Spectroscopic identification of stem cells differentiation into adipocytes

Mezenchymalne komórki macierzyste charakteryzują się ogromnym potencjałem regeneracyjnym oraz naprawczym w zastosowaniach medycznych. Niestety ich wykorzystanie praktyczne obarczone jest ryzykiem. Wprowadzenie niezróżnicowanych komórek w trakcie leczenia może doprowadzić do rozwoju nowotworów, dlatego sam proces różnicowania musi być bezwzględnie monitorowany. W niniejszej pracy podjęto próbę opracowania nowatorskiej metody analitycznej, opartej na spektroskopii absorpcyjnej FT-IR, do detekcji wczesnych etapów różnicowania mezenchymalnych komórek macierzystych izolowanych z tkanki tłuszczowej do adipocytów (6 h – 14 dni). W tym celu wykonano mikroskopowe pomiary widm FT-IR badanych komórek dla wybranych etapów różnicowania. Zarejestrowane widma odpowiednio przetworzono i poddano analizie przy pomocy szeregu metod statystycznych i chemometrycznych takich jak: analiza pasm charakterystycznych, analiza głównych składowych (PCA) oraz hierarchiczna analiza skupień (HCA) celem wykazania różnic pomiędzy etapami. Jako metodę referencyjną umożliwiającą identyfikacje różnicujących się komórek w kierunku adipocytów wykorzystano barwienie Oil-Red, które pozwala na wykrycie tworzących się kropli lipidowych dopiero po przynajmniej 10 dniach. Otrzymane wyniki analiz wskazują na znaczne różnice spektralne w zarejestrowanych widmach na przestrzeni postępującego procesu różnicowania, a co za tym idzie na możliwość zastosowania spektroskopii FT-IR jako efektywnego narzędzia w badaniu różnicujących się komórek macierzystych.Mesenchymal stem cells are characterized by their great regenerative and reparative potential in medical applications. Unfortunately, their practical use is fraught with risk. Introduction of undifferentiated cells during treatment may lead to cancer development, therefore the differentiation process itself must be monitored. In this study, an attempt was made to develop a novel analytical method, based on FT-IR absorption spectroscopy, for the detection of early stages of differentiation of mesenchymal stem cells isolated from adipose tissue into adipocytes (6 h - 14 days). For this purpose, microscopic FT-IR spectra of the studied cells were measured for selected stages of differentiation. The recorded spectra were processed and analyzed using a number of statistical and chemometric methods such as: characteristic band analysis, principal component analysis (PCA) and hierarchical cluster analysis (HCA) to show the differences between the stages. Oil-Red staining, which allows the detection of forming lipid droplets only after at least 10 days, was used as a reference method to identify differentiating cells towards adipocytes. The obtained results indicate significant spectral differences in the recorded spectra over the progressive differentiation process, and thus the possibility of using FT-IR spectroscopy as an effective tool in the study of differentiating stem cells