Evaluation of the spectroscopic profile of acute myeloid leukemias in clinical samples and in vitro models

Białaczka jest grupą chorób nowotworowych, charakteryzujących się nieprawidłową proliferacją, dojrzewaniem i uwalnianiem niewłaściwie funkcjonujących białych krwinek do krwioobiegu. W przebiegu choroby występują nacieki na szpiku kostnym, które zaburzają prawidłowe procesy hematopoezy, czyli produkcji komórek krwi, co wiąże się z występowaniem u pacjentów niedokrwistości, granulopenii oraz małopłytkowości. Ostra białaczka szpikowa (AML, ang. acute myeloid leukemia) wiąże się ze zwiększoną proliferacją niedojrzałych komórek, pochodzących z mieloidalnej linii hematopoezy. Jest to choroba, na którą zapadają głównie dorośli, a częstotliwość jej występowania wzrasta wraz z wiekiem.Obrazowanie ramanowskie jest obiecującą metodą diagnostyczną, umożliwiającą identyfikację i charakterystykę komórek białaczkowych w próbkach klinicznych. Technika ta wykazuje się wysoką czułością, a także rozdzielczością przestrzenną, umożliwiającą badanie struktur subkomórkowych, co umożliwia śledzenie dystrybucji przestrzennej wybranych komponentów komórkowych. Jest to także metoda stosunkowo prosta, bezinwazyjna, niewymagająca specjalnego przygotowania próbek i stosowania znaczników.W niniejszej pracy zastosowano konfokalną mikroskopię ramanowską, w połączeniu z zaawansowanymi metodami chemometrycznymi, do scharakteryzowania komórek modelowych linii białaczki AML, a także komórek pochodzących od pacjentów, chorujących na ten typ białaczki. Otrzymane widma ramanowskie komórek białaczkowych porównano z widmami uzyskanymi dla komórek mononuklearów, czyli frakcji białych krwinek pozbawionych limfocytów, stanowiących grupę kontrolną. Na podstawie przeprowadzanych analiz zidentyfikowano różnice występujące pomiędzy komórkami kontrolnymi i komórkami nowotworowymi. Głównymi różnicami są wyższa zawartość kwasów nukleinowych i białek w komórkach kontrolnych, oraz wyższa zawartość hemoprotein oraz lipidów w komórkach białaczkowych.Otrzymane wyniki mogą zostać wykorzystane do opracowania procedury diagnostycznej, możliwej do zastosowania w praktyce klinicznej, która pozwoli na szybką diagnostykę ostrej białaczki szpikowej poprzez identyfikację obecności blastów w krwi obwodowej. Wyniki te mogą także przyczynić się do dokładniejszej charakterystyki choroby poprzez wskazanie podtypu białaczki wykazujących dany profil zmian biochemicznych obecnych w komórkach nowotworowych, co z kolei może znacząco poprawić rokowania pacjentów.Leukemia is a group of cancer diseases, which are characterized by abnormal proliferation, maturation, and release of malfunctioning white blood cells into the bloodstream. In this disease, there are bone marrow infiltrates, which disturb hematopoiesis i.e. production of blood cells, what relates to anemia, granulopenia and thrombocytopenia. Acute myeloid leukemia (AML) is connected with the increased proliferation of immature cells derived from the myeloid line of hematopoiesis. It is a disease afflicted mainly by adults and its frequency increases with age.Raman imaging is a promising diagnostic method enabling the identification and characterization of leukemia cells in clinical samples. This technique exhibits high sensitivity as well as spatial resolution, enabling the study of subcellular structures, which allows in turn tracking of selected subcellular components. It is also a relatively simple and noninvasive label-free method that does not require special sample preparation.In this study we used Raman imaging in combination with advanced chemometric methods to characterize cells of model lines of AML, as well as clinical cells derived from patients suffering from this type of leukemia. The obtained Raman spectra of leukemia cells were compared with the spectra of mononuclear cells, which constituted the control group. Based on the analyzes performed, the differences between control cells and AML cells were found. The main identified differences were related to higher content of nucleic acids and proteins in control cells, and increased content of hemoproteins and lipids in leukemic cells.The obtained results can be used to develop a procedure that can be applied in clinical practice, which will allow for rapid diagnosis of acute myeloid leukemia. These results could also contribute to a more accurate characterization of the AML subtypes, which could significantly improve patients' prognosis