Umfassende Untersuchung der Tattooentfernung mit einem 150 ps Nd:YAG-Laser am Schweinemodell

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 13062 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Ziel dieser Studie war es, die Wirksamkeit eines Nd:YAG-Lasers mit einer Pulsdauer von 150 ps bei verschiedenen Laserparametern zu untersuchen. Die Auswirkungen solcher ultrakurzen Impulse auf mehrfarbige Tätowierungen wurden bisher in der Literatur nicht beschrieben. An Schweinehaut wurden In-vivo-Experimente durchgeführt, um die Fragmentierungseffizienz von fünf verschiedenen Tattoo-Farben unter Verwendung unterschiedlicher Wellenlängen, Pulsenergien und Punktgrößen zu analysieren. Die Ergebnisse zeigten, dass das optimale Verhältnis von Tätowierungsfreigabe zu Sicherheit für blaue, grüne, rote und gelbe Tätowierungen mit einer Wellenlänge von 532 nm 0,96–2,39 J/cm2 betrug. Der Laser mit einer Wellenlänge von 1064 nm zeigte die höchste Wirksamkeit bei der Beseitigung schwarzer Tätowierungen, wobei bei grünen und blauen Pigmenten bei einer Fluenz von 3,02 J/cm2 positive Ergebnisse beobachtet wurden. Die Studie liefert wertvolle Erkenntnisse zur Wirksamkeit der Laserbehandlung mit 150 ps bei der Entfernung von Tätowierungen unterschiedlicher Farbe unter Verwendung unterschiedlicher Laserparameter. Diese Informationen können Dermatologen und Ärzten dabei helfen, eine effizientere und effektivere Tattooentfernung mit weniger Nebenwirkungen durchzuführen.

Die kulturelle Bedeutung von Tätowierungen hat sich in den letzten Jahren mit ihrer zunehmenden Normalisierung in verschiedenen Medien verändert. Dies hat zu einer größeren Verfügbarkeit von Informationen über Tattoo-Designs, Künstler und Hygienevorkehrungen für die breite Öffentlichkeit geführt1. Allerdings hat dies auch dazu geführt, dass bei bestimmten demografischen Gruppen, insbesondere bei den Millennials, das „Bedauern über Tätowierungen“ häufiger vorkommt, was in den kommenden Jahren voraussichtlich die Nachfrage nach Methoden zur Tätowierungsentfernung ankurbeln wird2.

Derzeit ist die Lasertechnologie die am weitesten verbreitete Methode zur Tattooentfernung und wird voraussichtlich weiterhin den Großteil des Umsatzbeitrags in diesem Markt ausmachen. Die Attraktivität der Lasertechnologie wird auf eine Vielzahl von Faktoren zurückgeführt, darunter ein erhöhtes öffentliches Bewusstsein, schnellere Heilungszeiten und eine Verringerung der Nebenwirkungen im Vergleich zu alternativen Methoden. Allerdings stellt die vollständige Entfernung von Tätowierungen immer noch eine große Herausforderung dar, da Faktoren wie die Komplexität der Tätowierung3, die Eigenschaften der Tinte4, der Hauttyp und das Alter der Tätowierung den Erfolg der Entfernung beeinflussen5. Die Möglichkeit kurzfristiger und langfristiger Nebenwirkungen im Zusammenhang mit der Tattooentfernung gibt weiterhin Anlass zu großer Sorge. Dazu können vorübergehende Nebenwirkungen wie Schmerzen, Erytheme und Infektionen sowie langfristige Auswirkungen wie Narbenbildung und Pigmentveränderungen gehören6.

In den letzten zwei Jahrzehnten war der Einsatz von qualitätsgeschalteten (QS) Lasern die Hauptstütze der Tattooentfernung7. Diese Laser erzeugen Pulse mit Spitzenenergien von bis zu 10 J/cm2 und Pulsdauern im Nanosekundenbereich8. Allerdings reicht die Pulsdauer dieser Laser immer noch nicht aus, um Tintenpartikel effektiv aufzubrechen und gleichzeitig die Schädigung des umliegenden Gewebes zu minimieren9. In den letzten Jahren haben sich Pikosekundenlaser (ps)-Laser als vielversprechendere Option für die Tattooentfernung herausgestellt, da sich sowohl in präklinischen10 als auch in klinischen Studien11 gezeigt hat, dass sie hinsichtlich der Entfernung von Tätowierungen und der Schmerzbehandlung wirksamer sind.

Diese Tattoo-Entfernungstechnik basiert auf dem photoakustischen Effekt, der durch die schnelle thermische Ausdehnung des Zielgewebes nach der Fragmentierung und die Freisetzung mechanischer Überschall- oder Schallwellen gekennzeichnet ist, was zur Zerstörung des umgebenden Gewebes führt12. Die daraus resultierende Fragmentierung der Pigmente in kleinere Fragmente ermöglicht deren Phagozytose durch Makrophagen und die anschließende Entfernung über das Lymphsystem13, was zu einer Aufhellung der Tätowierung führt14. Darüber hinaus können endotherme Dampf-Kohlenstoff-Reaktionen auch die optischen Eigenschaften von Tätowierfarben verändern und ihre Sichtbarkeit verringern15. Bei gleicher Laserbestrahlungsstärke führt ein 150-ps-Laserimpuls zu einer 100-mal größeren Zugspannung am Tätowierungsziel als bei einem gütegeschalteten 15-ns-Laserimpuls. Diese größere mechanische Belastung erhöht die Wahrscheinlichkeit einer Fragmentierung des Tätowierungspartikels erheblich und legt nahe, dass es möglich sein könnte, Impulse mit geringerer Bestrahlungsstärke zu verwenden, ohne das Ergebnis zu verschlechtern und möglicherweise eine höhere Sicherheit zu erzielen16.

