik des Ablationsprozesse;362
18.6;Literatur;364
19;16 Laser in der Augenheilkunde;366
19.1;16.1 Diagnostische Laseranwendungen;368
19.1.1;16.1.1 Laserscanningtomographie zur Glaukomdiagnostik;369
19.1.2;16.1.2 Aktiv-optische Verbesserung der Tiefenau. ¨ osung;370
19.1.3;16.1.3 Fourier-ellipsometrische Vermessung;371
19.2;16.2 Therapeutische Laseranwendungen;373
19.2.1;16.2.1 Die Netzhaut;373
19.2.2;16.2.2 Die Linse;374
19.2.3;16.2.3 Die Iris;376
19.2.4;16.2.4 Das Trabekelwerk;377
19.2.5;16.2.5 Die Sklera;377
19.2.6;16.2.6 Die Hornhaut;378
19.3;16.3 Ausblick;382
19.4;Literatur;383
20;17 Laseranwendung in der Ortopädie;386
20.1;17.1 Einführung;386
20.2;17.2 Minimal-invasive Behandlung von Deformierungen der Wirbelsäule durch Laserablation;386
20.2.1;17.2.1 Physikalische Eigenschaften von Knochengewebe;387
20.2.2;17.2.2 Minimal-invasive Skoliosebehandlung;389
20.3;17.3 LITT von Knochentumoren unter MRT- Temperaturkontrolle;396
20.3.1;17.3.1 Experimenteller Aufbau;398
20.3.2;17.3.2 Histologische Untersuchungen;400
20.3.3;17.3.3 Knochenkoagulation mit dem Nd:YAG-Laser;401
20.3.4;17.3.4 Knochenkoagulation mit dem Diodenlaser;402
20.3.5;17.3.5 Online-MRI-Temperaturkontrolle;404
20.3.6;Zusammenfassung;407
20.4;Literatur;408
21;18 Stereotaktische Laserneurochirurgie;412
21.1;18.1 Stereotaktische Bestrahlungstechniken;415
21.1.1;18.1.1 Stereotaxie;416
21.2;18.2 Laserneurochirurgie;417
21.2.1;18.2.1 Laserlichtquellen;417
21.2.2;18.2.2 Laserablation von Hirngewebe;419
21.2.3;18.2.3 Stereotaktische Lasersonde;421
21.2.4;18.2.4 Eine zukünftige Strategie;422
21.3;18.3 Diagnosesysteme;424
21.3.1;18.3.1 Fluoreszenzmikroskopie;424
21.3.2;18.3.2 Autofluoreszenz;425
21.3.3;18.3.3 OCSA;427
21.3.4;18.3.4 Adaptive Optik;428
21.4;Literatur;431
22;19 Anwendungen der Lasertechnik in der Zahnarztpraxis;434
22.1;19.1 Softlaser und Hardlaser;434
22.1.1;19.1.1 Softlaser;434
22.1.2;19.1.2 Hardlaser;434
22.2;19.2 Anwendungsobjekt Zahn;435
22.3;19.3 Wechselwirkungen mit Zahnhartsubstanzen;437
22.3.1;19.3.1 Photothermische-, thermomechanische Wirkung;437
22.3.2;19.3.2 Photochemische Wirkung;438
22.3.3;19.3.3 Photoablative Wirkung;438
22.3.4;19.3.4 Photodisruptive Wirkung;439
22.4;19.4 In Erprobung be.ndliche Lasersysteme für die Bearbeitung von Zahnhartsubstanzen;439
22.5;19.5 Laseranwendungen in verschiedenen Bereichen der Zahnheilkunde;444
22.5.1;19.5.1 Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie;444
22.5.2;19.5.2 Parodontologie;445
22.5.3;19.5.3 Zahnüberempfindlichkeiten;446
22.5.4;19.5.4 Endodontologie;446
22.5.5;19.5.5 Füllungen;448
22.5.6;19.5.6 Kariesprophylaxe;448
22.5.7;19.5.7 "Laserbiostimulation" und Lokalanästhesie;449
22.5.8;19.5.8 Laserschweißen;449
22.5.9;19.5.9 Diagnostik;450
22.6;19.6 Ausblick;450
22.7;Literatur;452
23;20 Lasersicherheit Gerätetechnik: Medizinproduktegesetz und Technische Normen;456
23.1;20.1 Einleitung;456
23.2;20.2 Medizinproduktegesetz;456
23.2.1;20.2.1 Zertifizierung - Akkreditierung - Prüfung (Benannte Stellen);457
23.2.2;20.2.2 Grundlegende Anforderungen;457
23.2.3;20.2.3 Risikoklassen;458
23.2.4;20.2.4 Konformitätsbewertungsverfahren;459
23.2.5;20.2.5 Betreiberverordnung über aktive Medizinproduke;460
23.2.6;20.2.6 Für die klinische Prüfung bestimmte Produkte;461
23.3;20.3 Technische Normen für medizinische Laser;461
23.3.1;20.3.1 Bezeichungen;463
23.3.2;20.3.2 Die zehn Grundgedanken der Normung;464
23.3.3;20.3.3 Die Norm DINEN60825-1;464
23.3.4;20.3.4 Die Vornorm DINV18734;465
23.4;Literatur;466
24;Sachverzeichnis;468mehr
Leseprobe
8 Konfokale Mikroskopie in der Genomforschung (S. 137-138)

