Fotodinamik terapi sırasında tekli oksijenin izlenmesi ve tedavi etkinliğinin arttırılması
Singlet oxygen detection and improvement of treatment effect during photodynamic therapy
Yazar: ALİ FURKAN KAMANLI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKÇEN ÇETİNEL ; DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA ZAHİD YILDIZ
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektronik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Klinik Bakteriyoloji ve Enfeksiyon Hastalıkları = Clinical Microbiology and Infectious Diseases
Dizin: Biyomedikal mühendisliği = Biomedical engineering ; Biyomedikal teknoloji = Biomedical technology ; Biyomedikal uygulamalar = Biomedical applications ; Dezenfeksiyon = Disinfection ; Diyod lazer = Diode laser ; Optoelektronik = Optoelectronic ; Optoelektronik sistemler = Optoelectronic systems ; Yara enfeksiyonu = Wound infection

Özet:
Fotodinamik terapi uygulama bölgesinin fotosensitizan ile birlikte oksijen ihtiva etmesi koşulu altında gerekli enerjiye sahip ışık ile uyarılması sonucu enerjiye bağlı olarak oluşan tepkimenin ardından doku/hücre/bakteri ölümü gerçekleşmektedir. Aynı tümör veya enfeksiyon türleri için kullanılan tedavi protokolleri önemli ölçüde hastadan hastaya ve bölgeden bölgeye değişmektedir. Işık kaynağı, ışık iletimi, tekli oksijen miktarı, fotosensitizan oksijen etkileşimi Fotodinamik terapinin başarısına ayrı ayrı etki edebilen parametrelerdir.
Gerçekleştirilen bu tez çalışmasında; Fotodinamik terapinin teknik problemleri içerisinde bulunan ışık kaynağı ve tekli oksijen molekülünün izlenmesi problemlerine bütüncül bir bakış ile yaklaşılarak çok modlu lazer ışık kaynağı ve tekli oksijen molekülü izleme sistemi geliştirilmiştir. Ayrıca geliştirilen bu sistemler ile bakteri tabanlı Fotodinamik terapi uygulamaları gerçekleştirilmiştir. Sunulan tez bu kapsamda 3 ana parçaya bölünmüştür. Bölümlerin amaçları şu şekilde özetlenebilir; birinci bölümde amaç tekli oksijen molekülü yakalama sisteminin geliştirilmiştir. Sistemin frekans aralığı 10 ns-15 μs arasında gerçekleşebilecek ışınımları yakalayacak şekilde tasarlanmıştır. İkinci bölümde çok modlu lazer ışık kaynağının geliştirilmesi ile karalı bir ışık kaynağı elde edilmesi amaçlanmıştır. Önerilen sistemin 0 ila 1500 mW ± 1 mW yüksek optik çıkış, 635 nm ± 1 nm 'de dalga boyu kararlılığına ve sistem içi yüksek sıcaklık kararlılığına 15 0C ± 0.20C sahip olduğu yapılan ölçümler ile gösterilmiştir. Üçüncü bölümde antimikrobiyal fotodinamik terapi uygulaması kapsamında SOED (tekli oksijen molekülü açık dozimetrisi) ve SOLD (tekli oksijen molekülü ışıma dozimetrisi) tabanlı dozimetrik metodların in vitro bakteri ortamında karşılaştırılmış ve %10 oranında korelasyon gösterdikleri ve geliştirilen bu modelin ile antimikrobiyal fotodinamik terapi de %3-%10 daha iyi sonuçlar verebildiği gözlemlenmiştir.
Tezde ele alınan problemler ve tezin literatüre katkıları şu şekilde özetlenebilir:
- FDT sırasında uygulama bölgesinin ısıya bağlı fotofiziksel parametrelerini değiştirmemesi,
- Oksijenlenmeyi sağlayarak hipoksik ortam oluşmasının önüne geçilmesi,
- Oluşan tekli oksijen molekülü miktarının Işık kaynağı atım modları kararlılığı ile belirli süreler içinde atımlar arasında aynı seviyede tutulması,
- Tekli oksijen konsantrasyonunun anlık ve kümülatif olarak alınması ve tedavi etkinliğinin takip edilebilmesi,
- Matematiksel ve Işıma takip tabanlı dozimetri sistemlerinin birbirine yardımcı olması amacı ile korelasyonunun ortaya çıkarılması olarak özetlenebilmektedir

Abstract:
Photodynamic therapy is a treatment option that can be used in a wide range of applications such as cancer, rheumatoid arthritis and infection treatment. A successful Photodynamic therapy treatment can be attained with the presence of three key components. These are the presence of special wavelenght light, photosensitizier and oxygen. The presence of oxygen in the targeted area directly affects the singlet oxygen concentration required for treatment and is an indicator of Photodynamic therapy dosimetry efficiency.
In this thesis; Multimode laser light source and singlet oxygen molecule monitoring system have been developed with a holistic approach. In addition, bacteria-based Photodynamic therapy applications were carried out with developed systems. The presented thesis is divided into 3 main parts. The objectives of the part can be summarized as follows; In the first part, the aim is to develop singlet oxygen detection system and conducting preliminary studies of this system in an electronic based phantom environment. The frequency range of the system is designed to capture the radiation that can occur between 10 ns-15 μs. In the second part, the aim was to develop stable light source with four radiation modes. The system was achieved 0 to 1500 mW ± 1 mW high optical output, wavelength 635 nm ± 1 nm and high temperature stability within the system 15 0C ± 0.2 0C. In the third part, antimicrobial photodynamic therapy application was experimented. The developed multimode laser light source and singlet oxygen detection system was used. SOED (singlet oxygen explicit dosimetry) and SOLD (single oxygen luminescence dosimetry) based dosimetric methods were compared and it was observed that antimicrobial photodynamic therapy can give 3% -10% better results with super pulse mode.
The problems discussed in the thesis and the contributions of the thesis to the literature can be summarized as follows:
- The application area does not change the temperature-related photophysical parameters during FDT,
- Preventing hypoxic environment by providing oxygenation,
- Keeping the amount of singlet oxygen luminescence level stable within the pulses,
- To be able to track the succes of the treatment with measuring the instantaneous and cumulative singlet oxygen concentration,
- Mathematical and measurement based dosimetric method correlation was observed to improve treatment effect.