Da die Laserpulsdauer für die Pigmentfragmentierung entscheidend ist10, erreichen die kommerziell erhältlichen Lasersysteme im Pikosekundenbereich meist eine Spitzenleistung von 300–600 ps17. Unser Ziel war es, die Laser-Gewebe-Wechselwirkungen eines Nd:YAG-Lasers mit umschaltbarer Wellenlänge (532/1064 nm) und Punktgröße (2/4 mm) bei verschiedenen Pulsenergien (25–155 mJ) zu untersuchen, der Pulse von 150 erzeugen kann PS. Bisher fehlt es an veröffentlichter Literatur zur Wirksamkeit und Sicherheit von 150-ps-Lasersystemen zur Entfernung von Tätowierungen. In unserer vorherigen Studie18 haben wir jedoch die Heilungsmuster laserinduzierter Mikroläsionen auf der Haut von Schweinen in vivo mithilfe von Mikrolinsen-Array-Optiken untersucht. In dieser In-vivo-Studie führten wir eine umfassende Analyse der Effizienz der intradermalen Pigmentfragmentierung von Tätowierfarbe und der Behandlungssicherheit durch. Wir verwendeten eine nicht-invasive multispektrale Bildgebungstechnik (SIAskopie) in Kombination mit klinischer Bewertung, Bildverarbeitungssoftware und histopathologischer Analyse. Unsere Studie wurde an Schweinehaut durchgeführt, die in vielerlei Hinsicht der menschlichen Haut sehr ähnelt.

Die litauische Ethikkommission für die Verwendung von Labortieren des staatlichen Lebensmittel- und Veterinärdienstes genehmigte alle in dieser Studie verwendeten Verfahren.

In dieser Studie verwendeten wir ein männliches litauisches weißes Schwein (Sus scrofa Domestica) im Alter von 12 Wochen (n − 1) und einem Gewicht von 50 kg, um mehrere Tätowierungen anzufertigen, die anschließend mithilfe von Laserverfahren entfernt wurden. Die Abteilung für Biomodelle am Zentrum für innovative Medizin des Staatlichen Forschungsinstituts (Vilnius, Litauen) hielt das Tier und alle durchgeführten Maßnahmen entsprachen den ARRIVE-Richtlinien und der Richtlinie 2010/63/EU des Europäischen Parlaments und des Europäischen Rates Schutz von Tieren, die für wissenschaftliche Zwecke verwendet werden. Das Experiment wurde gemäß den institutionellen Standardarbeitsanweisungen durchgeführt, es wurden Umweltanreicherung und tierärztliche Betreuung bereitgestellt. In den Tierhaltungsbereichen herrschte eine Temperatur von 20 bis 24 °C, ein Hell-Dunkel-Zyklus von 12:12 Stunden und eine Luftfeuchtigkeit von 40 bis 60 %. Der Zugang zu frischem Wasser wurde nach Belieben gewährleistet und dreimal täglich Futter gegeben.

Die Studie war so konzipiert, dass sie eine präexperimentelle Akklimatisierungsphase von vier Wochen umfasste, gefolgt von der Einleitung der Tätowiervorgänge am Tag 0. Anschließend wurde die Heilungsphase der Tätowierung über einen Zeitraum von 30 Tagen beobachtet. Insgesamt wurden drei Laserbehandlungen durchgeführt, mit jeweils einer 30-tägigen Erholungsphase dazwischen. Am 150. Tag wurde die Probenentnahme durchgeführt und nach Abschluss wurden die Tiere menschlich getötet, um Hautproben für die weitere Analyse zu erhalten. Das Studiendesign ist in Abb. 1 dargestellt.

Experimentelles Design, das den Ablauf der Tätowierungsanwendung beschreibt, gefolgt von einer Heilungsphase, anschließender Laserbehandlung und abschließender Probenentnahme.

Die Tiere wurden mit einer Lösung auf Natriumpentobarbitalbasis (Exagon, Richter Pharma AG, Österreich) in einer Dosis von 50 mg/kg eingeschläfert, gefolgt von einer Sedierung mit Ketaminhydrochlorid (Ketamidor, Richter Pharma AG, Österreich) in einer Dosis von 15–20 mg/kg und Xylazinhydrochlorid (Sedaxylan, Eurovet Animal Health BV, Niederlande) in einer Dosis von 2 mg/kg. Die Euthanasie wurde gemäß den etablierten Protokollen für eine humane Behandlung am Lebensende durchgeführt.

Anästhesierte Tiere wurden für das Tätowieren vorbereitet, wobei eine 3–4 %ige Isoflurankonzentration (Isoflurin 1000 mg/g, Vetpharma Animal Health, SL, Spanien) mit einer Flussrate von 4–5 l/min verabreicht wurde. Vor dem Tätowieren wurden die Tiere in Bauchlage positioniert und die Haare im dorsolateralen Brust- und Lendenbereich wurden mit einer elektrischen Haarschneidemaschine (Golden A5 5-50, Oster, Schweiz) geschnitten. Die vorgesehenen Tattoo-Bereiche wurden mit einer Lösung aus warmem Wasser und 70 % Ethanol (Art. Nr. P075.1, Carl Roth GmbH & Co KG, Deutschland) gereinigt.

Wir haben eine Reihe häufig verwendeter, weit verbreiteter und derzeit in Europa zugelassener Tinten in fünf verschiedenen Farben ausgewählt, jede mit einer identifizierten Zusammensetzung, wie in Tabelle 1 aufgeführt.

Die Tätowierungen wurden mit einer Rastertechnik (gerade Linien hin und her) über die gesamte Fläche aufgetragen, wobei fehlende Bereiche durch Wiederholen des Vorgangs aufgefüllt wurden. Mithilfe einer rotierenden Tätowiermaschine wurde die Tätowierfarbe 2 mm tief in die Haut injiziert. Der Abstand zwischen jedem Tattoo und dem nächsten betrug 0,5 cm und jedes Tattoo war 2 cm mal 1 cm groß. Insgesamt wurden 16 Flächen pro Tintenfarbe aufgetragen.

