FT-IR Mελέτη Kαρκίνων του Mαστού και Xημειο- Aκτινοθεραπευτικό Αποτέλεσμα - Μαρκουίζου, Αθηνά (Σχολή Χημικών Μηχανικών, 2018)
Ο καρκίνος του μαστού προσβάλλει μεγάλο αριθμό του γυναικείου πληθυσμού ιδιαίτερα μετά την εμμηνόπαυση. Η έγκαιρη και έγκυρη διάγνωση οδηγούν στην ίαση από την ασθένεια και αυξάνουν την ποιότητα και το προσδόκιμο ζωής των ασθενών. Οι μέχρι σήμερα διαγνωστικές μέθοδοι εντοπίζουν την θέση και το μέγεθος της βλάβης, αλλά δεν απαντούν στο ερώτημα για τις μοριακές βλάβες που προκαλεί η ασθένεια στα σημαντικά βιολογικά μόρια, όπως πρωτεΐνες, DNA, μεμβράνες. Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκε η υπέρυθρη φασματοσκοπία με μετασχηματισμό Fourier (Fourier transform infrared spectroscopy, FT-IR) για την μελέτη των μοριακών μεταβολών που προκαλεί ο καρκίνος του μαστού στα συστατικά των κυττάρων, όπως κολλαγόνο, πρωτεΐνες, μεμβράνες, DNA. Για την μελέτη χρησιμοποιήθηκαν 7 βιοψίες λοβιακού και 5 πορογενούς καρκίνου του μαστού, καθώς και 14 μαστογραφίες ασθενών, πριν και μετά την θεραπεία. Τα FT-IR φάσματα έδειξαν ότι, γενικά οι βλάβες αποτελούν συνάρτηση του ιστολογικού τύπου του καρκίνου (λοβιακό, πορογενές, σάρκωμα), αλλά και τoυ βαθμού κακοήθειας των καρκινικών κυττάρων (tumor grade). Παρατηρήθηκε ότι με την αύξηση του grade οι δονήσεις τάσης των νΝΗ ομάδων των πρωτεϊνών και του DNA, μειώνονται σημαντικά στα 3290 cm-1. Η μείωση των εντάσεων δείχνει ότι οι πρωτεΐνες διασπώνται και παράγονται νέα προϊόντα με περισσότερες τερματικές ΝΗ ομάδες, όπως προκύπτει από τον ώμο που σχηματίζεται στα 3450 cm-1. Η εμφάνιση της νέας ταινίας στα 3080 cm-1, η οποία αποδίδεται στην δόνηση τάσης της ομάδας ν=CH με ολεφινικό χαρακτήρα, βεβαιώνει ότι κατά την ανάπτυξη του καρκίνου ένα από τα στάδια της ασθένειας είναι το οξειδωτικό στρες και ότι οι παραγόμενες ελεύθερες ρίζες υδροξυλίου αντιδρούν με τα λιπίδια και φωσφολιπίδια των μεμβρανών των κυττάρων, παρέχοντας προϊόντα με ολεφινικό χαρακτήρα. Η αύξηση των εντάσεων των ταινιών απορρόφησης των αντισυμμετρικών και συμμετρικών δονήσεων τάσεων των μεθυλ ομάδων, νCH2, οδηγεί στο συμπέρασμα ότι ο καρκίνος αυξάνει τόσο το λιπόφιλο περιβάλλον όσο και την ίνωση. Είναι σημαντικό να τονισθεί ότι το λιπόφιλο περιβάλλον παρεμποδίζει την διάχυση του οξυγόνου προς τα καρκινικά κύτταρα, αφού μειώνεται το υδρόφιλο περιβάλλον, και έτσι έχει ως αποτέλεσμα την μείωση της ακτινοευαισθησίας των κυττάρων στην ακτινοβόληση. Επιπλέον, η μείωση του υδρόφιλου περιβάλλοντος παρεμποδίζει την αποτελεσματικότητα της ακτινοθεραπείας μέσω της έμμεσης δράσης των ιοντιζουσών ακτινοβολιών, αφού δεν παράγονται ελεύθερες ρίζες υδροξυλίου και ηλεκτρόνια από την ραδιόλυση του νερού. Η εμφάνιση της νέας ταινίας στα 1743 cm-1, η οποία αποδίδεται στον σχηματισμό μαλοναλδεΰδης, επιβεβαιώνει ότι κατά την ανάπτυξη του καρκίνου επικρατεί οξειδωτικό στρες. Η μαλοναλδεΰδη είναι γνωστός καρκινικός δείκτης της πορείας και εξέλιξης του