Časově rozlišená fluorescence pro diagnostiku onkologických onemocnění

• Thesis title in Czech: Časově rozlišená fluorescence pro diagnostiku onkologických onemocnění
• Thesis title in English: Time-resolved Fluorescecne for Diagnostics of Oncologic Diseases
• Key words: časově rozlišená fluorescence, fotodiagnostika, autofluorescence, časově korelované čítání jednotlivých fotonů
• English key words: time-resolved fluorescence, photodiagnosis, autofluorescence, time-correlated single photon counting
• Academic year of topic announcement: 2016/2017
• Thesis type: diploma thesis
• Thesis language: čeština
• Department: Department of Chemical Physics and Optics (32-KCHFO)
• Supervisor: doc. RNDr. Roman Dědic, Ph.D.
• Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 07.11.2016
• Date of assignment: 07.12.2016
• Confirmed by Study dept. on: 21.03.2017

Guidelines

1. seznámení se se základy a principy fotodiagnostiky v medicíně
2. rešerše dosud publikovaných výsledků
3. zvládnutí práce s časově rozlišeným měřením fluorescence – TCSPC
4. měření časově rozlišené fluorescence NADH, FAD a protoporfyrinu IX v roztocích
5. adaptace sběrného systému pro měření se světlovodem

References

[1] LAKOWICZ, J. R. Principles of Fluorescence Spectroscopy. Berlin : Springer, third edition, 2006. doi: 10.1007/978-0-387-46312-4. ISBN 978-0387-31278-1.
[2] WILSON, B. C. – PATTERSON, M. S. The physics, biophysics and technology of photodynamic therapy. Physics in Medicine and Biology. 2008, 53, s. R61–R109. doi: 10.1088/0031-9155/53/9/R01.
[3] SKALA, M. C. et al. In vivo multiphoton microscopy of NADH and FAD redox states, fluorescence lifetimes, and cellular morphology in precancerous epithelia. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2007, 104, 49, s. 19494–19499. doi: 10.1073/pnas.0708425104.
[4] RÜCK, A. et al. SLIM: A new method for molecular imaging. Microscopy Research and Technique. 2007, 70, 5, s. 485–492. doi: 10.1002/jemt.20433.

Preliminary scope of work

Detekce luminiscence kůže, případně tkání dosažitelných endoskopicky, je slibnou technikou pro diagnostiku různých lézí, včetně onkologických. Pro tuto diagnostiku je možno využít selektivně se ukládajících látek, fotosensibilizátorů, v metodě fotodiagnostiky. Vedle této metody, vyžadující přítomnost luminiscenčně kontrastující látky v těle pacienta, je možné využít také autofluorescenci tkání. Mezi přirozeně se v tkáních vyskytující fluorofory patří například metabolické kofaktory nikotinamidadenindinukleotidfosfát (NADP) a flavinadendinukleotid (FAD). Tyto látky jsou kofaktory dýchacího řetězce a studium jejich poměrů v oxidované a redukované formě umožňuje odlišit zdravou a rakovinnou tkáň. Navíc se ukazuje, že doba života jejich luminiscence závisí na jejich interakci s okolními molekulami v buňkách, což otevírá další diagnostické možnosti. Na našem pracovišti byla vybudována vícekanálová aparatura pro simultánní měření dob života luminiscence až čtyř látek lišících se ve vlnových délkách luminiscence. Úkolem této práce bude ověřit využitelnost této aparatury pro rozlišení kinetik luminiscence NADP, FAD a endogenního fotosensibilizátoru protoporfyrinu IX (prekurzor v biosyntéze hemu) v modelových roztocích těchto látek se sběrem luminiscence pomocí čoček z kyvety a též pomocí světlovodu, který by v budoucnu umožnil i studium povrchových vrstev tkání.

Preliminary scope of work in English

Detection of luminescence of the skin or tissues available by endoscopy is a promising technique for the diagnosis of various lesions, including oncologic ones. Selectively uptaken substances, photosensitizers, may be used for this diagnosis method (photodiagnosis). Besides this method, requiring the presence of luminescence contrast agents in the body, it is also possible to use tissue autofluorescence. The naturally occurring tissue fluorophores include metabolic cofactors nicotinamide adeninedinucleotidephosphate (NADP) and flavinadendinucleotide (FAD). These substances are cofactors of the respiratory chain and the study of their ration in the oxidized and reduced form allows to distinguish between healthy and cancerous tissue. Moreover, it appears that the lifetimes of their luminescence are dependent on their interaction with the surrounding molecules in cells, which opens possibilities for further diagnostic applications. Multi-channel apparatus for simultaneous measurement of luminescence lifetimes of up to four substances differing in wavelength of luminescence have been built in our laboratory. The goal of this work is to verify the usefulness of this apparatus for the resolution of luminescence kinetics of NADP, FAD, and endogenous photosensitizer protoporphyrin IX (a precursor in the biosynthesis of heme) in model solutions of these substances. Their luminescence will be collected through the lens of the cell and also via fiber, which would allow the study of surface layers of tissues in future.