Für die Laserentfernung von Tätowierungen wurde ein Pikosekundenlasersystem mit Neodym-dotiertem Yttrium-Aluminium-Granat (Nd:YAG) (PicoClarans, Photosana, Litauen) mit einem Zoom-Handstück verwendet. Das System verwendete eine Pulsdauer von 150 ps und eine umschaltbare Wellenlänge von 532 und 1064 nm [stimulierter Brillouin-Streuung (SBS) komprimierter gütegeschalteter Laser]. In dieser Studie wurden Punktgrößen von 2 mm und 4 mm ausgewählt. Zur Kalibrierung des Lasersystems vor jedem Eingriff wurde ein Leistungs-/Energiemessgerät (LabMax-Top, Coherent, USA) verwendet, um eine gleichmäßige Impulserzeugung sicherzustellen. Bei der Laserbehandlung wurde das Handstück senkrecht zu den vorgesehenen Hautstellen positioniert und im Zickzackmuster hin und her bewegt. Jeder Laserimpuls wurde mit einer Frequenz von 4 Hz abgegeben, bis der gesamte Bereich mit einer geeigneten Lasereinstellung abgedeckt war, wie in Tabelle 2 angegeben.

Die Proben wurden 30 Tage nach dem dritten Laserverfahren entnommen. Um eine Kreuzbehandlungskontamination zu verhindern, wurden 6 mm breite Stanzbiopsienadeln (33–36–6 mm, Integra LifeSciences, USA) verwendet, um Biopsien aus der Mitte jedes behandelten Bereichs zu entnehmen. Die gesammelten Hautbiopsien wurden in 10 % Formalin (Art.-Nr. A146.5, Carl Roth GmbH & Co KG, Deutschland) fixiert und in Paraffinblöcke eingebettet (wobei 1 Block 1 Hautbiopsie enthielt). Die Paraffinblöcke wurden dann mit einem Rotationsmikrotom (RM2255, Leica Microsystems IR GmbH, Deutschland) in 4 µm-Schnitte geschnitten. Die Schnitte wurden mit Hämatoxylin (Art. Nr. T864, Carl Roth GmbH + Co KG, Deutschland) und Eosin Y (Art. Nr. 3137.1, Carl Roth GmbH + Co KG, Deutschland) gemäß dem vom Hersteller empfohlenen Protokoll gefärbt. Die gefärbten Gewebeschnitte wurden mit einem digitalen Hellfeld-Pathologiescanner (Aperio ScanScope XT, Leica Microsystems IR GmbH, Deutschland) gescannt und die Daten mit der ImageJ-Software (Version 1.53r, National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA) verarbeitet. .

SIAscopy, ein nicht-invasives multispektrales Bildgebungsverfahren (SIMSYS-MoleMate, MedX Health, USA), wurde verwendet, um dermatoskopische Fotos der Dynamik der Tätowierungsentfernung aufzunehmen. Diese Bilder wurden dann mit einem Bildverarbeitungsprogramm analysiert. Um Farbkanäle aus den untersuchten dermatoskopischen Bildern zu extrahieren, wurden folgende Schritte unternommen: Auswahl der Option Bild → Typ → RGB-Stapel. Basierend auf den Tattoo-Pigmenten wurde der am besten geeignete Farbkanal wie folgt ausgewählt: blauer Kanal für gelbe Pigmente, roter Kanal für schwarze, blaue und grüne Pigmente und grüner Kanal für rote Pigmente. Unter Verwendung der Option „Bild → Anpassen → Schwellenwert“ mit der Option „Stapelhistogramm“ wurde das Pigment durch Angabe von Grenzwerten für die Pixelintensität markiert. Anschließend wurden die markierten Bereiche mit der Funktion „Messen“ vermessen. Jeder Bereich wurde über eine Gesamtoberfläche von 0,95 cm2 bewertet. Die Auswertung wurde vor der Probenentnahme durchgeführt, wobei das Gerät in der Mitte jedes Bereichs platziert wurde.

Die Sicherheit eines Pikosekundenbereichs-Lasersystems wurde in verschiedenen Umgebungen bewertet, indem die nach der Laserbehandlung auftretende Hautreizung unter Verwendung der Norm für die biologische Bewertung von Medizinprodukten (ISO 10993-23:2021, Kapitel 7) beurteilt wurde. Anhand des Ausmaßes der Erytheme und Ödeme wurden die folgenden Bewertungen basierend auf dem Schweregrad vergeben: 0 für keine wahrnehmbaren Veränderungen, 1 für kaum wahrnehmbare Veränderungen, 2 für klar definierte Veränderungen, 3 für mäßige Veränderungen und 4 für schwere Veränderungen. Die Gesamtpunktzahl (maximal 8 Punkte) wurde durch Summierung der Einzelbewertungen jedes Merkmals ermittelt (Abb. 4).

Der Mann-Whitney-U-Test (abnormal verteilte Variablen) wurde verwendet, um die laserinduzierte Hautreizung zwischen Punktgrößen derselben Pulsenergie zu vergleichen. Der Schwellenwert für die statistische Signifikanz wurde auf P < 0,05 festgelegt. Alle Berechnungen wurden mit Origin (Pro), Version 9.9 2022 (OriginLab Corp., USA) durchgeführt.

Alle in dieser Studie durchgeführten Verfahren wurden von der litauischen Ethikkommission für die Verwendung von Labortieren des staatlichen Lebensmittel- und Veterinärdienstes genehmigt.

Um einen Referenzwert für Hautirritationen zu ermitteln, wurde gesunde Haut denselben Laserparametern ausgesetzt wie die laserbehandelten Bereiche (Abb. 2 und 3). Bereiche, die mit einer Wellenlänge von 532 nm bestrahlt wurden, waren bei Verwendung des Strahls mit einer Punktgröße von 2 mm schwerwiegender, was zu intensiven und lokalisierten Erythemen führte. Kaum wahrnehmbare Ödeme nahmen ab einer Pulsenergie von 75 mJ an Schwere zu und wurden bei 120 mJ moderat (Abb. 2S-2). Im Vergleich dazu war der Bestrahlungseffekt mit einer Punktgröße von 4 mm milder, was nur bei 120 mJ zu einem klar definierten Erythem und Ödem führte, und das Erythem, das durch die Pulsenergie von 75 und 120 mJ entstand, hatte eine gleichmäßige Verteilung (Abb. 2S-4).

