عنوان پایان‌نامه

ارزیابی اثر نانوذرات در بهبود کارایی فتودینامیک تراپی ضد بیوفیلم



    دانشجو در تاریخ ۱۳ دی ۱۳۹۵ ، به راهنمایی ، پایان نامه با عنوان "ارزیابی اثر نانوذرات در بهبود کارایی فتودینامیک تراپی ضد بیوفیلم" را دفاع نموده است.


    رشته تحصیلی
    زیست‌ شناسی‌ علوم میکروبیولوژی‌
    مقطع تحصیلی
    دکتری تخصصی PhD
    محل دفاع
    کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 6429;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78297;کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 6429;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78297
    تاریخ دفاع
    ۱۳ دی ۱۳۹۵
    دانشجو
    اسماعیل داراب پور
    استاد راهنما
    نسیم کاشف
    چکیده
    لینک فایل چکیده
    یوفیلم ها تقریباً در 80% عفونت های انسان نقش دارند. کارایی فتودینامیک تراپی به عنوان یک روش جدید در درمان بیوفیلم ها، می تواند توسط سیستم های مختلف نانوتکنولوژی افزایش یابد.در این مطالعه، کارایی فتودینامیک تراپی با استفاده از 6 سیستم حساسگر نوری شامل مخلوط (میکس) نانوذره کیتوزان با متیلن بلو، نانوذره کیتوزان حامل (کپسوله کننده) متیلن بلو، کانجوگه نانوذره طلا-متیلن بلو، کانجوگه گرافن اکساید کوانتوم دات-متیلن بلو، نانوذره کربن نیترید گرافیتی و نانوذره فولرن دوپ شده با سیلیکا/نقره علیه بیوفیلم های Staphylococcus aureus و Pseudomonas aeruginosa بررسی شد.سیستم های حساسگر نوری با استفاده از تکنیک های مختلف، سنتز و شناسایی شدند. ابتدا اثر سمیت نوری سیستم های حساسگر نوری علیه بیوفیلم های با عمر 24 ساعت مورد بررسی قرار گرفت. همچنین در شرایط آزمایش یکسان (مشابه با شرایط مورد استفاده در فتودینامیک تراپی ضد بیوفیلم)، سمیت تاریکی و نوری سیستم های حساسگر نوری (سیستم های توانا در فتودینامیک تراپی ضد بیوفیلم) علیه سلول های فیبروبلاست انسانی مورد بررسی قرار گرفت. در مرحله بعد، سمیت نوری بهترین سیستم حساسگر نوری (از نظر کارایی ضد بیوفیلمی و ایمنی) علیه بیوفیلم های با عمر مختلف (24، 48، 72 و 96 ساعت) بررسی شد. در نهایت، به منظور بررسی چگونگی تاثیر فتودینامیک تراپی با استفاده از موثرترین سیستم های حساسگر نوری (موثرترین ها علیه بیوفیلم P. aeruginosa) روی ساختار بیوفیلم P. aeruginosa، مورفولوژی سه بعدی و ساختار سطح بیوفیلم توسط میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) بررسی شد.فتودینامیک تراپی با استفاده از سیستم های حساسگر نوری تهیه شده بر پایه متیلن بلو ( متیلن بلو به عنوان حساسگر نوری) شامل مخلوط نانوذره کیتوزان با متیلن بلو، نانوذره کیتوزان حامل (کپسوله کننده) متیلن بلو، کانجوگه نانوذره طلا-متیلن بلو، کانجوگه گرافن اکساید کوانتوم دات-متیلن بلو منجر به افزایش کارایی ضدبیوفیلمی در مقایسه با فتودینامیک تراپی با استفاده از متیلن بلوی تنها شد. همچنین سیستم های حساسگر نوری تهیه شده بر پایه نانوذره (نانوذره به عنوان حساسگر نوری) شامل نانوذره کربن نیترید گرافیتی و نانوذره فولرن دوپ شده با سیلیکا/نقره تاثیر فتودینامیک تراپی ضد بیوفیلمی چشمگیری نشان دادند. در شرایط یکسان آزمایش، در حضور نور، کمتر از 30% سلول های فیبروبلاست غیر فعال شدند. کانجوگه نانوذره طلا-متیلن بلو (به عنوان حساسگر نوری برتر) کارایی فتودینامیک تراپی ضدبیوفیلمی چشمگیری علیه بیوفیلم های بالغ نشان داد. آنالیز تصاویر سه بعدی سطح بیوفیلم بدست آمده از AFM نشان داد که فتودینامیک تراپی با استفاده از نانوذره فولرن دوپ شده با سیلیکا/نقره و کانجوگه گرافن اکساید کوانتوم دات-متیلن بلو سبب تغییرات شدید در مورفولوژی سلول های ساکن بیوفیلم و ناهمواری های سطح بیوفیلم (به علت کاهش شدید تراکم سلول ساکن بیوفیلم) P. aeruginosa می شود.نتایج بدست آمده در مطالعه حاضر نشان داد که نانوذرات از طریق مکانیسم های گوناگون می توانند سبب افزایش کارایی فتودینامیک تراپی ضد بیوفیلم شوند (مانند: تحویل دارو (نانوذره کیتوزان، نانوذره طلا و گرافن اکساید کوانتوم دات)، اثر تشدید پلاسمون سطحی (نانوذره طلا و نانوذره نقره)، فرونشاندن فلورسنس (گرافن اکساید کوانتوم دات) و اثر ضد میکروبی/ضد بیوفیلمی (نانوذره کیتوزان و نانوذره نقره)).فتودینامیک تراپی با استفاده از کانجوگه نانوذره طلا-متیلن بلو، نانوذره فولرن دوپ شده با سیلیکا/نقره و کانجوگه گرافن اکساید کوانتوم دات-متیلن بلو یک روش جدید را به منظور تخریب سریع و موثر بیوفیلم ها پیشنهاد می دهد که می تواند پتانسیل کاربرد در درمان عفونت زخم مزمن را داشته باشد.
