Spectroscopic studies of cell-drug interaction in the selected Acute Lymphoblastic Leukemia subtypes.

W leczeniu białaczki co raz bardziej popularne staje się zastosowanie małocząsteczkowych inhibitorów kinaz tyrozynowych, które w przeciwieństwie do chemioterapii mają na celu blokowanie aktywności jedynie komórek nowotworowych. Światowe organizacje nadzorujące produkty lecznicze dopuściły do obrotu i leczenia białaczki inhibitory kinaz tyrozynowych, takie jak ruxolitinib oraz imatinib. Ruxolitinib jest selektywnym inhibitorem kinaz JAK1 i JAK2, będących mediatorami w przesyłaniu sygnałów cytokin i czynników wzrostu, które odgrywają znaczącą rolę w procesie hematopoezy. Z kolei imatinib hamuje m.in. aktywność kinazy BCR-ABL, co powoduje zatrzymanie proliferacji komórek i przyspiesza proces apoptozy. Spektroskopia ramanowska jest proponowana jako narzędzie diagnostyczne białaczki oraz metoda do oceny skuteczności leczenia ze względu na swoje unikatowe zalety. Głównymi z nich są brak destruktywności i konieczności czasochłonnego przygotowania próbki oraz możliwość prowadzena pomiarów w warunkach zbliżonych do fizjologicznych. Celem wykonanych badań była ocena interakcji inhibitorów kinaz tyrozynowych ruxolitinibu i imatinibu z komórkami modelowymi ostrej białaczki limfoblastycznej (ang. Acute Lymphoblastic Leukemia, ALL), oraz scharakteryzowanie zmian profilu biochemicznego komórek na skutek działania terapeutycznego leku za pomocą spektroskopii ramanowskiej. W niniejszej pracy obserwano interakcje ruxolitinibu z komórkami linii MHH-CALL-4, które posiadają mutację kinazy tyrozynowej JAK2, a także linii SEM-K2, nie posiadającymi wymienionej mutacji. Natomiast komórki linii komórkowej BV-173 posiadające chromosom Piladelphia, były poddawane działaniu imatinibu. Obrazowanie ramanowskie przeprowadzono używająć dwóch długości fali promieniowania wzbudzającego: 532 nm i 633 nm. Wykonano analizę wyników metodami chemometrycznymi takimi jak: analiza skupień metodą k-średnich (ang. k-means Cluster Analysis, KMCA) i analiza głównych składowych (ang. Principal Component Analysis, PCA). Wykorzystane metody pozwoliły na analizę profilu spektroskopowego linii komórkowych na podstawie widm wyodrębnionych skupień, otrzymanych w analizie KMCA, a następnie na przeprowadzenie analizy PCA. Zaobserwowano grupowanie się widm komórek linii MHH-CALL-4 i SEM-K2 pod względem stopnia nasycenia lipidów. Ponadto, zaobserwowano wzrost ilości lipidów nienasyconych zawartych w komórkach na skutek interakcji z lekami.

The use of small-molecule tyrosine kinase inhibitors, which, unlike chemotherapy, is aimed at blocking the activity of only cancer cells, is becoming more and more popular in leaukemia treatment. Worldwide organizations that monitors new therapeutics have approved the kinase inhibitors such as ruxolitinib and imatinib for leaukemia treatment. Ruxolitinib is a selective inhibitor of JAK1 and JAK2 kinases, which mediate signalling for cytokines and growth factors that play a significant role in hematopoiesis. In turn, imatinib inhibits i.a. BCR-ABL kinase, which stops cell proliferation and accelerates the process of apoptosis. Raman spectroscopy is proposed as a new diagnostic tool for leukemia and a method to evaluate the effectiveness of treatment due to its unique advantages. The main are the lack of destructiveness, simple sample preparation and the ability to carry out measurements under physiological conditions. The aim of the performed studies was to evaluate the ruxolitinib and imatinib interactions with in vitro model of Acute Lymphoblastic Leukemia (ALL), and to characterize spectroscopic profilie that represents cells biochemical state in response to the therapeutic effect of the drug using Raman spectroscopy. In this study, ruxolitinib interactions with the MHH-CALL-4 cells, which poses a JAK2 tyrosine kinase mutation, and the SEM-K2 line, without the mentioned mutation, were observed. On the other hand, BV-173 cell line with Philadelphia chromosome were treated with imatinib. Raman imaging was performed using two excitation wavelengths: 532 nm and 633 nm. Obtained spectra were analysed using chemometric methods, such as : k-means Cluster Analysis (KMCA) and Principal Component Analysis (PCA). That allowed to characterize the biochemical profile of studied cell lines that underwent incubation with drug using spectra of determined clusters obtained by the k-means cluster analysis, and then to perform principal component analysis. The grouping of spectra of MHH-CALL-4 cells and SEM-K2 cells, in terms of the degree of saturation of lipids in the cells, was obtained. Moreover, an increase in the amount of unsaturated lipids content in cells was observed as a result of cell-drug interactions.