Dermatoskopische Beurteilung untätowierter Haut unmittelbar nach der Behandlung mit einer 532-nm-Lasertherapie.

Dermatoskopische Beurteilung von nicht tätowierter Haut unmittelbar nach der Behandlung mit einer 1064-nm-Lasertherapie.

Die Laserbehandlung auf gesunder Haut mit der Wellenlänge 1064 nm zeigte bei 30 mJ fast keine Anzeichen von laserinduzierten Mustern, bei der Punktgröße von 2 mm wurde jedoch ein schneller Anstieg des Erythems über 95 mJ hinaus beobachtet, wobei sich eine schwere Form entwickelte (Abb. 2S). -2). Bereiche, die mit einer Punktgröße von 4 mm und einer Impulsenergie von bis zu 95 mJ behandelt wurden, waren mit gesunder Haut vergleichbar. In Bereichen, die mit 155 mJ und einer Punktgröße von 4 mm behandelt wurden, wurde eine sporadische Petechienbildung (< 1 mm) beobachtet (Abb. 2S-4).

Der Grad der Gewebereizbarkeit wurde beurteilt, um festzustellen, wie verschiedene Laserparameter verschiedenfarbige Tätowierungen beeinflussten. Das Erythem und das Ödem wurden in allen Bereichen insgesamt reduziert (Abb. 4B), wenn eine Punktgröße von 4 mm bei einer Wellenlänge von 532 nm verwendet wurde, im Vergleich zur Behandlung mit einer Punktgröße von 2 mm (p = 0,054) (Abb. 4A). Der Schweregrad der Tätowierungsentfernung, gemessen am Ergebnis von Behandlungen mit Energieniveaus von 75 mJ (p = 0,011) und 120 mJ (p = 0,041) und passender Pigmentfarbe, war bei Verwendung einer Punktgröße von 2 mm höher als bei eine Punktgröße von 4 mm.

Beurteilung der Gewebereizung unmittelbar nach der Laserbehandlung. Laserbehandlungsparameter: (A) Wellenlänge von 532 nm und 2 mm Punktgröße; (B) Wellenlänge von 532 nm und 4 mm Punktgröße; (C) Wellenlänge von 1064 nm und 2 mm Punktgröße; (D) Wellenlänge von 1064 nm und 4 mm Punktgröße.

Bei Verwendung einer Punktgröße von 2 mm, Pulsenergien von 75 bis 120 mJ und einer Wellenlänge von 532 nm zeigten schwarze Tätowierungen die stärkste Reaktion auf die Laserbehandlung, was zu mittelschweren bis schweren Ödemen führte (Abb. 4A). Die durch die Wellenlänge von 532 nm hervorgerufenen Laser-Gewebereaktionen waren bei roten und grünen Tätowierungen am mildesten, wobei selbst bei den höchsten Pulsenergieniveaus nur mäßige Ödeme beobachtet wurden. Die Analyse der in Abb. 4B dargestellten Daten ergab, dass mit Ausnahme schwarzer Tätowierungen alle laserbehandelten Bereiche, die einer Bestrahlung mit 120 mJ Pulsenergie und einer Punktgröße von 4 mm ausgesetzt waren, im Vergleich zur Kontrollhaut zu vergleichbaren oder geringeren Reizungswerten führten .

Die Hautreizungswerte der mit einer Wellenlänge von 1064 nm behandelten Bereiche waren nach der Behandlung mit einer Punktgröße von 2 mm im Vergleich zu einer Punktgröße von 4 mm signifikant höher (p – 0,037) (Abb. 3C, D). Die Verwendung einer Punktgröße von 2 mm bei Impulsenergien von 30 mJ und 155 mJ führte zu einem deutlich höheren Reizwert im Vergleich zur Punktgröße von 4 mm. Insbesondere führte die Punktgröße von 2 mm bei einer Pulsenergie von 30 mJ zu einem 2,7-fachen Anstieg des Reizungswertes, hauptsächlich aufgrund des Vorhandenseins von Ödemen. In ähnlicher Weise führte die Verwendung einer Punktgröße von 2 mm bei der höchsten Pulsenergiestufe von 155 mJ zu einem 1,9-fach höheren Reizwert (p = 0,013) im Vergleich zur Punktgröße von 4 mm, wie in Abb. 3D dargestellt.

Die allgemeine Reizbarkeit der behandelten Bereiche war bei schwarzen, blauen und gelben Tätowierungen am höchsten, was auf die geringere Schwere des Ödems bei Pulsenergien im Bereich von 30 bis 95 mJ und einer Punktgröße von 2 mm zurückzuführen ist (Abb. 4). Im Gegensatz dazu führte die Behandlung roter und grüner Tätowierungen im Vergleich zu den anderen Farben zu den geringsten Reizungen, da die Ödembildung leicht zurückging.

Unterschiedliche Wellenlängen des Laserlichts haben unterschiedliche Wirksamkeitsgrade bei der Entfernung von Tätowierungen. Die Clearance-Raten zeigten eine positive Korrelation mit der Pulsenergie. Beim Vergleich der mit verschiedenen Wellenlängen erzielten Clearance-Raten wird beobachtet, dass die Wellenlänge von 1064 nm im Vergleich zur Wellenlänge von 532 nm geringere Clearance-Raten ergab, mit Ausnahme von schwarzen Tätowierungen (Abb. 5).

