Raman spectroscopy and fluorescence microscopy of biochemical changes in vascular endothelial cells induced by daily nucleoside reverse transcriptase inhibitors

Nukleozydowe inhibitory odwrotnej transkryptazy (NRTI), takie jak Abakawir (ABC), Stawudyna (d4T) i Zalcytabina (ddC), są kluczowymi lekami stosowanymi w terapii HAART dla osób zakażonych wirusem HIV. chociaż skuteczne, długotrwałe stosowanie tych leków może prowadzić do poważnych skutków ubocznych, w tym dysfunkcji śródbłonka i zwiększonego ryzyka chorób sercowo-naczyniowych. Celem pracy było zbadanie wpływu tych leków na komórki śródbłonka aorty ludzkiej (HAEC) przy użyciu spektroskopii ramanowskiej i mikroskopii fluorescencyjnej.W badaniach wykorzystano różne stężenia leków: 1, 10 i 50 µM. Obrazowanie ramanowskie pozwoliło na bezznacznikową wizualizację jąder komórkowych, skupisk lipidowych, oraz obszarów bogatych w mitochondria, ujawniając zmiany biochemiczne wywołane przez badane leki. Szczegółowa analiza porównawcza widm średnich oraz chemometryczna wykazały istotne zmiany w zawartości lipidów i cytochromów, w tym wzrost lipidów nienasyconych i zmniejszenie lipidów nasyconych, szczególnie w przypadku ddC i d4T. To sugeruje rozwijający się stan zapalny śródbłonka. Mikroskopia fluorescencyjna wspierała te wyniki, umożliwiając ocenę zawartości lipidów oraz przeżywalności komórek. Barwienie jąder komórkowych wykazało brak istotnych zmian w konfluencji dla większości stężeń, podczas gdy barwienie LipidTOX ujawniło wzrost zawartości lipidów w komórkach traktowanych ddC i d4T, potwierdzając wyniki spektroskopii ramanowskiej.Podsumowując, wyniki przeprowadzonych badań wskazują, że wszystkie badane leki mają istotny wpływ na profil biochemiczny śródbłonka, w tym na zawartość lipidów, co może wskazywać na toczący się stan zapalny. Analizy wykazały brak liniowości między badanymi niskimi (1, 10 µM) i wysokimi (50 µM) stężeniami, co sugeruje, że wyższe stężenia niekoniecznie intensyfikują procesy zapalne. ddC i d4T wywierały podobny wpływ na komórki HAEC, podczas gdy ABC miał mniejszy i nieco inny wpływ.Przeprowadzone badania podkreślają znaczenie zastosowania spektroskopii ramanowskiej i mikroskopii fluorescencyjnej w ocenie skutków ubocznych terapii antyretrowirusowej, dostarczając istotnych informacji dla przyszłych badań nad bezpieczeństwem leków i ich wpływem na zdrowie komórek śródbłonka.

Nucleoside reverse transcriptase inhibitors (NRTIs), such as Abacavir (ABC), Stavudine (d4T), and Zalcitabine (ddC), are key medications used in HAART therapy for individuals infected with HIV. Although effective, the long-term use of these drugs can lead to serious side effects, including endothelial dysfunction and an increased risk of cardiovascular diseases. This study aimed to investigate the effects of these drugs on human aortic endothelial cells (HAECs) using Raman spectroscopy and fluorescence microscopy.The study used 1, 10, and 50 µM of various drug concentrations. Single-cell analysis Raman imaging allowed for label-free visualization of cell nuclei, lipid droplets, and mitochondrial-rich areas, revealing biochemical changes induced by the drugs. Detailed comparative analysis of the average spectra and single cell chemometric analysis showed significant changes in lipid and cytochrome content, including an increase in unsaturated lipids and a decrease in saturated lipids, particularly with ddC and d4T. This suggests the development of an inflammatory response in the endothelial cells. Fluorescence microscopy supported these findings by allowing the assessment of lipid content and cell viability. Nuclear staining revealed no significant changes in confluence for most concentrations, while LipidTOX staining showed increased lipid content in cells treated with ddC and d4T, confirming the Raman spectroscopy results.In summary, the results indicate that all tested drugs significantly impact the biochemical profile of endothelial cells, including lipid content, which may suggest ongoing inflammation. Analyses revealed a lack of linearity between low (1, 10 µM) and high (50 µM) drug concentrations, suggesting that higher concentrations do not necessarily intensify the inflammatory processes. ddC and d4T had similar effects on HAECs, while ABC had a smaller and somewhat different impact.The research conducted highlights the importance of using Raman spectroscopy and fluorescence microscopy to assess the side effects of antiretroviral therapy. This provides crucial information for future studies on drug safety and its impact on vascular endothelial cell health.