Publication: Development of a wireless parallel interdigitated electrode biosensing system for monitoring cancer cells treatment
dc.contributor.affiliation | #PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE# | en_US |
dc.contributor.author | Ahmad Fairuzabadi Mohd Mansor | en_US |
dc.contributor.supervisor | Anis Nurashikin Nordin, Ph.D | en_US |
dc.contributor.supervisor | Yumi Zuhanis Has-Yun Hashim, Ph.D | en_US |
dc.date.accessioned | 2024-10-07T03:02:23Z | |
dc.date.available | 2024-10-07T03:02:23Z | |
dc.date.issued | 2024 | |
dc.description.abstract | Chemotherapy is the most common cancer treatment in Malaysia due to its established methods for treating various types of cancers. Unfortunately, this treatment has low success rates of 30% to 70% with accompanying toxicity and side effects to the patients. To reduce the side effects, the choice of drugs and their dosage for chemotherapy must be optimized. Personalized chemotherapy is an evidence-based cancer treatment approach that customizes medication regimens according to an individual’s clinical characteristics. Biosensors play a crucial role in personalized medicine by providing real-time monitoring of an individual’s response to specific treatments. Electric Cell- Substrate Impedance Sensing (ECIS) is a technique that employs alternating current (AC) to assess cellular function under different physiological conditions, which is suitable for drug discovery applications. For this work, an ECIS biosensing device was developed to evaluate cancer cells’ response to chemotherapy drugs. The sensor design was optimized using COMSOL Multiphysics and MATLAB simulations. The sensor’s electrodes were fabricated using gold-coated copper-nickel on two different substrates, FR4 fiberglass and PET. These sensors were integrated with cell culture chambers and used to assess the toxicity and efficacy of chemotherapy drugs on primary cancer cells. The sensors were characterized physicochemically using SEM, EDX, and light microscope for electrochemical-migration behavior. For sensor validations, A549 lung cancer, SiHa ovarian cancer cell lines, and biopsy-derived lung cancer cells were cultured on the biosensors. Next, impedance measurements were taken at 12/24 hours intervals for 84/96 hours to observe the growth of the cells. The cells’ response towards the chemo-drugs (5-Fluororacil, Cisplatin, and Gemcitabine) using the biosensor were measured in terms of impedance changes and converted into cell index. These results were compared with experiments conducted using a commercial xCELLigence RTCA device. The optimum concentration of drugs was found to be 10 µg/ml for 5-Fluororacil and Gemcitabine and 5 µg/ml for Cisplatin. The results prove that the biosensor is biocompatible and can be used to monitor cell growth and perform cytotoxicity studies of both cell lines and primary cells. To facilitate sensor readout, a portable wireless system was developed using an Arduino microcontroller and AD5933-based PMODIA for data acquisition. The functionality of this system was verified by monitoring the growth of A375 skin cancer cells. This indicates that this biosensor system has the potential to be used as a personalized drug screening system for chemotherapy treatments of a particular cancer patient. | en_US |