Dermatoskopische Ansicht laserbehandelter Tätowierungen 30 Tage nach der dritten Behandlung. Für die Wellenlänge 532 nm wurde eine Pulsenergie von 75 mJ und für 1064 nm eine Pulsenergie von 95 mJ verwendet. Tattoofarbe – (A–E). Spotgröße (S) – 2 und 4 mm. Behandlungswellenlänge (λ) – 532/1064 nm.

Die höchste Clearance-Rate für schwarze Tätowierungen wurde mit einer Spotgröße von 2 mm bei einer Wellenlänge von 1064 nm und einer Pulsenergie von 155 mJ erreicht, was einer Rate von 76,46 % entspricht (Abb. 6C). Im Gegensatz dazu wurde die am wenigsten wirksame Behandlung, die nur eine Clearance-Rate von 16,41 % erreichte, bei Verwendung einer Spotgröße von 4 mm bei einer Wellenlänge von 532 nm und einer Pulsenergie von 25 mJ beobachtet (Abb. 6B).

Beurteilung der Tattoo-Clearance 150 Tage nach der Behandlung. Laserbehandlungsparameter: (A) Wellenlänge von 532 nm und 2 mm Punktgröße; (B) Wellenlänge von 532 nm und 4 mm Punktgröße; (C) Wellenlänge von 1064 nm und 2 mm Punktgröße; (D) Wellenlänge von 1064 nm und 4 mm Punktgröße.

Die wirksamste Behandlung zur Entfernung blauer, grüner, roter und gelber Tätowierungen nutzte eine Strahlgröße von 2 mm, eine Wellenlänge von 532 nm und eine Energie von 120 mJ (Abb. 6A). Nach drei Laserbehandlungen wiesen gelbe und grüne Tätowierungen mit 71,87 % bzw. 71,69 % die höchsten Heilungsraten auf. Blaue Tätowierungen wurden mit einer Heilungsrate von 65,04 % am drittwirksamsten behandelt, gefolgt von Tätowierungen roter Farbe mit einer Rate von 48,96 %. Die geringste Clearance für blaue, grüne, rote und gelbe Tätowierungen wurde nach der Behandlung mit einer Punktgröße von 4 mm bei einer Wellenlänge von 1064 nm und einer Pulsenergie von 30 mJ beobachtet und erreichte 20,24 %, 18,74 %, 5,15 % bzw. 10,20 % (Abb . 6D).

Die histologischen Eigenschaften der Epidermis in unbehandelten und laserbehandelten Tattoo-Proben wurden bewertet. Die Epidermis behielt nach der Behandlung mit verschiedenen Lasereinstellungen ihre charakteristische Architektur. Darüber hinaus wurden in der Epidermis keine extrazellulären Tintenpartikel nachgewiesen, selbst in den Ansammlungen nekrotischen Gewebes, die sich im Stratum corneum der Epidermis bildeten.

Die mit Hämatoxylin und Eosin (HE) gefärbten Hautgewebeschnitte zeigten Variationen in der Tintenfarbe der nicht laserbehandelten Bereiche, wobei schwarze Tätowierungen schwarz erschienen, blaue Tätowierungen einen Bereich von Dunkelblau bis Schwarz mit einem bläulichen Rand aufwiesen und grüne Tätowierungen einen Bereich aufwiesen von dunkelgrün bis schwarz mit einem grünlichen Rand, rote Tätowierungen zeigen eine Bandbreite von dunkelrot bis schwarz mit einem rötlichen Rand und gelbe Tätowierungen zeigen eine heterogene schwarze Farbe mit mehreren Pigmentkörnern (Abb. 7).

Histologische Analyse von Tattoo-Pigmenten vor der Behandlung: Kontrollproben 150 Tage nach dem Tätowieren. HE-gefärbte Abschnitte von Pigmentclustern in verschiedenfarbigen Tätowierungen: (A) schwarze Tätowierungen; (B) blaue Tätowierungen; (C) grüne Tätowierungen; (D) rote Tätowierungen; (E) gelbe Tattoos.

Tintenpartikel wurden in der Dermis bis zu einer Tiefe von 1,2 mm beobachtet, wobei sich die höchste Konzentration innerhalb von 100–600 μm von der Hautoberfläche befand (Abb. 8A1–2). Der Großteil war in Clustern konzentriert, die in mononukleärer Infiltration verteilt waren und hauptsächlich aus Makrophagen bestanden, die erweiterte Blutgefäße umgaben (Abb. 8). Das Zytoplasma der phagozytischen Zellen enthielt große Pigmentablagerungen, die bis auf gelbe Tätowierungen einen hohen Grad an Farbsättigung und Homogenität aufwiesen.

Histologische Beurteilung schwarzer Tätowierungen 150 Tage nach der Laserbehandlung mit einer Wellenlänge von 532 nm und einer Pulsenergie von 120 mJ: (A1) Kontrolltätowierung (unbehandelt); (A2) schwarze Pigmentcluster in unbehandelter Tätowierung; (B1) laserbehandeltes Tattoo (2 mm Punktgröße); (B2) Pigmentpartikel in einer laserbehandelten Tätowierung (2 mm Punktgröße); (C1) laserbehandeltes Tattoo (4 mm Punktgröße); (C2) Pigmentpartikel in laserbehandeltem Tattoo (4 mm Spotgröße).

Die Studie zeigte, dass eine Wellenlänge von 532 nm bei der Punktgröße von 4 mm nur bis zu 250 μm erreichte (Abb. 8B1–2), während die Punktgröße von 2 mm eine Pigmentfragmentierung von bis zu 400 μm erreichen konnte (Abb. 8C1–2). . Die Reduzierung der Gesamtpigmentmenge und die Umwandlung großer intrazellulärer Pigmentablagerungen in wesentlich kleinere, granulathaltige Partikel führten zu einer Aufhellung der behandelten Bereiche. Durch die Erhöhung der Laserpulsenergie von 75 auf 120 mJ wurde der Fragmentierungseffekt deutlich verstärkt, wie die Entfernung der Tätowierungen zeigt (Abb. 5 und 6).

