Luminescence diagnosis and dosimetry in photodynamic therapy

• Thesis title in English: Luminescence diagnosis and dosimetry in photodynamic therapy
• Academic year of topic announcement: 2013/2014
• Thesis type: dissertation
• Thesis language: angličtina
• 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: 27.09.2013
• Date of assignment: 27.09.2013
• Confirmed by Study dept. on: 23.01.2014

Guidelines

1.seznámení se s rolí singletního kyslíku v biologických systémech a s principy fotodynamické terapie
2.seznámení se se základy a principy fotodiagnostiky v medicíně
3.zvládnutí práce s vláknovým spetrometrem pro měření spektrálně rozlišené luminiscence buněčných kultur a tkání ve viditelné oblasti
4.zvládnutí práce s aparaturou pro spektrálně a časově rozlišenou detekci infračervené luminiscence fotosensibilizátorů a singletního kyslíku
5.zvládnutí práce s časově rozlišeným měřením fluorescence - TCSPC
6.zvládnutí kultivace a manipulace s živými buňkami
7.studium luminiscence fotosensibilizátorů a singletního kyslíku v roztocích, modelových systémech a živých buňkách pomocí obou výše uvedených spektroskopických metod

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]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.
[3]POTTLER, R. et al. (Ed.). Photodynamic Therapy with ALA. A Clinical Handbook. 6 / Comprehensive Series in Photochemistry and Photobiology. Cambridge : RSC Publishing, 2006. ISBN 978-0-85404-341-5.
[4]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.
[5]A. RÜCK, et al. SLIM: A new method for molecular imaging, Microscopy Research and Technique. 2007, 70, 485–492. doi: 10.1002/jemt.20433

Preliminary scope of work

Včasná diagnostika je klíčová pro úspěšnou léčbu onkologických onemocnění. Fotodynamická terapie (PDT), kromě samotného léčebného účinku, umožňuje využití stejných léčiv (fotosensibilizátorů) pro fluorescenční zobrazování (fotodiagnostika). Tato diagnostická metoda poskytuje okamžitou diagnostickou informaci pomocí neinvazivní techniky. Sledování infračervené luminiscence fotosensibilizátorů a singletního kyslíku přímo během probíhající fotodynamické terapie v živých tkáních (singlet oxygen luminescence dosimetry - SOLD) vedle poskytnutí detailních informací o principech PDT též otevírá možnost individuálního přizpůsobení průběhu terapie jednotlivým pacientům, což dále může zvýšit účinnost terapie a snížit riziko nežádoucích vedlejších účinků. Pro vyloučení nutnosti použití exogenních fotosensibilizátorů pro fluorescenční diagnostiku se nabízí možnost využití časově a spektrálně rozlišené autofluorescence tkání, která může poskytovat informace o odlišnostech v metabolismu zdravé a nemocné tkáně. Dosud byla tato technika používána pouze na buněčných kulturách v spektrálně a časově rozlišené mikroskopii (spectral resolved lifetime imaging - SLIM). Cílem navrhované disertační práce je jednak hlubší pochopení detailních mechanismů fotodynamické terapie a též ověření možnosti využití luminiscenční diagnostiky a dosimetrie PDT pro klinickou praxi.

Předpokládané znalosti uchazeče na úrovni ukončeného magisterského studia v oboru biofyzika a chemická fyzika.

Preliminary scope of work in English

Early diagnosis is crucial for succesful treatment of oncologic diseases. Besides the therapeutic effect itself, phtodynamic therapy (PDT) enables employment of the very same drugs (photosensitizers) for fluorescence diagnosis (photodiagnosis). This method provides instant diagnostic information using non-invasive techniques. Detection on infrared luminescence of photosensitizers and singlet oxygen directly during the photodynamic treatment in living tissues (singlet oxygen luminescence dosimetry - SOLD) provides detailed information about PDT mechanisms and opens a possibility of individual customization of the therapy to particular patients, which enables further increase of therapeutic outcome and reduce the undesirable side-effects. Employment of time- and spectral-resolved autofluorescence of the tissues may provide information about differences in metabolism of healthy and diseased tissues, making the usage of exogenoeus photosensitizers unnecessary. Up to date, this technique was used solely on cell cultures in spectral- and time-resolved microscopy (spectral resolved lifetime imaging – SLIM). The aim of the proposed work is deeper understanding of the detailed mechnisms of PDT as well as verification of feasibility of luminescence diagnostics and PDT dosimetry for clinical praxis.

The knowledge on the level of Master degree in biophysics or chemical physics is required.