C. Cremer

In dem hier vorgelegten Übersichtsbeitrag wird die Anwendung der konfokalen Laserscanning.uoreszenzmikroskopie (LSFM) in der Genomforschung an einigen konkreten Beispielen verdeutlicht, wobei Fragen der digitalen Mikroskopie und Bildverarbeitung im Vordergrund stehen. Insbesondere werden neue methodische Ansätze skizziert, mit Hilfe einer Kombination multispektraler molekularbiologischer Markierungstechniken mit Verfahren der konfokalen Mikroskopie und ihrer Weiterentwicklung, eine "spektrale Hochpräzisionsmikroskopie" jenseits der klassischen Auflösungsgrenzen der Fernfeldlichtmikroskopie "dicker", transparenter biologischer Objekte zu realisieren. Langfristig zeichnen sich damit Möglichkeiten ab, lichtmikroskopische Untersuchungen zur räumlichen Topologie des Genoms in dreidimensional konservierten ("intakten") Zellkernen mit molekularem Auflösungs "äquivalent" durchzuführen und damit zu einem vertieften Verständnis der Struktur-Funktions- Beziehung des menschlichen Genoms beizutragen.

8.1 Problemstellung
Die Erfindung des zusammengesetzten Mikroskops durch holländische, italienische und englische Optiker und Forscher vor rund drei Jahrhunderten bezeichnet den Beginn einer Entwicklung, die im Verlauf des 19. Jahrhunderts fundamentale Entdeckungen ermöglichte. Diese wurden zur Grundlage der modernen Biologie: Zelle, Zytoplasma, Zellkern und Chromosomen sind auch im Zeitalter der molekularen Medizin zentrale Begriffe der Wisenschaft vom Leben geblieben. Zellkerne im Körper von Säugern, beim Menschen beispielsweise, haben einen typischen Durchmesser von etwa 5-10 µm, während die in ihnen enthaltenen DNA-Stränge der 46 Chromosomen insgesamt etwa 7 Mrd. Basenpaare enthalten und rund 2m lang sind.

Diese zwei Meter DNA-Doppelhelix müssen in einem Volumen untergebracht werden, das einen rund zweihunderttausendmal kleineren Durchmesser hat, und zwar in einer Weise, die eine geordnete, vom Differenzierungsgrad der Zelle abhängige Transkription der in der DNA enthaltenen Information in RNA erlaubt. Darüber hinaus muss die Unterbringung dieser großen Menge von DNA im Zellkern so erfolgen, dass eine zuverlässige Verdopplung (Replikation) der chromosomalen DNA sowie eine e.ziente Reparatur von DNA-Schäden möglich ist.

Dies bedeutet, dass die entsprechenden Abschnitte der DNA in geeigneter Weise für die bei diesen Prozessen benötigten großen Proteinkomplexe zugänglich sein müssen. Weiterhin müssen die primären, bis zu hunderten von Kilobasen umfassenden RNA-Transkriptionsprodukte weiteren spezifischen Modifikationen (dem Splicing) unterworfen und anschließend (vermutlich an spezifischen Stellen, den Kernporen) aus dem Zellkern hinausgeschleust werden.

Schließlich müssen diese Probleme so gelöst werden, dass ein rascher Übergang der Zelle von der stoffwechselaktiven Interphase zur Mitose und umgekehrt statt.nden kann. Diese grundlegenden Bedingungen lassen eine geordnete dreidimensionale (3D) Genomorganisation vermuten, eine "Architektur" des Zellkerns, die sich im Laufe der Evolution als optimale Lösung des Struktur- Funktions-Problems entwickelt hat. Aus einer funktionellen Bedeutung der 3D-Genomorganisation ergibt sich als Konsequenz ihre Relevanz auch für pathologische Prozesse. Im Folgenden seien einige Beispiele genannt:

1. Die Schädigung der DNA durch ionisierende Strahlung oder andere Agentien, resultierend z.B. in DNA Doppelstrangbrüchen (DSB), führt je nach der Lokalisation im Genom in unterschiedlicher Häufigkeit zu sichtbaren Veränderungen (Aberrationen) an den Chromosomen (hot und cold spots). Es wird vermutet, dass dabei die jeweilige Sequenz der DNA sowie die Struktur und der Regulationszustand des Chromatins (Gesamtheit der chromosomalen DNA-/Proteinkomplexe) des Zellkerns von Bedeutung sind. Ebenso sind die zahlreichen Prozesse, durch die die Schäden repariert werden, abhängig von DNA Sequenz und Chromatinstruktur. So ist es z.B. wahrscheinlich, dass ionisierende Strahlung nur dann zu der mit einer chronisch myeloischen Leukämie (Ph+) funktionell korrelierten Chromosomentranslokation führt, wenn die 3D-Struktur der beteiligten Regionen auf Chromosom 9 und 22 die für die Bildung einer Translokation erforderliche gleichzeitige Bindung der Bruchpunktstellen an demselben Reparaturkomplex zulässt.mehr

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