Eine Laserbehandlung mit einer Wellenlänge von 532 nm erzeugte abgelöste melaninhaltige parakeratotische Hügel oder mikroskopisch kleine epidermale nekrotische Trümmer (MEND), die sich in den oberen Ebenen des SC in subgranularer Position befinden. Die Größe des Laserstrahlflecks, die Pulsenergie und die Pigmenteigenschaften beeinflussten die Größenvariation der MENDs. Die Behandlung mit einer Punktgröße von 2 mm führte zur Bildung von MENDs in blauen, grünen und gelben Tätowierungen, insbesondere über 75 mJ Pulsenergie hinaus. Die größten MENDs wurden bei gelben Tätowierungen mit einem Durchmesser von bis zu 1,5 mm beobachtet. Bei blauen Tätowierungen wurde das abgelöste nekrotische Gewebe bis zu 500 μm gemessen, bei grünen Tätowierungen sogar bis zu 300 μm. Bei schwarzen und roten Tätowierungen wurden keine PFLEGEN beobachtet, und sie wurden nicht bei Tätowierungen jeglicher Farbe beobachtet, die mit einer Punktgröße von 4 mm behandelt wurden. Bei allen Proben, die mit einer Wellenlänge von 532 nm und beiden Punktgrößen behandelt wurden, wurde eine Gefäßerweiterung der oberflächlichen Kapillaren beobachtet. Mit der Spotgröße von 2 mm wurde die Dilatation bis zu 1,5 mm in der Dermis und mit der Spotgröße von 4 mm bis zu 500 μm beobachtet (Abb. 8).

Die Anwendung einer Wellenlänge von 1064 nm zur Tattoo-Entfernung war besonders wirksam bei der Verringerung der Menge an Pigmentablagerungen in schwarzen Tattoos (Abb. 5), insbesondere wenn eine Punktgröße von 2 mm verwendet wurde (Abb. 9B1). Die Gesamtmenge an schwarzem Pigment in den mit beiden Strahlgrößen behandelten Proben war geringer als in den unbehandelten Bereichen (Abb. 9A1–2), was positiv mit der Pulsenergie über 95 mJ bei Verwendung einer 4-mm-Punktgröße und 30 mJ bei 2-mm-Punktgröße korrelierte . Eine Behandlung mit bis zu 95 mJ mit dem 1064-nm-Laser und einer Punktgröße von 4 mm wirkte sich hauptsächlich auf die oberflächliche Schicht der schwarzen Pigmentcluster bis zu 300 μm aus, sodass die unteren Schichten optisch mit Kontrolltätowierungen vergleichbar waren (Abb. 9C1–2). Es wurde beobachtet, dass die Fragmentierung von Pigmenten über ihre gesamte Verteilungstiefe nach Bestrahlung mit einer Strahlbreite von 2 mm bei allen Energieniveaus und mit einer Strahlbreite von 4 mm bei einer Impulsenergie von 155 mJ erfolgreich war (Abb. 9B1–2).

Histologische Beurteilung schwarzer Tätowierungen 150 Tage nach der Laserbehandlung mit einer Wellenlänge von 1064 nm und einer Pulsenergie von 155 mJ: (A1) Kontrolltätowierung (unbehandelt); (A2) schwarze Pigmentcluster in unbehandelter Tätowierung; (B1) laserbehandeltes Tattoo (2 mm Punktgröße); (B2) Pigmentpartikel in einer laserbehandelten Tätowierung (2 mm Punktgröße); (C1) laserbehandeltes Tattoo (4 mm Punktgröße); (C2) Pigmentpartikel in laserbehandeltem Tattoo (4 mm Spotgröße).

Unsere Beobachtungen deuten darauf hin, dass farbige Tätowierungen im gesamten Bereich der Pigmentverteilung eine gewisse Fragmentierung aufwiesen. Darüber hinaus stellten wir eine leichte Erweiterung der oberflächlichen Kapillaren bis zu 300 μm fest, zusammen mit einer deutlichen Infiltration mononukleärer Zellen in allen pigmenthaltigen Bereichen. MENDs wurden nur in histologischen Proben von blauen, grünen und gelben Tätowierungen beobachtet, die mit einer Punktgröße von 2 mm behandelt wurden. Die höchste MEND-Bildung wurde bei blauen und gelben Tätowierungen mit einem Durchmesser von bis zu 1,5 mm über 95 mJ beobachtet, während bei grünen Tätowierungen das abgelöste nekrotische Gewebe bis zu 200 μm betrug.

Bei der Tattooentfernung mit einem Pikosekundenlaser werden ultrakurze Impulse hochintensiver Lichtenergie in die Haut abgegeben14. Diese Lichtenergie wird von den Tätowierfarbenpartikeln absorbiert und führt dazu, dass sie in kleinere Stücke zerfallen, die auf natürliche Weise vom körpereigenen Immunsystem eliminiert werden können13. Zu den Hauptmechanismen der Tattooentfernung mit Pikosekundenlaser gehören: photothermischer, photomechanischer und photoakustischer Effekt12,15,19. Je kürzer die Pulsdauer, desto präziser und gezielter kann die Laserenergie eingesetzt werden, sodass sie gezielt auf die Tintenpartikel einwirken kann, ohne das umliegende Gewebe zu erwärmen und Nebenwirkungen zu vermeiden20.

