LED tabanlı fotodinamik tedavide ışık dozu etkisinin kolorektal kanser hücreleri için in vitro olarak belirlenmesi
Determination of light dose effect in LED-based photodynamic treatment as in vitro for colorectal cancer cells
Yazar: EBRU AKSOY
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AYLA EREN ÖZDEMİR
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Biyofizik = Biophysics ; Biyomühendislik = Bioengineering ; Onkoloji = Oncology

Özet:
Fotodinamik tedavi (FDT) halihazırda malign hastalıkların kontrolü için alternatif bir  tedavi olarak kullanılmaktadır. Fotosensitizer (FS) adı verilen ışığa duyarlı ajanın belirli bir dalga boyunda ışıkla uyarıldıktan sonra oksijen ile reaksiyona giren ve hedef dokularda reaktif oksijen türleri (ROS) üreterek hücre ölümüne yol açan bir tedavi prosedürüdür.Amerikan Gıda ve İlaç Dairesi (FDA) tarafından klinik olarak onaylanmıştır. FDT'de kullanılan ışık, belirli lazer türlerinden veya ışık yayan diyotlardan (LED'ler) sağlanır. Kullanılan ışık türü, kanserin türüne ve vücutta nerede bulunduğuna bağlıdır. FDT genellikle ayaktan tedavi olarak yapılır (hastanede kalmak zorunda kalmayacağınız anlamına gelir), ancak bazen cerrahi, kemoterapi veya diğer antikanser ilaçları veya radyasyon tedavisi ile birleştirilir. Bu çalışmada ışığa duyarlı ajan olarak 5-Aminolevulinik asid (5-ALA) kullanılmıştır. Klinikte en sık saptanan HT-29 kolon kanseri hücre hattı üzerinde en uygun 5-ALA güdümlü fotodinamik terapi uygulaması için 5-ALA inkübasyon süresi, en uygun 5-ALA konsantrasyonu, LED enerji yoğunluğu ve dalgaboyu parametreleri araştırılmıştır. Kontrol olarak WI-38 normal akciğer hücre hattı kullanılmıştır. 5-ALA suda çözünebilen ikinci kuşak fotosensitizerdir. 650-800 nm dalga boyu aralığında maksimum emilimleri göstermektedir. 5-ALA'nın HT-29 kolon kanseri hücrelerindeki protoporfirin IX (PpIX) birikimi ölçülerek hücre içinde en fazla PpIX'in biriktiği zaman bulunmuş ve inkübasyon süresi 5 saat olarak belirlenmiştir. 5-ALA'nın HT-29 kolon kanseri hücreleri üzerinde konsantrasyona bağımlı etkisi araştırılarak terapi sırasında kullanılacak 5-ALA'nın konsantrasyonu
optimize edilmiştir. 5-ALA konsantrasyonu 0,5 mM ve 1 mM'a sabitlenmiştir. Seçilen bu konsantrasyonların hücre canlılığını tek başına inhibe ve prolifere etmediği belirlenmiştir. Optimizasyon çalışması sonucunda 5 saat 5-ALA
inkübasyonu ve 5 J/cm2 lazer enerji yoğunluğu en iyi sonuç alınan parametre olarak belirlenmiştir. Bu parametrelerle ana çalışmaya geçilmiş 3 farklı tip dalga boyunda (405, 635 ve 405+635 nm) LED ile fotodinamik tedavi uygulanmıştır. Sonuç olarak 5-ALA güdümlü fotodinamik tedavi belirlenen parametrelerde hücreler üzerinde 405 nm'de % 17'e, 635 nm'de %35'e ve iki dalga boyunun kombine olduğu 405+635 nm'de %15'e düştüğü gösterilmiştir.

Abstract:
Photodynamic therapy (PDT) is currently used as an alternative therapy for the control of malignant diseases.A photosensitizer (PS) called light-sensitive agent is a treatment procedure that reacts with oxygen after being stimulated with light at a certain wavelength, causing reactive oxygen species (ROS) in target tissues, leading
to cell death. It is clinically approved by the American Food and Drug Administration (FDA). The light used in PDT comes from certain types of laser or light emitting diodes (LEDs). The type of light used depends on the type of cancer and where it is found in the body. PDT is usually done as an outpatient treatment (meaning you will not have to stay in the hospital), but it is sometimes combined with surgery, chemotherapy or other anti-cancer drugs or radiation therapy. In this study, 5-Aminolevulinic acid (5-ALA) was used as the photosensitive agent. 5-ALA incubation time, optimal 5-ALA concentration, LED energy density and wavelength parameters were investigated for the most appropriate 5-ALA-guided photodynamic therapy application on the HT-29 colon cancer cell line, which was
found most frequently in the clinic. WI-38 normal lung cell line was used as a control. 5-ALA is a water soluble second generation photosensitizer. It shows maximum absorption in the wavelength range of 650-800 nm. The IX (PpIX) accumulation of protoporphyrin in 5-ALA in HT-29 colon cancer cells was measured and the incubation time that was found when the most PpIX accumulated in the cell was determined as 5 hours. The concentration-dependent effect of 5-ALA on HT-29 colon cancer cells was investigated and the concentration of 5-ALA to be used
during therapy was optimized. The 5-ALA concentration is fixed at 0.5 mM and 1 mM. It was determined that these selected concentrations did not inhibit and proliferate cell viability alone. As a result of the optimization study, 5-hour 5-ALA incubation and 5 J/cm2 laser energy density were determined as the best result parameter. With these parameters, the main study was started and photodynamic therapy was applied with 3 different types of wavelengths (405, 635 and 405 + 635 nm) LEDs. As a result, 5-ALA-guided Photodynamic therapy has been shown to
decrease to 17% at 405 nm, 35% at 635 nm and 15% at 405 + 635 nm, where two wavelengths are combined, within the specified parameters.