Spectroscopic evaluation of the effects of tyrosine kinase inhibitors on vascular endothelial cells

Doniesienia dotyczące potencjalnej kardiotoksyczności imatinibu zaczęły pojawiać się w literaturze już kilka lat po dopuszczeniu go do dostępu medycznego. W niniejszej pracy zbadano in vitro wpływ wybranych czterech stężeń imatinibu na komórki śródbłonka naczyniowego. Po przeprowadzeniu testów przeżywalności metodą MTT do badań z wykorzystaniem metody obrazowania ramanowskiego wybrano dwa stężenia niewywołujące spadku przeżywalności komórek, jedno wywołujące wczesną toksyczność oraz jedno stężenie wpływające na przeżywalność komórek szacowaną względem wyników otrzymanych w grupie kontrolnej. Przeprowadzono szczegółową analizę zarejestrowanych danych hiperspektralnych za pomocą metod analizy pasm charakterystycznych, niehierarchicznej i hierarchicznej analizy skupień, analizy porównawczej widm średnich, analizy głównych składowych, regresji metodą cząstkowych najmniejszych kwadratów oraz analizy dyskryminacyjnej. W komórkach stymulowanych lekiem w porównaniu do komórek kontrolnych zauważono istotne zmiany, które obejmowały wzrost sygnału pochodzącego od białek i lipidów nasyconych oraz spadek sygnału pochodzącego od kwasów nukleinowych, cytochromu i lipidów nienasyconych. Komórki stymulowane wykazały zmiany nie tylko w siateczce śródplazmatycznej, ale również w jądrze komórkowym. Wspomniane zmiany wskazują na to, że imatinib jest toksyczny dla śródbłonka naczyniowego na poziomie stężeń porównywalnych do stężeń imatinibu w osoczu podczas stosowania chemioterapii. Analiza obserwowanych zmian pozwala wnioskować, że w komórkach śródbłonka naczyniowego imatinib indukuje rozwój stresu oksydacyjnego oraz prawdopodobnie wtórnie stan zapalny, co manifestuje się podwyższoną zawartością lipidów w komórkach traktowanych lekiem. Dodatkowo podwyższoną zawartość białek oraz aminokwasów aromatycznych można korelować z rozwojem stanu stresu siateczki śródplazmatycznej.

Reports of potential cardiotoxicity of imatinib began to appear in the literature several years after its approval as a therapeutic product. In the present study, the effects of imatinib at four concentrations were examined in vitro on vascular endothelial cells. After viability assays, two concentrations that did not induce a decrease in cell viability, one that induced early toxicity, and one toxic concentration were selected for further spectroscopic studies by means of Raman imaging. Detailed hyperspectral data analysis was performed using several chemometric methods, including: integration analysis of characteristic Raman bands, non-hierarchical (KMC) and hierarchical cluster analysis (HCA), mean spectra comparison, principal component analysis (PCA), and partial least squares analysis (PLS). Obtained results allowed to observe that biochemical changes occur in cells stimulated with the drug after 24 hours of incubation. Observed alterations were observed for cells exposed to imatinib at clinically relevant concentrations and included an increase in the signal originating from proteins and saturated lipids and a decrease in the signal attributed to nucleic acids, cytochrome and unsaturated lipids. Cells stimulated with imatinib showed changes not only in the perinuclear region dominated by the endoplasmic reticulum but also in the cell nucleus and cytoplasm. These findings indicate that imatinib at concentrations close to clinical doses is cytotoxic for the vascular endothelium, which may lead to the development of cardiotoxicity. Observed changes indicate that the predominant mechanism of imatinib cytotoxicity in the endothelium is oxidative stress and oxidative stress-induced inflammation, as indicated by increased lipid content in cells treated with the drug. The observed increase in protein Raman signal in cells incubated with imatinib may indicate the development of an endoplasmic reticulum stress.