Spektroskopia oscylacyjna w analizie zmian biochemicznych cytozolu i błon komórkowych erytrocytów w mysim modelu miażdżycy

Miażdżyca jest podstawową przyczyną zawału serca i udaru mózgu oraz należy do jednej z głównych przyczyn śmierci na świecie. Choroba ta wiążę się z dysfunkcją śródbłonka naczyniowego oraz zatrzymywaniem lipidów w błonie wewnętrznej naczyń, spowodowanym hiperlipidemią i utlenianiem lipidów. Praca koncentruje się na opracowaniu metodologii pomiaru i analizy danych spektroskopowych w celu zbadania zmian zachodzących w drugorzędowej strukturze białek cytozolu, krwinek czerwonych (ang. red blood cells, RBCs) i ich błon komórkowych. Analizy przeprowadzono dla młodych i dojrzałych samic i samców myszy ApoE/LDLR-/- oraz odpowiadających wiekiem myszy kontrolnych C57BL/6J. Wyniki uzyskano z wykorzystaniem spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera z osłabionym całkowitym odbiciem (FTIR-ATR) oraz spektroskopii rozpraszania ramanowskiego (RS). Analiza krwinek czerwonych i błon komórkowych RBCs wykazała znaczące zmiany w strukturze drugorzędowej białek cytozolu w zależności od wieku, płci i progresji miażdżycy. Co ważne, postępujące mechaniczne i funkcjonalne zmiany erytrocytów u myszy ApoE/LDLR-/- były bardziej wyraźne niż u myszy C57BL/6J w tym samym wieku. Otrzymane wyniki FTIR i RS porównano z dostępnymi danymi literaturowymi.W pracy wykazano, że techniki spektroskopii oscylacyjnej mogą stać się cennymi narzędziami w diagnostyce medycznej. Podstawowe techniki takie jak morfologia, serologia, biochemia, cytometria przepływowa często odznaczają się niewystarczającą czułością do wykrycia zmian lub uszkodzeń RBCs na poziomie molekularnym. Na tym polu, techniki spektroskopii oscylacyjnej mogą rzucić nowe światło na mechanizmy molekularne rozwoju patologii. Niemniej jednak, niezbędne są dalsze badania w celu lepszego zrozumienia zmian patologicznych krwinek czerwonych zachodzących podczas progresji miażdżycy, co może przyczynić się do rozwoju nowych sposobów leczenia tego schorzenia.

The atherosclerosis is a major cause of heart attack and stroke, and remains one of the leading causes of death worldwide. The disease is associated with endothelial dysfunction and lipid retention in the intimal vascular membrane, caused by hyperlipidemia and lipid oxidation. This work is focused on the development of the spectroscopic methodology of data collection and analysis in order to study the structural changes of the cytosol inside red blood cells (RBCs) and their cell membranes. Analyses were performed on RBCs isolated from young and mature, female and male ApoE/LDLR-/- mice in comparison to their age-matched C57BL/6J controls. The results were obtained with the application of the Fourier Transform Infrared-Attenuated Total Reflectance (FTIR-ATR) and Raman Scattering (RS) spectroscopies. Analysis of RBCs and RBC membranes revealed significant differences in secondary structure of cytosol proteins depending on animals age, sex, and atherosclerosis progression. Importantly, progressive mechanical and functional changes of erythrocytes in ApoE/LDLR-/- mice were more pronounced compared to age-matched C57BL/6J controls. The obtained FTIR and RS results were compared with the available literature data.Vibrational spectroscopy techniques were found as a valuable tool in medical diagnostics. Basic techniques such as morphology, serology, biochemistry, and flow cytometry are often insufficiently sensitive to detect changes or deteriorations of RBCs at the molecular level. In this field, vibrational spectroscopy techniques may shine a new light on molecular mechanisms of pathologies progression. Nevertheless, further research are necessary for a better understanding RBC alterations occurring during progression of atherosclerosis, what may contribute in development of new treatment options.