Analysis of cancer cell morphology under low-frequency pulsed electromagnetic field therapy using an optimized coil design
Optimize edilmiş bobin tasarımı ile düşük frekanslı darbeli elektromanyetik alan terapisi altında kanserli hücre morfolojisi incelenmesi
- Tez No: 977244
- Danışmanlar: PROF. DR. ADNAN KAYA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Katip Çelebi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışması, optimize edilmiş bobin tasarımı ile derin öğrenme tabanlı görüntü segmentasyon tekniklerini bütünleştirerek, düşük frekanslı Darbeli Elektromanyetik Alan (PEMF) terapisinin kanser hücre morfolojisi üzerindeki etkilerini niceliksel olarak incelemektedir. PEMF terapisi, çevre sağlıklı dokulara termal hasar veya olumsuz etki oluşturmadan hücresel davranışları modüle etme potansiyeli nedeniyle onkoloji alanında giderek artan ilgi görmektedir. Bu çalışmada, CST Studio Suite kullanılarak sayısal olarak modellenmiş, hassas mühendislik ile üretilmiş yeni bobin konfigürasyonları ile oluşturulan elektromanyetik alanlar, in vitro ortamda kültüre edilmiş kanser hücrelerine uygulanmıştır. Solenoid, Helmholtz ve çok katmanlı ferrit çekirdekli bobinler dahil olmak üzere farklı bobin topolojileri, homojen manyetik akı yoğunluğu, hedefe yönelik alan penetrasyonu ve minimum alan gradyanı sağlamak amacıyla değerlendirilmiştir. Uyarım parametreleri olarak frekans (75–150 Hz), manyetik alan şiddeti (~2–12 mT) ve görev oranı (%10– %50) değişimlerinin morfolojik değişiklikler üzerindeki etkileri sistematik olarak incelenmiştir. PEMF maruziyetinin indüklediği yapısal ve morfolojik değişiklikler, yüksek çözünürlüklü mikroskobik görüntüleme ile kaydedilmiştir. Elde edilen veriler ile yara iyileşme ve kapanma hızı gibi parametreler nicel olarak değerlendirilmiştir. Deneysel sonuçlar ile elektromanyetik alan simülasyonlarının karşılaştırılması, morfolojik vi yanıtların mekânsal alan özellikleri ile korelasyonunun belirlenmesini sağlamış ve en yüksek terapötik etkinlik için optimum uyarım koşulları tanımlanmıştır. Elde edilen bulgular, bobin topolojisi ve elektromanyetik alan homojenliğinin biyolojik sonuçlar üzerinde belirleyici olduğunu göstermektedir. Optimize edilmiş Helmholtz ve çok bobinli ferrit çekirdekli diziler, en tutarlı morfolojik değişiklikleri üretmiş ve homojen alan dağılımı gerektiren biyomedikal uygulamalar için üstün uygunluk ortaya koymuştur. Bu araştırma, PEMF'in tamamlayıcı bir kanser tedavi yöntemi olarak kullanılabilirliğini destekleyen bilimsel kanıtlara katkı sunmaktadır. Optimize edilmiş elektromanyetik tasarım, sayısal modelleme ve morfolojik analiz kombinasyonu ile çalışma, PEMF'in laboratuvar ortamından klinik onkolojiye aktarılmasına yönelik metodolojik bir çerçeve ortaya koymaktadır. Sunulan bobin konfigürasyonları ve belirlenen uyarım parametreleri, PEMF'in kişiselleştirilmiş, invaziv olmayan kanser tedavi protokollerine entegrasyonunu hedefleyen gelecekteki klinik araştırmalar için sağlam bir temel oluşturmaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis study examines the effects of low-frequency Pulsed Electromagnetic Field (PEMF) therapy on cancer cell morphology, using an optimized coil design together with deep learning-based image segmentation techniques for quantitative analysis. PEMF therapy is gaining attention in oncology because it can influence cellular behavior without causing thermal damage or negative effects on surrounding healthy tissues. In this work, electromagnetic fields generated by newly designed and precisely engineered coils, modeled in CST Studio Suite, were applied to cancer cells cultured in vitro. Different coil geometry, including solenoid, Helmholtz, and multilayer ferritecore coils, were tested to achieve uniform magnetic flux density, targeted field penetration, and reduced field gradients. Stimulation parameters such as frequency (75–150 Hz), magnetic field intensity (~2–12 mT), and duty cycle (10–50%) were systematically studied to understand their effects on morphological changes. Structural and morphological changes caused by PEMF exposure were recorded with high-resolution microscopic imaging. The collected data were analyzed quantitatively, including parameters such as wound healing and closure rate. By comparing experimental results with electromagnetic field simulations, correlations between morphological responses and field characteristics were identified, and the best stimulation conditions for therapeutic effect were determined. The findings show that coil geometry and electromagnetic field homogeneity play a key role in biological outcomes. Optimized Helmholtz and multi-coil ferrite-core iv arrays produced the most consistent morphological changes and proved most suitable for biomedical applications that require uniform field distribution. This research adds to the scientific evidence supporting PEMF as a complementary cancer therapy. By combining optimized electromagnetic design, numerical modeling, and morphological analysis, the study provides a methodological framework for moving PEMF from laboratory experiments to clinical oncology. The proposed coil configurations and stimulation parameters create a strong basis for future clinical studies aiming to integrate PEMF into personalized, non-invasive cancer treatment protocols.
Benzer Tezler
- Construction and characterization of solid-supported lipid bilayers to investigate cell-surface interactions
Hücre–yüzey etkileşimlerinin incelenmesi için yüzey-destekli lipid zarların oluşturulması ve karakterizasyonu
ABDULHALİM KILIÇ
Doktora
İngilizce
2018
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DOÇ. DR. FATMA NEŞE KÖK
- Beyin lenfomalarının moleküler gelişimi ve sınıflandırılması
Başlık çevirisi yok
DİLARA AKBULUT
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2020
PatolojiAnkara ÜniversitesiTıbbi Patoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. IŞINSU KUZU
- Development of JAK1 sIRNA mediated nanotherapeutics for non-melanoma skin cancer therapy
Non-melanom cilt kanseri tedavisi için JAK1 sİRNA aracılı nanoterapötiklerin geliştirilmesi
MİNELA ASLAN
Doktora
İngilizce
2021
BiyomühendislikHacettepe ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KEZBAN ULUBAYRAM
PROF. DR. İPEK EROĞLU
- Metastatik prostat kanseri gelişiminde enflamasyon ilişkili epitelyal mezenkimal geçiş mekanizmasının araştırılması
Investigation of inflammation related epithelial-mesencymal transition mechanism in metastatic prostate cancer progression
ELİF İŞEL
Doktora
Türkçe
2024
BiyoteknolojiEge ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİLGE DEBELEÇ BÜTÜNER
- Holografik mikroskopinin hücresel analiz ve veri güvenliği performansının iyileştirilmesi
Improvement of cellular analysis and data security performance of holographic microscopy
MUHAMMED ALİ PALA
Doktora
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA ZAHİD YILDIZ