Αξιοποίηση μαγνητικών πεδίων σε σύγχρονες βιοϊατρικές θεραπείες νανοκλίμακας

see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*

2016 (EN)
Αξιοποίηση μαγνητικών πεδίων σε σύγχρονες βιοϊατρικές θεραπείες νανοκλίμακας

Οντουτόλα, Ταμάρα

The present bachelor thesis is the outcome of an experimental series which aimed at the specification of the effect that magnetic fields have on the temperature response of nanoparticles in modern nano-biomedical treatments. Magnetic nanoparticles were examined in two different experimental setups, a) magnetic hyperthermia and b) transcranial magnetic stimulation. Magnetic hyperthermia is a technique, used in cancer tumor treatment. It is based on the fact that cancer cells are more prone to temperature increases than the healthy ones. Thus, by accurately injecting magnetic nanoparticles and by applying alternating magnetic fields, we achieve cells’ temperature raise in the region of 41oC and 45oC. In this thesis, we utilized seven different types of ferrite-based nanoparticles, three of which were used as references, and the rest (four) of them were more complex combinations of the first ones. The samples were structurally and magnetically specified and afterwards were examined in the hyperthermia setup, wherefrom we gathered heating and cooling curves, via which after fitting we designated the samples’ specific loss power. In the second thesis’ part, we dealt with trascranial magnetic stimulation, which is a non-invasive method that aims at small brain’s areas’ stimulation and has a variety of applications in basic and clinical neurophysiology. It has been used to measure the connection between brain and muscles, in order to estimate injuries caused by a stroke, movement disorders and other injuries or disorders that affect facial nerves and nerves of the brain and the spine. Encouraging results of Parkinson’s treatment were recorded, as well as schizophrenia’s with auditory hallucinations and other emotional disorders’. In this technique, we affect the electric fields existing in the head and the brain by exposing them in a magnetic field, produced by a dynamic and rapidly changing electric current that is applied near the patient’s head through a magnetic field generating device. Thereafter, the magnetic field induces weak currents in the brain electric fields, through electromagnetic induction, which stimulate various neural processes. In this thesis, we used agar as a phantom system to mimic tissue with homogeneous dispersion of magnetite nanoparticles exposed in variable magnetic fields with the use of transcranial magnetic stimulation experimental setup. Via two, different sized magnetite nanoparticles samples, we studied the size effect on the temperature variation results. Thereupon, we studied the effects of nanoparticle concentration and pulses number on local temperature variations. Consequently, both attempts to incorporate magnetic nanoparticles in current biomedical modalities show great perspectives and open a novel pathway towards nanobiomedicine.
Η πτυχιακή αυτή εργασία αποτελεί το αποτέλεσμα μιας σειράς πειραμάτων που ως στόχο είχαν τον προσδιορισμό της επίδρασης των μαγνητικών πεδίων στη θερμοκρασιακή απόκριση νανοσωματιδίων σε σύγχρονες βιοϊατρικές εφαρμογές νανοκλίμακας. Μελετήθηκαν μαγνητικά νανοσωματίδια σε δύο διαφορετικές διατάξεις, α)της μαγνητικής υπερθερμίας, β)του διακρανιακού μαγνητικού ερεθισμού. Η μαγνητική υπερθερμία είναι μία τεχνική, η οποία χρησιμοποιείται για την καταπολέμηση των καρκινικών όγκων. Στηρίζεται στο γεγονός ότι τα καρκινικά κύτταρα είναι πιο ευπαθή στις θερμοκρασιακές