Mikrospektroskopické studium fotosensibilizačních nanomateriálů

• Thesis title in Czech: Mikrospektroskopické studium fotosensibilizačních nanomateriálů
• Thesis title in English: Microspectroscopic Study of Photosenzitizing Nanomaterials
• Key words: časově rozlišená luminiscence, luminiscenční mikroskopie, singletní kyslík, nanočástice
• English key words: time-resolved luminescence, luminescence microscopy, singlet oxygen, nanoparticles
• Academic year of topic announcement: 2018/2019
• Thesis type: diploma thesis
• 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: 08.11.2018
• Date of assignment: 25.02.2019
• Confirmed by Study dept. on: 18.03.2019

Guidelines

1. seznámení se s principem PDT a fotodynamické inaktivace
2. základní seznámení se s obsluhou luminiscenčního mikroskopu
3. seznámení se s činností hradlovaného fotonásobiče a zesilované kamery
4. seznámení se s přípravou a vlastnostmi fotosensibilizujících nanomateriálů
5. rešerše dosud publikovaných výsledků
6. studium zpožděné fluorescence a interakce nanočástic s buněčným prostředím pomocí luminiscenčního mikroskopu

References

[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
[6] HENKE, P. Fotoaktivní polystyrenové nanomateriály produkující singletový kyslík, Disertační práce, PřF UK 2017.

Preliminary scope of work

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). V poslední době byly připraveny nanočásticové nosiče fotosensibilizátorů na bázi multifunkčních nanovláken, které mohou být využívány jednak pro sterilizaci roztoků ale i pro citlivou detekci rozpuštěného kyslíku v roztocích.
Úkolem studenta bude studovat vlastnosti těchto nanočástic a jejich interakci s buněčným prostředím pomocí přímé a zpožděné fluorescence využitím zobrazování ve fluorescenčním mikroskopu s časově rozlišenou detekcí.

Preliminary scope of work in English

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). Nanoparticle carriers of photosenstizers based on multifunctional nanofibers were recently prepared. They can be used for sterilization of solutions as well as for sensitive detection of dissolved oxygen.
The work focuses on investigation of properties of the nanoparticles and their interaction with cellular environment using imaging of their prompt and delayed fluorescence by fluorescence microscope equipped with time-resolved detection.