Φασματοσκοπική μελέτη καρκινικών κυττάρων μαστού

Abstract

Στην παρούσα διατριβή χρησιμοποιήθηκε η micro-FT-IR φασματοσκοπία για την μελέτη της μοριακής δομής διαφόρων καρκίνων του μαστού. Λήφθηκαν 17 δείγματα από την Τράπεζα του Ε.Α.Ν.Π «Μεταξά». Η micro-FT-IR φασματοσκοπία είναι μια μέθοδος που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την μελέτη πολύπλοκων βιολογικών συστημάτων όπως ιστών, κυττάρων, με την οποία λάβαμε πληροφορίες σχετικά με τις μεταβολές που παρουσίαζαν τα βιολογικά μόρια των καρκινικών ιστών. Η κατάταξη των φασμάτων έγινε με βάση τον αρχικό ιστοπαθολογικό χαρακτηρισμό των καρκινικών ιστών. Οι διαφορές μεταξύ των φασμάτων υγιών και νεοπλασματικών ιστών σε όλο το εύρος τους ήταν σημαντικές. Το φάσμα χωρίστηκε σε μικρότερες ζώνες, οι οποίες συμπεριλάμβαναν τις δονήσεις των χαρακτηριστικών χημικών ομάδων των βιολογικών μορίων. Στόχος ήταν η χρήση των ζωνών αυτών ως διαγνωστικών ταινιών για την προδιάγνωση του καρκίνου του μαστού. Τα φάσματα των καρκινικών ιστών συγκρίθηκαν με τα αντίστοιχα φάσματα υγιών ιστών στις περιοχές του φάσματος όπου εμφανίζονται οι ταινίες των δονήσεων των χημικών ομάδων vNH, δΝΗ, vC=O, vCH3, δCH3, vCH2, δCH2, Amide I, II και DNA. Οι ταινίες των ομάδων αυτών δίνουν πληροφορίες και για την μοριακή δευτεροταγή δομή των πρωτεϊνών και της έλικας του DNA. Στους καρκινικούς ιστούς από τις μεταβολές στα 3000–2800 cm-1 διαπιστώθηκε μειωμένη μεθυλίωση. Αντίθετα, παρατηρήθηκε αύξηση της ευκινησίας και ευκαμψίας των ανθρακικών αλυσίδων των μεμβρανών των νεοπλασματικών κυττάρων έναντι των καρκινικών. Από την διαφορά αυτή συμπεραίνεται ότι μπορούμε να διακρίνουμε ένα προκαρκινικό κύτταρο από το καρκινικό. Από τις μετατοπίσεις των ταινιών των Amide I και II προς μικρότερους κυματαριθμούς συνεπάγεται ότι στα καρκινικά κύτταρα μεταβάλλεται η δευτεροταγής δομή των πρωτεϊνών. Στους διηθητούς καρκίνους η ταινία μετατοπίζεται προς μεγαλύτερους κυματαριθμούς. Η διαφορά της μετατόπισης της ταινίας απορρόφησης της ομάδας C–OH από τα 1161 cm-1 για συνδετικό ιστό και στα 1172 cm-1 για τον καρκίνο, σε σχέση με τον υγιή ιστό, πρέπει να σχετίζεται με την αυξημένη φωσφορυλίωση κατά την καρκινογένεση. Τέλος, οι μεταβολές των δΟ-Ρ-Ο στα 950 cm-1 δείχνουν μεταβολές της μοριακής δομής του DNA στους στερεούς καρκίνους. Η μεταβολή αυτή είναι συνάρτηση και του Grade του καρκίνου. Από την μελέτη των καρκινικών ιστών φαίνεται ότι η micro-FT-IR φασματοσκοπία μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως προδιαγνωστική και διαγνωστική μέθοδος της ανάπτυξης και εξέλιξης του καρκίνου του μαστού σε μοριακό επίπεδο.

In the present study micro-FT-IR spectroscopy was used in order to study, the molecular structure of various breast cancers tissues. 17 samples from the Metaxas Anticancer Hospital Bank were used. From this study it has been found that the micro-FT-IR spectroscopy is a method that could be used to study complex biological systems such as tissues and cells, since information relative to the changes of the organic molecules that constitute cancerous tissues can be received. The classification of the spectra was based on the original histopathological classification of tumor tissues. In principle the observed differences in spectra concerned healthy and neoplastic tissue. Although the differences were significant throughout the range of the spectrum 4000-700 cm-1, in this study the spectrum was demerged into smaller zones, which included the characteristics vibration bands of the chemical groups of biological molecules. The aim was to use these zones as a diagnostic spectra for pro-diagnosis of breast cancer. The spectra of tumor tissue were compared with healthy tissue spectra, using the regions where the vibration bands of the chemical groups absorb: vNH (δNH), vC = O, vCH3 (δCH3), vCH2 (δCH2), Amide I, II and DNA. The bands of these groups also give information about the secondary structure of proteins and DNA helix. Comparison between the representative spectra of cancer (K) and connective (C) tissues in the region 3000-2800 cm-1 shows that there is no any hypomethylation effect of proteins in K tissues and higher membrane fluidity in C tissues. The blue shift of the absorption bands of amide I and II, are determined that cancer cells alter their secondary structure of proteins. In invasive cancer those bands are shifted towards higher wavenumbers. The shift of the absorption band of C-OH group at 1161 cm-1 for the connective tissue and at 1172 cm-1 for cancer tissue, compared to the healthy tissue, is associated with increased phosphorylation during carcinogenesis. Finally, changes in the bending vibrations of O-P-O at 950 cm-1 show changes in the molecular structure of DNA of solid cancers. This change associates with the grade of the cancer. From the study of tumor tissue it has been clear that the micro-FT-IR spectroscopy can be used as a pre-diagnostic and diagnostic method for the development and progression of breast cancer at a molecular level.