Raman spectroscopy in the study of biochemical changes in MUTZ5 cell line induced by the effect of ruxolitinib

Ruksolitinib jest lekiem przeciwnowotworowym, którego skuteczność w terapii białaczki została potwierdzona w badaniach in vivo oraz w testach klinicznych. W niniejszej pracy przeprowadzono badania in vitro na komórkach linii MUTZ-5, będących modelem ostrej białaczki limfoblastycznej typu B z wykorzystaniem konfokalnej mikroskopii ramanowskiej. Oprócz oceny wpływu ruksolitinibu na stan biochemiczny komórek białaczkowych dokonano również porównania widm komórek białaczkowych z izolowanymi komórkami prawidłowymi, czyli limfocytami B. Do analizy uzyskanych danych spektroskopowych wykorzystano szereg metod chemometrycznych: analizę skupień metodą k-średnich (KMCA), analizę głównych składowych (PCA) oraz analizę regresji metodą cząstkowych najmniejszych kwadratów (PLS). Zastosowanie obrazowania ramanowskiego w połączeniu z wymienionymi metodami, a także analizą pasm charakterystycznych oraz analizą morfologii komórek na podstawie obrazów ramanowskich pozwoliło na wykrycie różnic w składzie biochemicznym badanych komórek. Realizując pracę wykazano, że limfocyty B wyróżniają się mniejszą powierzchnią całej komórki, jak i jądra komórkowego, większą zawartością białek, kwasów nukleinowych i hemoprotein oraz niższą zawartością lipidów względem komórek białaczkowych linii MUTZ-5. W przypadku komórek białaczkowych linii MUTZ-5 stymulowanych lekiem zaobserwowano wzrost ilości kwasów nukleinowych, hemoprotein i lipidów nienasyconych w porównaniu z komórkami kontrolnymi. Zawartość białek w grupie kontrolnej i traktowanej ruksolitinibem jest podobna, ale występują różnice jakościowe w ich składzie. Na podstawie przeprowadzanych badań możliwe było wskazanie zarówno zmian biochemicznych, jak i morfologicznych na poziomie pojedynczych komórek zachodzących w wyniku działania leku.

Ruxolitinib is an anticancer drug which efficacy in the treatment of leukemia has been confirmed in vivo and in clinical trials. In the present work, in vitro studies were performed on cells of the MUTZ-5 line, a model of B-cell acute lymphoblastic leukemia, using confocal Raman microscopy. In addition to assessing the effect of ruxolitinib on the biochemical status of the leukemic cells, their spectra were compared with those of isolated normal cells, i.e. B lymphocytes. A number of chemometric methods were used to analyse the spectroscopic data obtained: K-Means Cluster Analysis (KMCA), Principal Component Analysis (PCA) and Partial Least Squares Regression Analysis (PLS). The use of Raman imaging in combination with the aforementioned methods, as well as the analysis of characteristic bands and the cell morphology analysis from Raman images, allowed the detection of differences in the biochemical composition of the studied cells. In carrying out the research, it was shown that B lymphocytes are distinguished by a smaller surface area of the whole cell as well as of the cell nucleus, a higher content of proteins, nucleic acids and hemoproteins and a lower content of lipids relative to leukemic cells of the MUTZ-5 line. An increase in quantity of nucleic acids, hemoproteins and unsaturated lipids was observed in leukemic cells of the MUTZ-5 line stimulated with the drug compared to control cells. The protein content of the control and ruxolitinib-treated groups is similar, but there are qualitative differences in their structure. Based on the studies performed, it was possible to indicate both biochemical and morphological changes at the single cell level occurring as a result of the drug.