Development of Gold/gold Sulfide Nanoparticles for Photoacoustic Imaging and Radiotherapy
Fotoakustik görüntüleme ve radyoterapi için altın/altın sülfür nanoparçacıklarının geliştirilmesi
- Tez No: 794928
- Danışmanlar: PROF. DR. HAVVA YAĞCI ACAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 64
Özet
Kanser, tedaviye özel bir yaklaşım gerektiren karmaşık ve zorlu bir sağlık sorunudur. Kanserin türü, tanı anındaki evresi ve hastanın genel sağlığı en uygun tedavinin belirlenmesinde rol oynar. Başarılı bir sonuç alma şansını artırmak için cerrahi ile birlikte kemoterapi ve/veya radyasyon tedavisi ve bir görüntüleme tekniği kullanılabilir. Teranostik, teşhis ve tedavi işlevlerini tek bir formülasyonda birleştiren yenilikçi bir sağlık hizmeti yaklaşımıdır. Bu, bir hastalığın eş zamanlı teşhis ve tedavisinin yanı sıra tedavinin ilerleyişinin ve etkinliğinin gerçek zamanlı olarak izlenmesine olanak tanır. Tedavi edici ajanların kullanımı, hastalık yönetimi sürecini düzene sokabilir ve hasta sonuçlarını iyileştirebilir. Fotoakustik görüntüleme (PAI), yerel optik absorpsiyonu analiz ederek görüntüler üreten yeni bir tıbbi görüntüleme yöntemidir. Ayırt edilebilir optik absorpsiyon özelliklerine sahip endojen veya eksojen kromoforları kullanır ve yüksek kontrastlı görüntüler sağlar. Endojen doku kromoforlarından farklı olarak optik absorpsiyona sahip olan eksojen bir kontrast maddesi seçilirse, arka plan doku sinyallerinden minimum düzeyde müdahale olacaktır. Altın nanopartiküller (GNP), fotoakustik görüntülemeye uygun benzersiz optik özelliklerinden dolayı, eksojen bir kontrast maddesinin başlıca örneğidir. GNP'deki ışığın soğurulması, gelen ışığın frekansı yüzey plazmon rezonansı (SPR) ile rezonansta olduğunda en yüksek seviyededir. Bu rezonans, UV-vis-NIR spektrumunda görülür ve genellikle GNP'nin yüksek absorpsiyon zirvesine neden olur. Altın nanoparçacıkların mükemmel ışıktan ısıya dönüştürücüler, kontrast maddeleri ve radyo-hassaslaştırıcılar olduğu bilinmektedir. Altın-altın sülfit nanoparçacıkları (GGS), literatürde nispeten yenidir, NIR dalga boylarını emer ve tümör terapisinde ve optik görüntülemede etkinliği artırmak için potansiyel adaylardır. Bununla birlikte, yapı hakkında az bilgi ve kararlılığı korumanın zorluğu, biyomedikal alanda kullanımını zorlaştırmaktadır. Bu tezin ilk bölümünde, GGS nanoparçacıklarının basit, tek adımlı, sulu sentezi geliştirilmiştir. 3-merkaptopropiyonik asit/ metoksi poli (etilen glikol) tiyol (GGS-3MPA), dallanmış poli (etilenimin)/ metoksi poli (etilen glikol) tiyol (GGS-bPEI) ve sığır serum albümini (GGS-BSA) kaplamaları GGS'nin kararlılığını sağladı. Bir yıl içinde önemli bir absorbans, boyut ve yüzey potansiyel değişikliği gözlenmedi. GGS'nin NIR absorbansı literatürde tartışmalıdır. Parçacıkların şekil anizotropisinin veya çekirdek-kabuk yapısının NIR özelliğine etkisi olup olmadığını anlamak üzere, TEM analizi ile incelenen şekil ve boyut dağılımına ve XPS ile ölçülen parçacıklar boyunca kompozisyon değişikliğine bakıldı. TEM görüntüleri, GGS çözeltisinin değişen boyutlarda küresel, üçgen, altıgen, sekizgen, çubuk benzeri parçacıklara sahip olduğunu göstermiştir. GGS'nin kazınmış katmanları boyunca altın ve sülfürün kimyasal durumlarında herhangi bir değişiklik olmamıştır. DLS-zeta, FTIR ve XRD ölçümleri ile daha fazla karakterizasyon yapılmıştır. İkinci bölümde, görünür ve yakın kızılötesi bölgede foto-akustik mikroskopi (PAM) için eksojen bir kontrast maddesi olarak GGS'nin potansiyelini değerlendirdik. İlk olarak, nanoparçacıkların çözeltisinden fotoakustik sinyaller elde edildi. NIR aralığındaki fotoakustik değerlendirme için, üç GGS'nin tümü, yüksek NIR emme kabiliyeti ile bilinen altın nanoçubuklar (GNR) ile karşılaştırıldı. GGS ile GNR'ye göre daha güçlü sinyaller elde edildi. Sitotoksisite sonuçlarına bağlı olarak, tüm in vitro görüntüleme ve tedavi deneylerinde 100 µg GGS/mL konsantrasyonu kullanıldı. PAM ile in vitro görüntüleme için HeLa, MDA-MB-231 ve L929 hücre hatları kullanıldı. PAI, sentezlenen GGS'nin farklı kaplamalarla alım performansını ortaya koydu. 532 nm lazer ile güçlü sinyaller alındı; ancak 800 nm sonuçları zayıftı. Daha sonra GGS'nin radyo-hassaslaştırıcı olarak potansiyeli değerlendirildi. Radyasyon dozuna bağlı radyoterapi, özellikle GGS-3MPA ve GGS-bPEI'nin, beklenenin ötesinde çok düşük bir radyasyon dozu olan 0.05 Gy ile hücre canlılığını %25'e kadar düşürebildiğini göstermiştir. Bu sonuçlar gelecekte radyoterapi uygulamasında beklenen tüm yan etkilerin ortadan kaldırılmasıyla sağlıklı dokuların zarar görmeyebileceği sonucunu ima etmektedir.