    Abstract
    Biofilms are involved in approximately 80% of human infections. The efficiency of photodynamic therapy (PDT) as a new technique to treat biofilms can be enhanced by various nanotechnology platforms.Here we aimed to evaluate PDT of Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa biofilms using six photosensitizer systems including: methylene blue+chitosan nanoparticle (mixed), methylene blue-chitosan nanoparticle (encapsulated), methylene blue-gold nanoparticle (conjugated), methylene blue-graphene oxide quantum dot (conjugated), g-C3N4 nanoparticle and Ag/SiO2 co-doped fullerene.These photosensitizer systems were synthesized and characterized by several techniques. At first, in vitro phototoxic effect of the above photosensitizer systems on 24 h-old biofilms were studied. Also, in vitro cytotoxicity and phototoxicity of these photosensitizer systems (under the same experimental conditions as used for the antibiofilm photodynamic therapy) was assessed on human dermal fibroblasts. In the next step, in vitro phototoxic effect of the best photosensitizer system (considering efficiency and safety) on biofilms of different ages (24, 48, 72 and 96 h) was studied. Finally, to determine the effect of the two best photosensitizers-PDT on P. aeruginosa biofilm structure, three-dimensional (3D) morphology and surface of biofilm was investigated by atomic force microscopy (AFM).PDT mediated by methylene blue-based photosensitizer systems including methylene blue+chitosan nanoparticle (mixed), methylene blue-chitosan nanoparticle (encapulated), methylene blue-gold nanoparticle (conjugated) and methylene blue-graphene oxide quantum dot (conjugated) resulted in increased antibiofilm efficiency than MB-mediated PDT alone. Also, the studied nanoparticle-based photosensitizer systems including g-C3N4 nanoparticle and Ag/SiO2 co-doped showed significant antibiofilm PDT. At the same experimental conditions, <30% of the fibroblasts were photoinactivated. Methylene blue-conjugated gold nanoparticles (as the best photosensitizer system) exhibited significant antibiofilm PDT efficacy against mature biofilms. An analysis of the AFM topography 3D-images showed that PDT mediated by Ag/SiO2 co-doped fullerene and methylene blue-graphene oxide quantum dot induced severe morphological and surface alterations (loss of the typical cell morphology and increase in surface roughness, respectively) of P. aeruginosa biofilm. The present findings showed that nanoparticles can enhance the efficacy of antibiofilm PDT through various mechanisms (such as drug delivery (chitosan nanoparticle, gold nanoparticle and ghraphene oxide quantum dot), surface plasmone resonance effect (gold and silver nanoparticle), fluorescence quenching (ghraphene oxide quantum dot) and antimicrobial/antibiofilm activity (chitosan and gold nanoparticle)).PDT mediated by methylene blue-conjugated gold nanoparticles, Ag/SiO2 co-doped fullerene or methylene blue-graphene oxide quantum dot offer a new modality for fast and efficient destruction of biofilms, suggesting their potential use in chronic wound healing.Key words: Photodynamic Therapy, Nanotechnology, Biofilm, Wound