Исследование образцов опухоли почки методом ИК-спектроскопии: проверка гипотезы «взрывного роста» опухоли

Ежегодно в мире регистрируют приблизительно 210–250 тыс. новых случаев заболеваний почечно-клеточным раком (ПКР), что составляет 2–3% в структуре злокачественных новообразований у взрослых. В России среди опухолей мочеполовой системы ПКР занимает 2-е место после злокачественных новообразований предстательной железы и 1–3-е место по темпам роста заболеваемости. По данным многочисленных исследований, скорость роста опухоли почки составляет в среднем 2,5 мм в год. Однако было замечено, что при проведении хирургической резекции опухоли почки у пациентов нередко обнаруживаются образования, размеры которых значительно больше тех, которые были спрогнозированы. Причины и механизмы такого резкого увеличения размеров почечных образований на данный момент остаются неясными. В связи с этим было выдвинуто предположение о «взрывном» росте опухоли почки. В данной работе проводится анализ образцов гематомной жидкости (ГЖ) из различных участков опухоли почки, полученных непосредственно из опухоли при проведении хирургической операции по удалению образования, методом ИК-спектроскопии с целью изучения изменений, возникающих в сгустках крови с момента образования гематомы для проведения оценки «возраста» опухоли. Предполагается, что в случае «взрывного роста» опухоли происходит одновременное образование опухолевых гематом, расположенных в различных ее участках. Проведено сравнение ИК-спектров образцов ГЖ опухолей различных пациентов, а также ГЖ из различных участков опухоли одного и того же пациента по высоте интенсивности пиков пропускания на выбранных волновых числах, отвечающих колебаниям белков, таких как фибриноген и гемоглобин, а также липидов. В ходе исследования пиков, отвечающих за колебания деоксигенированного состояния гемоглобина, метгемоглобина и других белков, липидов и структурные изменения в данных соединениях, были выявлены статистически значимые отличия в области пика колебаний фибриногена в спектрах образцов различных пациентов и контрольной группы. Кроме того, корреляционный анализ между размером опухоли и интенсивностью пика, отвечающего за колебания νPO фибриногена, косвенно подтвердил гипотезу «взрывного роста» почечной опухоли. Таким образом, результаты, полученные в данной работе, подтверждают, что метод ИК-спектроскопии может быть использован в исследованиях «возраста» опухоли, а причины и механизмы резкого увеличения размеров почечных образований могут быть объяснены гипотезой о «взрывном росте» опухоли.

1. Ng LM, Simmons R. Infrared spectroscopy. Analytical chemistry, 1999;71(12):343-350.

2. Jamrógiewicz M. Application of the near-infrared spectroscopy in the pharmaceutical technology. Journal of pharmaceutical and biomedical analysis, 2012;66:1-10.

3. Gautam R, et al. Review of multidimensional data processing approaches for Raman and infrared spectroscopy. EPJ Techniques and Instrumentation, 2015;2:1-38.

4. Beć KB, Grabska J, Huck CW. Biomolecular and bioanalytical applications of infrared spectroscopy–A review. Analytica Chimica Acta, 2020;1133:150-177.

5. Santos F, et al. Spectroscopic features of cancer cells: FTIR spectroscopy as a tool for early diagnosis. Current Metabolomics, 2018;6(2):103-111.

6. Bel’Skaya LV. Use of IR spectroscopy in cancer diagnosis. A review. Journal of Applied Spectroscopy, 2019;86(2):187-205.

7. Uwadaira Y, et al. Development of a non-invasive blood glucose sensor using short-wavelength near-infrared spectroscopy and its application to glycemic index determination. Nippon Shokuhin Kagaku Kogaku Kaishi= Journal of the Japanese Society for Food Science and Technology, 2011;58(3):97-104.

8. Uwadaira Y, et al. Identification of informative bands in the short-wavelength NIR region for non-invasive blood glucose measurement. Biomedical optics express, 2016;7(7):2729-2737.

9. Yang W, et al. Determination of NIR informative wavebands for transmission non-invasive blood glucose measurement using a Fourier transform spectrometer. Aip Advances, 2018;8(3):035216.

10. Mehnati P, et al. Near-infrared visual differentiation in normal and abnormal breast using hemoglobin concentrations. Journal of Lasers in Medical Sciences, 2018;9(1):50.

11. Nioka S, et al. Breast cancer detection of large size to DCIS by hypoxia and angiogenesis using NIRS. Oxygen Transport to Tissue XXXV. Springer New York, 2013:211-219.

12. Chance B, et al. Breast cancer detection based on incremental biochemical and physiological properties of breast cancers: A six-year, two-site study1. Academic radiology, 2005;12(8):925-933.

13. Lazareva EN, Tuchin VV. Measurement of refractive index of hemoglobin in the visible/NIR spectral range. Journal of biomedical optics, 2018;23(3):035004-035004.

14. Zhang S, et al. Nondestructive measurement of hemoglobin in blood bags based on multi-pathlength VIS-NIR spectroscopy. Scientific reports, 2018;8(1):1-9.

15. Martin FL, et al. Distinguishing cell types or populations based on the computational analysis of their infrared spectra. Nature protocols, 2010;5(11):1748-1760.

16. Gajjar K, et al. Diagnostic segregation of human brain tumours using Fourier-transform infrared and/or Raman spectroscopy coupled with discriminant analysis. Analytical Methods, 2013;5(1):89-102.

