Studium interakce diamantových nanočástic s buňkami pomocí interferometrické rozptylové mikroskopie
Interaction of fluorescent nanodiamonds with cells investigated by interferometric scattering microscopy techniques
Type of document
disertační prácedoctoral thesis
Author
Kateřina Žambochová
Supervisor
Pánek Dalibor
Opponent
Valenta Jan
Field of study
Biomedicínská a klinická technikaStudy program
Biomedicínská a klinická technika (4)Institutions assigning rank
katedra přírodovědných oborůDefended
2024-09-19Rights
A university thesis is a work protected by the Copyright Act. Extracts, copies and transcripts of the thesis are allowed for personal use only and at one?s own expense. The use of thesis should be in compliance with the Copyright Act http://www.mkcr.cz/assets/autorske-pravo/01-3982006.pdf and the citation ethics http://knihovny.cvut.cz/vychova/vskp.htmlVysokoškolská závěrečná práce je dílo chráněné autorským zákonem. Je možné pořizovat z něj na své náklady a pro svoji osobní potřebu výpisy, opisy a rozmnoženiny. Jeho využití musí být v souladu s autorským zákonem http://www.mkcr.cz/assets/autorske-pravo/01-3982006.pdf a citační etikou http://knihovny.cvut.cz/vychova/vskp.html
Metadata
Show full item recordAbstract
Zobrazování jednotlivých nanočástic natož jejich kvantitativní charakterizace a trasování byly vždy výzvou především v optických zobrazovacích metodách. Zde prezentovaná interferometrická rozptylová mikroskopie (iSCAT) kombinovaná s fluorescenční detekcí a s využitím teoretického modelování a zpracování dat splňuje všechny tyto výzvy a nabízí bližší pohled na interakci mezi nanočásticemi a živými buňkami. V této práci je iSCAT použit pro kvantifikaci velikosti dielektrických nanočástic v rozsahu od 100 nm do 10 nm. Přestože se jedná o plně optickou metodu, interferometrie v tomto případě umožňuje překročit difrakční limit. Axiální trojrozměrný profil jedné částice detekován touto interferometrickou technikou obsahuje informace o přesné poloze nanočástice, jejích materiálových vlastnostech a velikosti. Teoretický model byl následně vyvinut pro rozluštění detekovaného rozptylového signálu z jedné částice za účelem výpočtu její velikosti. Měření velikosti bylo provedeno s polystyrenovými kuličkami a následně fluorescenčními nanodiamanty (fND). Charakterizované fND byly použity při dalším zkoumání jejich interakce s živými buňkami. To odhalilo různé mechanismy endocytózy a chování uvnitř buňky pro 10 nm a 100 nm fND. Zároveň s tím byla vyvinuta metoda pro trasování jednotlivých částic pomocí iSCAT mikroskopie kombinované s fluorescenční detekcí, která umožňuje sledovat i tak malé nanočástice jako 10 nm v dlouhých časových intervalech až několika hodin. Obě představené metody jsou všestranné techniky perspektivní v charakterizaci nanočástic a optickém biozobrazování a vybízejí k budoucímu vývoji. Single nanoparticle imaging, moreover, its quantitative characterisation or tracking have always been a challenge especially when using optical methods. Here, a fluorescence combined interferometric scattering (iSCAT) method in combination with theoretical modelling and data processing accomplishes all those challenges and offers a close insight into nanoparticle-cell interaction. In this work, iSCAT is used for size quantification of dielectric nanoparticles in range from 100 nm down to 10 nm. Although it is a fully optical method, the interferometric aspect allows to go beyond the diffraction limit. An axial three-dimensional profile of interferometric scattering from a single particle contains information about nanoparticles exact location, its material properties or size. A theoretical model was then developed to unravel the detected scattering signal from a single particle to calculate its size. The size measurement was carried out with polystyrene beads and subsequently fluorescent nanodiamonds (fND). Characterized fNDs were used in further investigation of their interaction with living cells. This investigation uncovered different pathways of 10 nm and 100 nm fNDs during the uptake mechanism as well as their pathway inside the cell. A single particle tracking method with fluorescence combined iSCAT was developed along the way which allows to track even as small nanoparticles as 10 nm in long timescales up to several hours. Both introduced methods are versatile techniques offering future development and perspective in nanoparticle characterisation and optical bioimaging.