Συνδυασμός Ακτινοβολίας Cherenkov και Νανοσωματιδίων για Φωτοδιάγνωση και Φωτοδυναμική Θεραπεία

Νάνου, Μαρία; Nanou, Maria

dc.contributor.author	Νάνου, Μαρία	el
dc.contributor.author	Nanou, Maria	en
dc.date.accessioned	2024-04-24T09:15:34Z
dc.date.available	2024-04-24T09:15:34Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/59272
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.26968
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Φωτοδυναμική θεραπεία	el
dc.subject	Ακτινοβολία Cherenkov	el
dc.subject	Νανοσωματίδια χρυσού	el
dc.subject	Ελεύθερες ρίζες	el
dc.subject	Θεραπεία του καρκίνου	el
dc.subject	Photodynamic therapy	en
dc.subject	Cherenkov radiation	en
dc.subject	Gold nanoparticles	en
dc.subject	Free radicals	en
dc.subject	Cancer treatment	en
dc.title	Συνδυασμός Ακτινοβολίας Cherenkov και Νανοσωματιδίων για Φωτοδιάγνωση και Φωτοδυναμική Θεραπεία	el
dc.title	Combination of Cherenkov Radiation and Nanoparticles for Photodiagnosis and Photodynamic Therapy	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Βιοφωτονική	el
heal.classification	Βιοϊατρική φυσική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-10-18
heal.abstract	Τα τελευταία χρόνια, διεξάγεται συστηματική έρευνα στους τομείς της διάγνωσης και της θεραπείας νεοπλασματικών αλλά και μη καρκινικών αλλοιώσεων. Η φωτοδυναμική θεραπεία είναι μια φωτοενεργοποιούμενη μη-επεμβατική θεραπεία, η οποία κατέχει κυρίαρχο ρόλο στις μεθοδολογίες αντιμετώπισης αλλοιώσεων, μέσω της εκμετάλλευσης των ιδιοτήτων του φωτός. Βασίζεται στον συνδυασμό της μονοχρωματικής μη ιοντίζουσας ακτινοβολίας, του φωτοευαισθητοποιητή και του οξυγόνου, όπου κάθε μεμονωμένο στοιχείο από τα παραπάνω, δεν μπορεί να προκαλέσει κάποια βλάβη στον ιστό, σε αντίθεση με τον συνδυασμό τους, ο οποίος μπορεί να αποβεί καταστροφικός. Σκοπό της παρούσας διπλωματικής εργασίας, αποτέλεσε η αντιμετώπιση του βασικότερου μειονεκτήματος της φωτοδυναμικής θεραπείας, το οποίο είναι το περιορισμένο βάθος διείσδυσης, καθώς και η ανάπτυξη και διερεύνηση παραμέτρων βελτιστοποίησης της δράσης της και του θεραπευτικού αποτελέσματος. Έτσι, γίνεται μια εισαγωγή στην ακτινοβολία Cherenkov, και εξετάζεται η πιθανότητα χρήσης της ως εσωτερική πηγή φωτός, παραγόμενη από το ραδιονουκλίδιο 18F-FDG. Το μόριο αυτό, ως ανάλογο της γλυκόζης, προσλαμβάνεται έντονα από τα καρκινικά κύτταρα, με αποτέλεσμα να συγκεντρώνεται τοπικά στον όγκο, και να απεικονίζεται με μεγάλη ακρίβεια. Το 18F-FDG καθώς διασπάται σε σταθερό πυρήνα 18O, απελευθερώνει σωματίδια β, τα οποία έχουν την απαραίτητη ενέργεια καθώς κινούνται μέσα στον βιολογικό ιστό, να ξεπεράσουν την φασική ταχύτητα του φωτός και να εκπέμψουν ακτινοβολία Cherenkov, σε ηλεκτρομαγνητικό φάσμα 300-900nm. Κάποιο μέρος της ακτινοβολίας απορροφάται τελικά από τα νανοσωματίδια, τα οποία έχουν ενσωματωθεί στον καρκινικό όγκο, και τα οποία νανοσωματίδια στο εσωτερικό τους φέρουν τον φωτοευαισθητοποιητή. Ο φωτοευαισθητοποιητής διεγείρεται και πυροδοτεί μια σειρά τοπικών κυτταροτοξικών φαινομένων όπου με την παραγωγή ελευθέρων ριζών και μονήρες οξυγόνου, ξεκινάει η διαδικασία κυτταρικού θανάτου στον καρκινικό όγκο. Παράλληλα, πραγματοποιήθηκε βιβλιογραφική ανασκόπηση των κλινικών δοκιμών για την αντιμετώπιση διαφόρων παθολογικών καταστάσεων με φωτοδυναμική θεραπεία ή και σε συνδυασμό με άλλες θεραπείες, καθώς και για τους τύπους των φωτοευαισθητοποιητών που χρησιμοποιούνται σήμερα στις εν εξελίξει μελέτες. Χρησιμοποιώντας, λοιπόν, το προσομοιωτικό πρόγραμμα Wolfram Mathematica, στο πρώτο μέρος πραγματοποιείται μελέτη του φάσματος απορρόφησης των νανοσωματιδίων χρυσού, ενώ έπειτα στο δεύτερο μέρος, εισάγοντας τα δεδομένα του πρώτου, βρέθηκε το ποσό ακτινοβολίας Cherenkov που δύνανται να απορροφήσουν τα νανοσωματίδια. Στο τρίτο και τελευταίο μέρος, έγινε εκ νέου μελέτη, με εισαγωγή καταλλήλων τύπων, για την διερεύνηση της κατάλληλης διαμέτρου και συγκέντρωσης νανοσωματιδίων χρυσού, ώστε να επιτευχθεί το βέλτιστο θεραπευτικό αποτέλεσμα μέσω της παραγωγής μέγιστης συγκέντρωσης ελευθέρων ριζών.	el