Özet (Çeviri)
Cancer is a complex and challenging health concern that requires a tailored approach to treatment. The type of cancer, its stage at diagnosis, and the patient's overall health all play a role in determining the most appropriate therapy. Surgical resection followed by chemotherapy and/or radiation therapy and an imaging technique may be used to improve the chances of a successful outcome. Theranostics is an innovative approach to healthcare that combines diagnostic and therapeutic functions in a single formulation. This allows for the simultaneous diagnosis and treatment of a disease, as well as the real-time monitoring of the treatment's progress and effectiveness. The use of theranostic agents can streamline the process of disease management and improve patient outcomes. Photoacoustic imaging (PAI) is a novel medical imaging method that produces images by analyzing local optical absorption. It utilizes either endogenous or exogenous chromophores with distinguishable optical absorption characteristics, and provides high-contrast images. If an exogenous contrast agent is chosen that has an optical absorption unlike endogenous tissue chromophores, then there will be minimal interference from background tissue signals. Gold nanoparticles (GNP) are a prime example of an exogenous contrast agent, due to their unique optical properties suitable for photoacoustic imaging. The absorption of light in GNP is greatest when the frequency of incident light is in resonance with their surface plasmon resonance (SPR). This resonance is seen in the UV-vis-NIR spectrum, often resulting in a high absorption peak of GNP. GNP are known to be excellent light-to-heat converters, contrast agents, and radiosensitizers. Gold-gold sulfide nanoparticles (GGS), which are relatively new in the literature, absorb NIR wavelengths and potential candidates for increasing effectiveness in tumor therapy and optical imaging. However, little knowledge of the structure and difficulty of maintaining stability complicates its use in the biomedical field. In the first chapter of this thesis, a simple, one-step, aqueous synthesis of GGS nanoparticles was developed. 3-mercaptopropionic acid/ methoxy poly (ethylene glycol) thiol (GGS-3MPA), branched poly (ethyleneimine)/ methoxy poly (ethylene glycol) thiol (GGS-bPEI), and bovine serum albumin (GGS-BSA) coatings were optimized to keep GGS stable. Absorbance, size and surface potential was followed for a year and no significant change observed. The NIR absorbance of the GGS is controversial in the literature. To understand whether the shape anisotropy or core-shell structure of the particles causes NIR property, shape, and size distribution studied by TEM analysis and the compositional changes along the particles measured by XPS. TEM images showed that the solution of GGS has spherical, triangular, hexagonal, octagonal, and rod-like particles with varying sizes. There was no change in the chemical states of the gold and sulfur along the etched layers of GGS. Further characterization was done by DLS-zeta, FTIR, and XRD measurements. In the second chapter, we evaluated the potential of GGS as an exogenous contrast agent for photo-acoustic microscopy (PAM) in visible and near-infrared regions. First, the photoacoustic signals were obtained from the solution of the nanoparticles. For the photoacoustic evaluation in the NIR range, all three GGS were compared with gold nanorods (GNR), which are known for their high NIR absorbing ability. Stronger signals were obtained with GGS compared to GNR. Depending on the cytotoxicity results 100 µg GGS/mL concentration was used for all in vitro imaging and therapy experiments. For in vitro imaging with PAM, HeLa, MDA-MB-231, and L929 cell lines were used. PAI revealed the uptake performance of the synthesized GGS with different coatings. Strong signals were obtained with a 532 nm laser; however, 800 nm results were weak. Later, the potential of GGS as a radiosensitizer was evaluated. Radiation dose-dependent radiotherapy showed that especially GGS-3MPA and GGS-bPEI can lower the cell viability to 25% with 0.05 Gy, which is a very low dose of radiation beyond expected. These results imply the conclusion that healthy tissues may not be harmed by eliminating all the side effects expected in radiotherapy applications in the future.
Benzer Tezler
- Development of gold/gold sulfide nanoparticles for photothermal and photodynamic therapy
Fototerapi ve nitrik oksit gaz terapi için altın/altın sülfür nanoparçacıklarının geliştirilmesi
DİLARA SİPAHİOĞLU
- Development of metal and metal oxide nanoparticles and investigation of their potential applications
Metal ve metal oksit nanoparçacıkların geliştirilmesi ve potansiyel uygulama alanlarının incelenmesi
ÖZGE ÇAVUŞLAR
Doktora
İngilizce
2019
KimyaKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAVVA YAĞCI ACAR
- Altın kazanımında flaş flotasyon ve gravite ile zenginleştirme proseslerinin performanslarının karşılaştırılması
Comparison of flash flotation and gravity separation performance in gold recovery
EMRE ERKAN
Doktora
Türkçe
2022
Maden Mühendisliği ve MadencilikHacettepe ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAFİR EKMEKÇİ
PROF. DR. NACİ EMRE ALTUN
- P-galyum arsenür (GaAs)/anodik izolasyon filmlerin arayüzey özelliklerinin incelenmesi
Investigation of interface properties in p-gallium arsenide (GaAs)/anodic insulator films
HAYRETTİN YÜZER