Human leukocytes in malaria investigated by Raman spectroscopy

Raman microspectroscopy was used to follow changes in white blood cells (leukocytes) during malaria infection. Raman spectra of the blood samples were obtained from hospitalized malaria infected patients, who were being treated in the Department of Infectious Diseases, Jagiellonian University Hospital in Krakow. The PCA (Principal Component Analysis) showed clear separation between the Raman spectra for macrophage and also for neutrofile cells taken at the beginning and at the end of hospitalization. The most typical Raman bands, that emerge at the initial stadium of disease, differ from that after treatment, appear at about 2968 cm-1 (in plane asymmetrical CH stretching vibrations of CH3), 2946 cm-1 (symmetrical CH stretching vibrations of CH3), 1490 cm-1 (CH2 and CH3 deformation vibrations). It seems to reflect the formation of lipoperoxides within cell as a result of inhibition of macrophage function. Neutrophiles at the beginning of hospitalization are characterized by the 1360 cm-1 vibration of heme (v4 mode). It is worth noting that PCA analysis revealed that leukocytes after treatment, although the morphology indicates full recovery from malaria, still differ from the healthy ones (donated by healthy volunteers). Our study confirmed that Raman microspectroscopy is useful technique to follow changes in white blood cells during malaria.

W ramach pracy badano zmiany zachodzące w leukocytach w czasie malarii metodą mikrospektroskopii ramanowskiej. Próbki krwi pochodziły od 5 pacjentów hospitalizowanych na Oddziale Klinicznym Chorób Zakaźnych, Szpitala Uniwersyteckiego w Krakowie, którzy zaimportowali malarię z rejonów endemicznych. Analiza głównych składowych (PCA) ujawniła, że występują różnice pomiędzy widmami ramanowskimi leukocytów pacjentów w początkowym i końcowym okresie hospitalizacji. Pasmami najsilniej różnicującymi te dwie grupy były: 2968cm-1 (antysymetryczne drganie rozciągające C-H grupy CH3), 2946cm-1(symetryczne drganie rozciągające C-H grupy CH3) oraz 1490cm-1 (deformacyjnych drgania grup CH3 i CH2), wskazujące na silną oksydację lipidów wynikającą z zaburzenia funkcji makrofagów przez zarodźce. Neutrofile w początkowym okresie hospitalizacji charakteryzowało pasmo markerowe hemu 1360cm-1 (drganie v4) oraz pasmo 1600cm-1. Ponadto analiza PCA badanych komórek wykazała, że widma leukocytów w końcowym okresie hospitalizacji, pomimo iż, badania laboratoryjne wskazują stan zdrowia pacjenta, wciąż różnią się od leukocytów pochodzących od zdrowych ochotników. Przeprowadzone badania potwierdziły, że technika mikrospektroskopii ramanowskiej jest metodą użyteczną w celu śledzenia zmian zachodzących w leukocytach podczas malarii.