heal.abstract	In the recent years, systematic research has been carried out in the fields of diagnosis and treatment of neoplastic and non-cancerous lesions. Photodynamic therapy (PDT) is a photoactivated non-invasive therapy, which plays a dominant role in the methodologies for treating lesions by utilizing the properties of light. It is based on the combination of monochromatic non-ionizing radiation, photosensitizer (PS) and oxygen, where any single part of the above cannot cause any damage to the tissue, as opposed to their combination, which can be destructive. The aim of the present thesis was to address the main disadvantage of photodynamic therapy, which is the limited depth of penetration, as well as the development and investigation of parameters to optimize its action and therapeutic outcome. Therefore, an introduction to Cherenkov radiation is presented, as well as the possibility of using it as an internal light source, produced by the radionuclide 18F-FDG. This molecule, as an analogue of glucose, is strongly taken up by the cancer cells, so that it is concentrated locally in the tumor and can be imaged with great accuracy. As 18F-FDG decays to a stable 18O nucleus, it releases beta particles, which have the required energy as they move through biological tissue, to overcome the phase velocity of light and emit Cherenkov radiation, in the electromagnetic spectrum of 300-900nm. Part of the radiation is subsequently absorbed by the nanoparticles embedded in the cancerous tumor, which carry the photosensitizer on their interior. The photosensitizer gets excited and triggers a series of local cytotoxic phenomena producing Reactive Oxygen Species (ROS) such as free radicals and singlet oxygen, initiating the process of cell death in the tumor tissue. In the meanwhile, a literature review of clinical trials for the treatment of various pathological conditions with photodynamic therapy alone or in combination with other therapies, as well as the types of photosensitizers currently used in ongoing studies was provided. Using the computing environment of Wolfram Mathematica, in the first part of this thesis, we study the absorption spectrum of gold nanoparticles, while then in the second part, using the data from the first part, the amount of Cherenkov radiation that the nanoparticles are capable to absorb is calculated. Finally, in the third part, with the introduction of suitable equations, a new study was performed, in order to investigate the most suitable diameter and concentration of gold nanoparticles to achieve the optimal therapeutic effect, through the maximization of free radical concentration.	en
heal.advisorName	Μακροπούλου - Λουκογιαννάκη, Μυρσίνη	el
heal.committeeMemberName	Μακροπούλου - Λουκογιαννάκη, Μυρσίνη	el
heal.committeeMemberName	Τσιγαρίδας, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Πλατώνη, Καλλιόπη	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών. Τομέας Φυσικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	110 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false