μεταβολές σε σχέση με τα υγιή κύτταρα, κι έτσι μέσω της στοχευμένης έγχυσης μαγνητικών νανοσωματιδίων και της εφαρμογής εναλλασσόμενων μαγνητικών πεδίων αυξάνουμε τη θερμοκρασία των κυττάρων μεταξύ 41oC και 45oC. Στην εργασία αυτή, χρησιμοποιήθηκαν εφτά διαφορετικά είδη νανοσωματιδίων, τα οποία είχαν ως βάση τον σίδηρο, τρία εκ των οποίων αποτελούνται από μία μόνο φάση και χρησιμοποιήθηκαν ως αναφορές, και τα υπόλοιπα τέσσερα ήταν πιο σύνθετα και αποτελούνταν από συνδυασμούς των παραπάνω αναφορών. Τα δείγματα αυτά προσδιορίστηκαν δομικά και μαγνητικά και μελετήθηκαν στη διάταξη της υπερθερμίας, από όπου λάβαμε καμπύλες θέρμανσης και ψύξης, μέσω των οποίων με κατάλληλη επεξεργασία προσδιορίσαμε τους συντελεστές θερμικής απόδοσης τους. Στο δεύτερο κομμάτι της εργασίας ασχοληθήκαμε με τον διακρανιακό μαγνητικό ερεθισμό. Ο διακρανιακός μαγνητικός ερεθισμός είναι μία μη επεμβατική μέθοδος που στοχεύει στη διέγερση μικρών περιοχών του εγκεφάλου και έχει ποικίλες εφαρμογές στη βασική και την κλινική νευροφυσιολογία. Έχει χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση της σύνδεσης μεταξύ του εγκεφάλου και των μυών, προκειμένου να εκτιμηθούν βλάβες από κάποιο εγκεφαλικό επεισόδιο, κινητικές διαταραχές και άλλους τραυματισμούς ή διαταραχές που επηρεάζουν τα νεύρα του προσώπου, του εγκεφάλου, και της σπονδυλικής στήλης. Έχουν καταγραφεί ενθαρρυντικά αποτελέσματα στη θεραπεία της νόσου Parkinson, της σχιζοφρένειας με ακουστικές παραισθήσεις και άλλων συναισθηματικών διαταραχών. Στην τεχνική αυτή, επηρεάζουμε τα ηλεκτρικά πεδία στους ιστούς του κεφαλιού και στον εγκέφαλο με τη χορήγηση ισχυρού και ταχέως μεταβαλλόμενου ηλεκτρικού ρεύματος σε ένα μηχάνημα παραγωγής μαγνητικού πεδίου, το οποίο εφαρμόζεται κοντά στο κεφάλι του «ασθενούς». Στη συνέχεια, το μαγνητικό πεδίο με τη σειρά του επάγει ασθενικά ρεύματα στο ηλεκτρικό πεδίο, μέσω ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, τα οποία (ρεύματα), με τη σειρά τους, διεγείρουν διάφορες νευρικές διαδικασίες. Στην συγκεκριμένη εργασία, χρησιμοποιήθηκαν τρυβλία από άγαρ και μαγνητίτη, στα οποία εφαρμόστηκαν μαγνητικά πεδία με τη βοήθεια της πειραματικής διάταξης του διακρανιακού μαγνητικού ερεθισμού. Μέσω δύο διαφορετικών μεγεθών νανοσωματιδίων μαγνητίτη, προσδιορίσαμε την επίδραση του μεγέθους στα θερμοκρασιακά αποτελέσματα που λαμβάνουμε. Στη συνέχεια, μέσω μεταβολών στη συγκέντρωση και στον αριθμό των εφαρμοζόμενων ερεθισμάτων προσδιορίστηκαν οι επιδράσεις των μεταβολών αυτών στην τοπική αύξηση της θερμοκρασίας.

Graduate Thesis / Πτυχιακή Εργασία

Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης (EL)
Aristotle University of Thessaloniki (EN)



Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Σχολή Θετικών Επιστημών, Τμήμα Φυσικής

This record is part of 'IKEE', the Institutional Repository of Aristotle University of Thessaloniki's Library and Information Centre found at http://ikee.lib.auth.gr. Unless otherwise stated above, the record metadata were created by and belong to Aristotle University of Thessaloniki Library, Greece and are made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Unless otherwise stated in the record, the content and copyright of files and fulltext documents belong to their respective authors. Out-of-copyright content that was digitized, converted, processed, modified, etc by AUTh Library, is made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). You are kindly requested to make a reference to AUTh Library and the URL of the record containing the resource whenever you make use of this material.

*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)