A study of the effect of selected anti-malarial agents on the blood cells

Celem pracy magisterskiej było badanie in vitro wpływu cynchoniny oraz kompleksu cynchoniny z miedzią(II) na komórki krwi, pobrane od dwóch pacjentów, u których stwierdzono obecność zarodźców Plasmodium falciparum, z zastosowaniem spektroskopii ramanowskiej oraz elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPR). Przeprowadzone badania zostały porównane ze stanem zdrowia pacjentów określonym na podstawie wyników badań morfologicznych i parazytologicznych przeprowadzonych w trakcie hospitalizacji. Wyniki uzyskane z pomiarów spektroskopowych próbek krwi po zaaplikowaniu cynchoniny oraz kompleksu cynchoniny z miedzą(II) wskazują na możliwość monitorowania wpływu aplikowanych związków chinolinowych na zmiany w krwinkach czerwonych. Do analizy widm ramanowskich zastosowano statystyczną metodę PCA (ang. Principal Component Analysis) w całym zakresie spektralnym widm i w rejonie 1300 – 1500 cm-1 oraz 1500 – 1700 cm-1. Umożliwiło to szczegółowy wgląd w zmiany zachodzące w erytrocytach i wskazanie markerowych pasm, zwłaszcza tych powstających w wyniku interkalacji badanych związków w struktury porfirynowe hemozoiny. Wprowadzenie dodatkowego etapu obróbki widm, tj. korekcji linii bazowej wpłynęło na czytelność współrzędnych czynnikowych analizowanych wyników i z reguły miało charakter pozytywny. Zauważono, iż kompleksowanie cynchoniny wydaje się wzmacniać jej efekt leczniczy, wynika to prawdopodobnie z ułatwionego przenikania związku przez błony, dzięki obecności atomu metalu. Ponadto wykazano pozytywny wpływ sposobu przygotowania próbek na powtarzalność otrzymanych wyników pomiarów. Na podstawie pomiarów EPR rozpoznano charakterystyczne sygnały od jonów metali obecnych we krwi, także sygnały wskazujące na obecność hemozoiny oraz tzw. „niebieskiej” miedzi(II) typu 1 w ceruloplazminie, bądź w badanym kompleksie cynchoniny z miedzią(II). Otrzymane wyniki pomiarów spektroskopowych wskazują, na możliwe terapeutyczne działanie badanych związków, a także na możliwość zastosowania spektroskopii ramanowskiej oraz EPR, jako narzędzi diagnostycznych pozwalających monitorować zmiany zachodzące w badanych próbkach krwi.

The main objective adopted within the scope of the present master's thesis was to study in vitro the effect of cinchonine and complex of cinchonine with copper(II) on the blood cells samples of two patients infected with Plasmodium falciparum, using Raman spectroscopy and Electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy. The data were compared with the standard medical and parasitological tests carried out during hospitalization. The results obtained from spectroscopic measurements after applying cinchonine and complex of cinchonine with copper(II) into blood samples indicate the possibility of monitoring the effect of quinoline compounds on changes in the red blood cells. Statistical analysis of Raman spectra by the Principal Component Analysis (PCA) method was used in the entire spectral range of the spectra and in the ranges 1300 - 1500 cm-1 and 1500 - 1700 cm-1. This provided detailed insight into changes occurring in erythrocytes and indication of marker bands, especially those resulting from intercalation of test compounds into hemozoin structures. The introduction of an additional spectra pre-processing, i.e. baseline correction was generally positive. It has been noticed that the complexation of cinchonine seems to enhance its therapeutic effect, which is probably the effect of facilitated penetration of the compound through membranes due to the presence of a metal atom. In addition, a positive effect of the method of sample preparation on the repeatability of the obtained measurement results has been demonstrated. Based on EPR measurements, characteristic signals from metal ions present in the blood were recognized. Additionally there were signals indicating the presence of hemozoin and a signal resulting from the presence of the "blue" Cu(II) type 1 in ceruloplasmin, or of the studied complex of cinchonine with copper(II). The obtained results of spectroscopic measurements indicate the possible therapeutic effect of the tested anti-malarial compounds, as well as the possibility of using Raman spectroscopy and EPR as diagnostic tools to monitor changes in the blood samples tested.