17. Walsh MJ, et al. Tracking the cell hierarchy in the human intestine using biochemical signatures derived by mid-infrared microspectroscopy. Stem cell research, 2009;3(1):15-27.

18. Bird B, et al. Detection of breast micro-metastases in axillary lymph nodes by infrared microspectral imaging. Analyst, 2009;134(6):1067-1076.

19. Naumann D, Lasch P, Fabian H. Cells and biofluids analyzed in aqueous environment by infrared spectroscopy. Biomedical vibrational spectroscopy III: Advances in research and industry. SPIE, 2006;6093:609301.

20. Guleken Z, et al. Assessment of structural protein expression by FTIR and biochemical assays as biomarkers of metabolites response in gastric and colon cancer. Talanta, 2021;231:122353.

21. Bangaoil R, et al. ATR-FTIR spectroscopy as adjunct method to the microscopic examination of hematoxylin and eosin-stained tissues in diagnosing lung cancer. PloS one, 2020;15(5):e0233626.

22. Nsugbe E, et al. On an Affordable Approach towards the Diagnosis and Care for Prostate Cancer Patients Using Urine, FTIR and Prediction Machines. Diagnostics, 2022;12(9):2099.

23. Melo IMA, et al. PCR-RFLP and FTIR-based detection of high-risk human papilloma virus for cervical cancer screening and prevention. Biochemistry and Biophysics Reports, 2021;26:100993.

24. Martens H, et al. Pre‐processing in biochemometrics: correction for path‐length and temperature effects of water in FTIR bio‐spectroscopy by EMSC. Journal of Chemometrics: A Journal of the Chemometrics Society, 2006;20(8‐10):402-417.

25. Prabhakar S, Jain N, Singh RA. FT-IR Spectroscopy as a Bio-Diagnostic Tool for Detection of Leukemia. Emerging Trends in Laser & Spectroscopy and Applications, 2010th ed.; Allied Publishers: New Delhi, India, 2010:337-341.

26. Ollesch J, et al. An infrared spectroscopic blood test for non-small cell lung carcinoma and subtyping into pulmonary squamous cell carcinoma or adenocarcinoma. Biomedical Spectroscopy and Imaging, 2016;5(2):129-144.

27. Chaber R, et al. A preliminary study of FTIR spectroscopy as a potential non-invasive screening tool for pediatric precursor B lymphoblastic leukemia. Molecules, 2021;26(4):1174.

28. Martin M, Perez-Guaita D, Wood BR. ATR-FTIR spectroscopy as a quality control system for monitoring the storage of blood products. Analytical Methods, 2021;13(47):5756-5763.

29. Veettil TCP, et al. Characterization of freeze-dried oxidized human red blood cells for pre-transfusion testing by synchrotron FTIR microspectroscopy live-cell analysis. Analyst., 2023;148(7):1595-1602.

30. Makhnii T, et al. Age-related changes in FTIR and Raman spectra of human blood. Ukrainian Journal of Physics, 2016;61(10):853-853.

31. Szczesny-Malysiak E, et al. Irreversible alterations in the hemoglobin structure affect oxygen binding in human packed red blood cells. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Molecular Cell Research, 2020;1867(11):118803.

32. Boyd S, Bertino MF, Seashols SJ. Raman spectroscopy of blood samples for forensic applications. Forensic science international, 2011;208(1-3):124-128.

33. Cовременные подходы к иммунотерапии рака почки / Н. Е. Кушлинский, М. В. Фридман, А. А. Морозов [и др.] // Онкоурология. – 2018. – № 2. – С. 54–67.

34. Активное наблюдение опухолей почки, накапливающих рентгеноконтрастное вещество / П. Л. Криспен, Р. Е. Гринберг, Д. И. Чен, Р. Г. Уззо // Онкоурология. – 2007. – № 4. – С. 17–21.

35. Максимов, А. В. Канцерокинез – новое слово в онкологии //Интеграция наук : междисциплинарность в медицине. ВКМиФ-2022 [Электронный ресурс] : сборник тезисов Всероссийской научнопрактической конференции с международным участием. 20 –22 июня 2022 г. – Якутск : Издательский дом СВФУ, 2022 – 1 электрон.опт. диск. – С.125.

36. Fomins S, et al. Photoinduced AsSeS thin film phase plates as adaptive optics mirrors for eye aberration correction. Sixth International Conference on Advanced Optical Materials and Devices (AOMD-6). SPIE, 2008;7142:361-366.

37. Wood BR, Stoddart PR, McNaughton D. Molecular imaging of red blood cells by raman spectroscopy. Australian Journal of Chemistry, 2011;64(5):593-599.

38. Kamemoto LE, et al. Near-infrared micro-Raman spectroscopy for in vitro detection of cervical cancer. Applied spectroscopy, 2010;64(3):255-261.

39. Stone N, et al. Raman spectroscopy for identification of epithelial cancers. Faraday discussions, 2004;126:141-157.

40. Petibois C, et al. Plasma protein contents determined by Fourier-transform infrared spectrometry. Clinical Chemistry, 2001;47(4):730-738.

41. Sheng D, et al. Comparison of serum from gastric cancer patients and from healthy persons using FTIR spectroscopy. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 2013;116:365-369.

42. Mahadevan-Jansen A, Richards-Kortum RR. Raman spectroscopy for the detection of cancers and precancers. Journal of biomedical optics, 1996;1(1):31-70.

43. Zeller H, Novak P, Landgraf R. Blood glucose measurement by infrared spectroscopy. The International journal of artificial organs, 1989;12(2):129-135.