Detekce přímé a zpožděné fluorescence fotosensibilizátorů z biologických vzorků

• Název práce v češtině: Detekce přímé a zpožděné fluorescence fotosensibilizátorů z biologických vzorků
• Název v anglickém jazyce: Detection of Prompt and Delayed Fluorescence of Photosensitizers from Biological Samples
• Klíčová slova: časově rozlišená luminiscence, luminiscenční detekce, singletní kyslík
• Klíčová slova anglicky: time-resolved luminescence, luminescence detection, singlet oxygen
• Akademický rok vypsání: 2021/2022
• Typ práce: diplomová práce
• Ústav: Katedra chemické fyziky a optiky (32-KCHFO)
• Vedoucí / školitel: doc. RNDr. Roman Dědic, Ph.D.

Zásady pro vypracování

1. seznámení se s principem PDT
2. základní seznámení se s obsluhou luminiscenčního mikroskopu
3. seznámení se s činností hradlovaného fotonásobiče a zesilované kamery
4. rešerše dosud publikovaných výsledků
5. studium relokalizace různých fotosensibilizátorů pomocí luminiscenčního mikroskopu

Seznam odborné literatury

[1] GOMER, C. J. (Ed.). Photodynamic Therapy: Methods and Protocols. 635 / Methods in Molecular Biology. New York, USA : Humana Press, 2010. doi: 10.1007/978-1-60761-697-9. ISBN 978-1-60761-696-2.
[2] SCHOLZ, M. and DĚDIC, R. Singlet oxygen-sensitized delayed fluorescence. Ch. 28 in NONELL, S. and FLORS, C. (Eds.) Singlet Oxygen: Applications in Biosciences and Nanosciences, Royal Society of Chemistry, 2016, 14, 63-81
[3] SCHOLZ, M., et al. Singlet oxygen-sensitized delayed fluorescence of common water-soluble photosensitizers, Photochemical & Photobiological Sciences 12, 2013, 1873-1884. doi: 10.1039/c3pp50170a
[4] SCHOLZ, M. et al. The singlet-oxygen-sensitized delayed fluorescence in mammalian cells: a time-resolved microscopy approach.Photochemical & Photobiological Sciences 14, 2015, 700-713. doi: 10.1039/c4pp00339j
[5] SCHOLZ, M. et al. Microscopic time-resolved imaging of singlet oxygen by delayed fluorescence in living cells, Photochemical & Photobiological Sciences, 2017. doi: 10.1039/C7PP00132K

Předběžná náplň práce

Fotodynamická terapie (PDT) je jednou z metod pro léčení onkologických a jiných závažných chronických onemocnění. Tato terapeutická metoda využívá vysoké reaktivity singletního kyslíku, který vzniká přenosem excitační energie z tripletů fotosensibilizátorů na kyslík v základním stavu. Vysoká reaktivita singletního kyslíku pak vede k oxidativnímu poškození nemocné tkáně. Detaily mechanismu účinku PDT je možné studovat pomocí časově rozlišené detekce slabé infračervené luminiscence singletního kyslíku, a to i přímo v buněčném prostředí.
Naše skupina prokázala, že pro zobrazování a dosimetrii singletního kyslíku v buňkách in vitro může být využita singletním kyslíkem sensitizovaná zpožděná fluorescence samtných fotosensibilizátorů. Tato semi-přímá metoda spojuje výhody přímé detekce singletního kyslíku (specificita, bez problémů s kolokalizací, kinetiky poskytují informaci o interakcích fotosensibilizátorů a singletního kyslíku s okolními molekulami) s výhodami nepřímé detekce pomocí fluorescenčních sond (vyšší intenzita luminiscence, emise ve viditelné oblasti). Při pilotních experimentech bylo zjištěno, že pokles zpožděné fluorescence po určité expozici vzorku záření koreluje s okamžikem popraskání lysosomů v buňce. Toto poškození buněčných organel je krokem k buněčné smrti a proto může být tento okamžik využit pro dosimetrii ve fotodynamické terapii.
Úkolem studenta bude podílet se na stavbě a testování dosimetrického zařízení pro hradlovanou detekci přímé a zpožděné fluorescence fotosensibilizátorů sbírané s povrchu biologických vzorků (buněčné kultury, tkáňové modely, případně živá tkáň).

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Photodynamic therapy (PDT) is a method for treating oncologic and other serious chronic diseases. This therapeutic method utilizes the high reactivity of singlet oxygen, which is generated by excitation energy transfer from the triplet photosensitizers to oxygen in the ground state. The high reactivity of singlet oxygen leads to oxidative damage to the diseased tissue. Details of the mechanism of action of PDT can be studied by means of time-resolved detection of infrared light of singlet oxygen luminescence, even in the cellular environment.
Our research group has demonstrated that Singlet Oxygen-Sentized Delayed Fluorescence of the photosensitizers can be utilized to imaging and dosimetry of singlet oxygen in cells in vitro. This semi-direct method combines advantages of the direct luminescence detection of singlet oxygen (specificity, no collocalization issues, luminescence kinetics report on interaction of the photosensitizers and singlet oxygen with surrounding molecules) with those of indirect luminescence probes (high intensitiy of luminescence, emission in visible spectral range). Pilot experiments indicated, that the drop of the delayed fluorescence after specific exposition of the smaple to the light correlates with rupture of the lysososomes in the cell. This damage to the organels is a step towards the celluar death of the treated cells. Thus it can be utilized for dosimetry of photodynamic therapy.
The goal of the work is the development and testing of a dosimetric device for gated detection of prompt and delayed fluorescence of photosensitizers collected by lightguide from the biological samples (cell cultures, tissue models, optionally even tissues in/ex vivo).