Die Wirksamkeit der Laserbehandlung bei der Tattooentfernung hängt stark von der Wellenlänge des verwendeten Lasers ab17, da verschiedene Tattoofarben unterschiedliche Absorptionskoeffizienten für bestimmte Wellenlängen haben4,21. Daher ist die Auswahl der geeigneten Wellenlänge entscheidend, um die Entfernungsrate der Tätowierung zu maximieren1. Unsere Forschung zeigt, dass die Behandlung mit einem hochenergetischen Laser am effektivsten bei der Entfernung von Tätowierungen ist, aber auch zu akuten Hautläsionen wie Erythemen, Ödemen und Blutungen führen kann6. Um die Notwendigkeit einer effizienten Tattooentfernung mit dem Risiko unerwünschter Ereignisse in Einklang zu bringen, muss das optimale Verhältnis zwischen Sicherheit und Wirksamkeit bewertet werden. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass das optimale Verhältnis je nach Fluenz, Pigmentfarbe und der angewendeten Wellenlänge variiert. Beispielsweise lag der optimale Fluenzbereich zum Entfernen blauer, grüner, roter und gelber Tätowierungen bei einer Wellenlänge von 532 nm bei 0,96–2,39 J/cm2. Der 1064-nm-Laser war am effektivsten bei der Entfernung schwarzer Tätowierungen und zeigte eine gewisse Wirksamkeit bei der Entfernung grüner und blauer Pigmente, wobei er mit einer Fluenz von etwa 3 J/cm2 vielversprechende Ergebnisse erzielte. Diese Ergebnisse ergänzten andere Studien3, wonach die sicherste und wirksamste Methode zur Behandlung roter und gelber Pigmente eine Fluenz von 0,8 J/cm2 bei einer Wellenlänge von 532 nm war. Allerdings wurden die Tattooentfernungsverfahren mit einer längeren Pulsdauer als in unserer Studie durchgeführt, mit 375 ps und 450 ps bei einer Wellenlänge von 532 nm bzw. 1064 nm.

Die in unserer Studie beobachtete atypische Reaktion grüner Tätowierungen auf grünes Licht deutet auf eine komplexere und differenziertere Interaktion hin, die auf mehrere Faktoren zurückzuführen sein kann. Die in unserer Studie verwendete spezifische grüne Tätowierfarbe kann aufgrund der Anwesenheit mehrerer Pigmente in ihrer Zusammensetzung breitere Absorptionsspektren aufweisen und daher Licht außerhalb der typischen grünen Wellenlänge absorbieren. Darüber hinaus könnte der Einsatz eines Pikosekundenlasers mit einer Pulsdauer von 150 ps die Effizienz des photomechanischen Aufpralls verbessert haben, was zu einer effektiven Pigmentzertrümmerung geführt hätte. Dieser vorteilhafte Effekt wurde unabhängig von der genauen Übereinstimmung zwischen Laserlicht und Pigmentabsorptionsspektrum beobachtet. Darüber hinaus können auch Faktoren wie die Tiefe der Tätowierung, die Größe der Tintenpartikel und die umgebende biologische Umgebung die Gesamtabsorption und -streuung des Lichts beeinflussen und möglicherweise zur beobachteten Reaktion beitragen19.

Das Ausbleichen von Tätowierungen nach einer Pikosekundenlaserbehandlung kann auf zwei Hauptfaktoren zurückgeführt werden: entweder auf eine Verringerung der Menge und Größe der Tätowierungspigmente oder auf deren Umwandlung in mikroskopische Strukturen, die optisch nicht erkennbar sind22. Eine histopathologische Untersuchung laserbehandelter Tätowierungen ergab eine Abnahme der Gesamtpigmentmenge in der Dermis. Der Pigmentabbau wurde durch Veränderungen in der intrazellulären Ansammlung von Tintenpartikeln beobachtet, die im Vergleich zu unbehandelten Tätowierungen heterogen wurden. Darüber hinaus wurde beobachtet, dass der Einsatz geeigneter Lasereinstellungen eine strukturelle Veränderung im Zytoplasma von Makrophagen hervorrufen kann, die intrazelluläre Pigmentansammlungen enthalten.

Die Fragmentierung der Pigmentaggregate variierte in ihrer Tiefe und wurde durch die Absorptionseigenschaften der Pigmentpartikel bei bestimmten Wellenlängen und die Intensität des während der Behandlung verwendeten Lasers beeinflusst. Unsere Ergebnisse zeigen, dass durch die Optimierung der Behandlungslasereinstellungen die Tiefe der Pigmentaggregatfragmentierung bei geeigneter Wellenlänge beeinflusst werden kann. Die Erhöhung der Punktgröße und der Pulsenergie des 532-nm-Lasers ermöglicht ein tieferes Eindringen in die Haut23 und verbessert so die gezielte Behandlung tiefer liegender Tattoo-Pigmente24. Bemerkenswert ist, dass wir selbst bei Verwendung einer konstanten Pulsenergie von 120 mJ Unterschiede in der Tiefe der Fragmentierung des Tattoo-Aggregats beobachteten. Insbesondere führte die Verwendung einer Punktgröße von 4 mm dazu, dass der Durchbruch Tiefen von bis zu 250 μm erreichte, wohingegen die Verwendung einer kleineren Punktgröße von 2 mm die Fragmentierungstiefe auf 400 μm erhöhte. Es ist bemerkenswert, dass trotz des vierfachen Unterschieds in der Fluenz zwischen den beiden Spotgrößen die Variation in der Eindringtiefe nicht so groß war. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Punktgröße eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Fragmentierungstiefe spielt, möglicherweise aufgrund der räumlichen Verteilung der Laserenergie.

Bei der Behandlung von Tätowierungen mit schwarzer Tinte bei Fluenzen von bis zu 0,76 J/cm2 und einer Wellenlänge von 1064 nm beobachteten wir, dass Pigmentfragmentierung hauptsächlich in der oberen Schicht der Tintenablagerungen auftrat, was wahrscheinlich auf die hohe Absorption des Pigments zurückzuführen ist. Um tiefere Pigmentablagerungen zu erreichen, wären mehr Behandlungssitzungen oder höhere Fluenzen erforderlich, was durch die Erhöhung der Fluenzen von 1,99 auf 7,96 J/cm2 erreicht wurde. Um die Durchdringung des Lasers mit einer Wellenlänge von 1064 nm zu verbessern, ist die Verwendung einer großen Punktgröße oder die R0-Methode erforderlich. Bei der R0-Methode wird eine niedrige Fluenz verwendet, um auf die oberste Schicht des Tattoo-Pigments zu zielen, gefolgt von einer hohen Fluenz, um auf tiefere Schichten des Pigments zu zielen25. In den histologischen Proben anderer Tätowierfarben war die Pigmentfragmentierung in allen Schichten der Dermis sichtbar, wo auch interzelluläre Ansammlungen festgestellt wurden. Somit verändert die Absorption der Pigmentfarbe nicht die Eindringtiefe der 1064-nm-Strahlung, und eine höhere Fluenz kann die Wirksamkeit der Pigmentfragmentierung erhöhen.