dc.description.abstractarabic | العلاج الكيميائي هو علاج السرطان الأكثر شيوعاً في ماليزيا نظراً لأساليبه الراسخة في علاج أنواع مختلفة من السرطان. وللأسف، فإن معدلات نجاح هذا العلاج منخفضة تتراوح بين 30% إلى 70% مع ما يصاحب ذلك من سمّية وآثار جانبية على المرضى. وللحدّ من هذه الآثار الجانبية، يجب تحسين اختيار الأدوية ومقدار جرعتها للعلاج الكيميائي. والعلاج الكيميائي المخصص هو نهج علاجي للسرطان قائم على الأدلة، حيث يقوم بتخصيص الأنظمة العلاجية وفقاً للخصائص السريرية للفرد. وتلعب المستشعرات الحيوية دوراً حاسماً في الطب المخصص من خلال توفير مراقبة في الوقت الفعلي لاستجابة الفرد لعلاجات محددة. إن تقنية استشعار مقاومة الركيزة الخلوية الكهربائية (ECIS) هي تقنية تستخدم التيار المتردد (AC) لتقييم الوظيفة الخلوية في ظل ظروف فسيولوجية مختلفة، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات اكتشاف الأدوية. وفي هذه البحث، تم تطوير مستشعر حيوي (ECIS) لتقييم استجابة الخلايا السرطانية لأدوية العلاج الكيميائي. فقد تم تحسين تصميم المستشعر باستخدام نظامي المحاكاة (COMSOL Multiphysics) و (MATLAB). كما تم تصنيع أقطاب المستشعر باستخدام النيكل والنحاس المطلي بالذهب على ركيزتين مختلفتين: الألياف الزجاجية (FR4) و (PET). دمجت هذه المستشعرات مع حجرات زراعة الخلايا واستخدمت لتقييم سمّية وفعالية أدوية العلاج الكيميائي على الخلايا السرطانية الأولية. كما تم تقييم المستشعرات فيزيوكيميائياً باستخدام (SEM) و (EDX) والمجهر الضوئي لتحديد سلوك الهجرة الكهروكيميائية. وللتحقق من صحة المستشعر، تم استزراع سرطان الرئة (A549) وخطوط خلايا سرطان المبيض (SiHa) وخلايا سرطان الرئة المشتقة من الخزعة، على المستشعرات الحيوية. ثم أخذت قياسات المعاوقة على فترات 12/24 ساعة لمدة 84/96 ساعة لمراقبة نمو الخلايا. تم قياس استجابة الخلايا للأدوية الكيميائية (5-فلوروراسيل، سيسبلاتين، وجيمسيتابين) باستخدام المستشعر الحيوي من حيث تغيرات المعاوقة وتحويلها إلى مؤشر الخلية. تمت مقارنة هذه النتائج مع التجارب التي أجريت باستخدام جهاز (xCELLigence RTCA) التجاري. ووجد أن التركيز الأمثل للأدوية هو 10 ميكروجرام/مل لـ (5-فلوروراسيل) و (جيمسيتابين)، و5 ميكروجرام/مل لـ (سيسبلاتين). وهذه النتائج تثبت أنّ المستشعر الحيوي متوافق حيوياً، ويمكن استخدامه لمراقبة نمو الخلايا وإجراء دراسات السمية الخلوية لكل من خطوط الخلايا والخلايا الأولية. ولتسهيل قراءة المستشعر، تم تطوير نظام لاسلكي محمول باستخدام متحكم (Arduino) ووحدة (PMODIA) القائمة على (AD5933) للحصول على البيانات. تم التحقق من فعالية هذا النظام من خلال مراقبة نمو خلايا سرطان الجلد (A375). ويشير هذا إلى أن نظام المستشعر الحيوي المقترح يمكن استخدامه كنظام فحص مخصص لاختبار العلاج الكيميائي لمريض سرطان معين. | en_US |
dc.description.cpsemail | cps2u@iium.edu.my | en_US |
dc.description.degreelevel | Doctoral | |
dc.description.email | fairuzabadimansor@gmail.com | en_US |
dc.description.identifier | Thesis : Development of a wireless parallel interdigitated electrode biosensing system for monitoring cancer cells treatment / by Ahmad Fairuzabadi bin Mohd Mansor | en_US |
dc.description.identity | G1625797Ahmadfairuzabadimohdmansor | en_US |
dc.description.kulliyah | Kulliyyah of Engineering | en_US |
dc.description.nationality | MALAYSIA | en_US |
dc.description.notes | Thesis (Ph.D)--International Islamic University Malaysia, 2024. | en_US |
dc.description.physicaldescription | 1 online resource (xx, 209 leaves) ; color illustrations. | en_US |
dc.description.programme | Doctor of Philosophy in Engineering | en_US |
dc.identifier.uri | https://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/2962 | |
dc.language.iso | en | en_US |
dc.publisher | Kuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2024 | en_US |
dc.rights | JOINTLY OWNED WITH A THIRD PARTY(S) AND/OR IIUM | |
dc.title | Development of a wireless parallel interdigitated electrode biosensing system for monitoring cancer cells treatment | en_US |
dc.type | Doctoral Thesis | en_US |
dspace.entity.type | Publication |
Files
Original bundle
1 - 2 of 2
Loading...
- Name:
- G1625797Ahmadfairuzabadimohdmansor_SEC.pdf
- Size:
- 29.78 MB
- Format:
- Adobe Portable Document Format
- Description:
- Full text
Loading...
- Name:
- G1625797Ahmadfairuzabadimohdmansor_SEC_COPYRIGHT_DECLARATION.pdf
- Size:
- 592.06 KB
- Format:
- Adobe Portable Document Format
- Description:
- Copyright Declaration