καρκίνου. Επίσης ο σχηματισμός αλδεϋδών σε συνδυασμό με την αύξηση του λιπόφιλου περιβάλλοντος ερμηνεύει ικανοποιητικά την απουσία οξυγόνου στην θέση του καρκινικού όγκου, καθώς και την αντίσταση των καρκινικών κυττάρων στην ακτινοθεραπεία. Η μείωση και μετατόπιση των εντάσεων των δονήσεων κάμψης των ομάδων των amide Ι και amide ΙΙ από 1650 cm-1 και 1550 cm-1 προς μικρότερες συχνότητες 1645 cm-1 και 1540 cm-1 , αντίστοιχα, σε καρκίνους με grade I δείχνει ότι οι πρωτεΐνες χάνουν την διαμόρφωση της α-έλικας και αποκτούν σε έδαφος καρκίνου grade I, δομή τυχαίας περιέλιξης. Η τυχαία δομή καθιστά περισσότερο ευάλωτες τις πρωτεΐνες, αφού αυξάνει την δραστική επιφάνεια των πρωτεϊνών στην δράση των ελευθέρων ριζών. Οι νέες ταινίες απορρόφησης που εμφανίζονται στις συχνότητες 1690 cm-1 και 1516 cm-1, και οι οποίες αποδίδονται σε β-αντιπαράλληλα επίπεδα (β-sheet↑↓) και β-παράλληλα επίπεδα (β-sheet↑↑), αντίστοιχα, επιβεβαιώνουν τον σχηματισμό αμυλοειδών πρωτεϊνών και την επικράτηση του λιπόφιλου περιβάλλοντος. Στις αμυλοειδείς πρωτεΐνες, οι τερματικές υδρόφιλες ομάδες ΝΗ και C=O, επειδή το περιβάλλον έχει μετατραπεί σε λιπόφιλο, στρέφονται προς το εσωτερικό της αλυσίδας. Στην αναστροφή αυτή αποδίδουμε την αντίσταση των καρκίνων κυττάρων στην χημειοθεραπεία και ακτινοθεραπεία. Από την ταινία στα 825 cm-1, η οποία αποδίδεται στην φυσιολογική δεξιόστροφη έλικα του B-DNA φάνηκε ότι μετά το grade Ι, όπου επικρατεί ακόμη η φυσιολογική δεξιόστροφη διαμόρφωση του B-DNA, περνώντας σε grade ΙΙ καρκίνους, συνυπάρχουν τόσο η διαμόρφωση του φυσιολογικού B-DNA όσο και η δομή του δεξιόστροφου Α-DNA. Σε grade ΙΙΙ νόσο διαπιστώθηκε ότι επικρατεί μόνο η διαμόρφωση Ζ-DNA, επιβεβαιώνοντας ότι οι φωσφοσακχαρούχες ομάδες του DNA απέκτησαν την zig-zag διαμόρφωση. Συγκρίνοντας τα υπέρυθρα φάσματα ιστών από ασθενείς που δέχθηκαν ακτινοβολία διαπιστώθηκε ότι υπάρχει αύξηση της λιποφιλικότητας των κυττάρων καθώς επίσης αυξάνει η ταινία στα 815 cm-1 που αποδίδεται στο Ζ-DNA. Το εύρημα αυτό οδηγεί στο συμπέρασμα ότι η ακτινοβολία συμβάλλει στην τροποποίηση του φυσιολογικού Β-DNA και επομένως στην καρκινογένεση. Η χημειοθεραπεία φαίνεται να προκαλεί αντίστοιχες μεταβολές με αυτές της ακτινοθεραπείας. Επιπλέον, οι μαστογραφίες αναλύθηκαν με τη βοήθεια του υπολογιστικού προγράμματος ανάλυσης εικόνας ImageJ. Η αποτύπωση μέσω της ανάλυσης εικόνας, της παρουσίας αποτιτανώσεων στις μαστογραφίες των υπό μελέτη ασθενών, βρίσκεται σε απόλυτη συμφωνία με τις ιστοπαθολογικές αναλύσεις τους. Χαρακτηριστική ήταν επίσης και η αποτύπωση της επίδρασης της ακτινοβολίας στο δέρμα των ασθενών που ακτινοβολήθηκαν. Σύγκριση της ImageJ ανάλυσης των εικόνων του δέρματος της ίδιας ανατομικής περιοχής του μαστού πριν και μετά την ακτινοβόληση των ασθενών, βεβαίωσε την γήρανση του δέρματος αυτής της περιοχής, όπως προέκυψε από την σχάση των δεσμών του υαλουρονικού οξέος που συγκρατούν τις αλυσίδες του κολλαγόνου.