Die Ergebnisse der histopathologischen Analyse zeigen, dass die Laserbehandlung das Potenzial hat, mikroskopisch kleine epidermale nekrotische Ablagerungen (MEND) im Stratum corneum der Epidermis zu erzeugen. Die Bildung von MEND hängt von verschiedenen Faktoren wie Fluenz und Pigmenteigenschaften ab und sein Auftreten kann zu ungünstigen Hautreaktionen wie Blasenbildung, Krustenbildung, Narbenbildung und Entzündungen führen26,27. Darüber hinaus kann die Bildung von MEND auch die Wirksamkeit des Tätowierungsentfernungsprozesses beeinträchtigen, indem sie das Eindringen der Laserenergie in die tieferen Hautschichten blockiert und so das Ausmaß der Pigmentfragmentierung und -entfernung einschränkt28. Interessanterweise beobachteten wir, dass eine 532-nm-Wellenlängentherapie zur Bildung von MEND bei allen Tätowierungsfarben mit Fluenzen im Bereich von 0,80 bis 3,82 J/cm2 führte, während die Bestrahlung mit 1064 nm nur bei blauen, grünen und gelben Tätowierungen mit Fluenzen größer als MENDs hervorrief 3,02 J/cm2. Das Verständnis der Faktoren, die zur Bildung von MEND beitragen, ist von entscheidender Bedeutung, da es zu unerwünschten Hautreaktionen kommen kann29, die sich auf das Wohlbefinden und die Genesung des Patienten auswirken können, indem sie den Grad der Pigmentfragmentierung und die Clearance-Rate beeinflussen30.

Zusammenfassend liefert unsere Studie wertvolle Erkenntnisse über die Wirksamkeit einer 150 ps Nd:YAG-Laserbehandlung zur Entfernung frischer Tätowierungen unterschiedlicher Farbe. Die Verwendung einer Punktgröße von 4 mm bei den Wellenlängen 532 nm und 1064 nm löste im Vergleich zur Behandlung mit einer Punktgröße von 2 mm eine mildere Gewebereaktion aus. Unsere Ergebnisse zeigten auch eine positive Korrelation zwischen der zur Behandlung verwendeten Fluenz und der Entfernung von Tätowierungen sowie der Schwere der Nebenwirkungen. Wir haben einen optimalen Fluenzbereich von 0,96–2,39 J/cm2 für die Entfernung blauer, grüner, roter und gelber Tätowierungen mit der Wellenlänge von 532 nm und 3,02 J/cm2 für die effektive Entfernung schwarzer Tätowierungen mit dem 1064-nm-Laser ermittelt.

Darüber hinaus zeigte unsere histologische Analyse, dass die Laserbehandlung eine Fragmentierung der Pigmentablagerungen in Makrophagen induziert, was zu einer Verringerung der gesamten Tattoo-Pigmentdichte in der Dermis führt. Allerdings können sich individuelle Faktoren wie die Zusammensetzung der Tinte, die Tiefe der Tätowierung und die Eigenschaften der Haut auf die Heilungsraten auswirken, sodass unsere Ergebnisse möglicherweise nicht auf alle Tätowierungsarten anwendbar sind. Insgesamt unterstreicht unsere Studie das Potenzial der 150-ps-Nd:YAG-Laserbehandlung als wirksame Option zur Tattooentfernung und liefert Einblicke in die optimalen Parameter für die Erzielung erfolgreicher Ergebnisse.

Die in dieser Studie präsentierten Daten sind auf Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Wir sind dankbar für die Unterstützung von Arvydas Rimkevičius, Ph.D. für die Beratungen in der histopathologischen Analyse.

Diese Studie wurde von der litauischen Agentur für Unternehmensförderung finanziert (Fördernummer J05-LVPA-K-04-0031). Die Sponsoren spielten keine Rolle bei der Konzeption und Durchführung der Studie; bei der Sammlung, Analyse und Interpretation von Daten; oder bei der Vorbereitung, Überprüfung oder Genehmigung des Manuskripts. Das in dieser Studie verwendete Gerät wurde der Einrichtung vom Projektpartner kostenlos zur Verfügung gestellt.

Abteilung für Biomodelle, Staatliches Forschungsinstitut Zentrum für Innovative Medizin, Santariskiu Str. 5, 08410, Vilnius, Litauen

Justinas Baleisis & Romualdas Rudys

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Konzeptualisierung, JB und RR; Methodik, JB und RR; Software, JB; Validierung, JB, RR; formale Analyse, JB; Untersuchung, JB und RR; Ressourcen, JB und RR; Datenkuration, JB und RR; Schreiben – Originalentwurfsvorbereitung, JB; Schreiben – Rezension und Bearbeitung, JB und RR; Visualisierung, JB; Aufsicht, RR; Projektverwaltung, RR; Finanzierungseinwerbung, JB und RR Alle Autoren haben die veröffentlichte Version des Manuskripts gelesen und ihr zugestimmt.

Korrespondenz mit Justinas Baleisis.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Baleisis, J., Rudys, R. Umfassende Untersuchung der Tattooentfernung mit einem 150 ps Nd:YAG-Laser am Schweinemodell. Sci Rep 13, 13062 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-40379-z

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Eingegangen: 12. April 2023

Angenommen: 09. August 2023

Veröffentlicht: 11. August 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-40379-z

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