Distinguishing the phenotype of B-cell and T-cell acute lymphoblastic leukemia blasts

Białaczki to ogólne określenie chorób układu krwiotwórczego, których cechą charakterystyczną jest zaburzenie proliferacji i nieprawidłowe dojrzewanie komórek prekursorowych krwi. W zależności od pochodzenia, można wyróżnić ostre białaczki szpikowe (AML, ang. Acute Myeloid Leukemia) i limfoblastyczne (ALL, ang. Acute Lymphoblastic Leukemia). Ostra białaczka limfoblastyczna dzieli się na dwa główne podtypy: B-ALL wywodzący się z limfoidalnych komórek prekursorowych limfocytów B i T-ALL wywodzący się z komórek prekursorowych limfocytów T. Rozpoznanie i diagnostyka choroby jest procesem złożonym i obejmuje m.in badania morfologiczne komórek krwi, immunofenotypowanie oraz badania cytogenetyczne i molekularne. Wciąż istnieje potrzeba rozwoju narzędzi diagnostycznych, umożliwiających szybką identyfikację i klasyfikację komórek nowotworowych. Obrazowanie ramanowskie coraz częściej z powodzeniem wykorzystywane jest w badaniach próbek biologicznych i wykazuje potencjał diagnostyczny w praktyce klinicznej.Celem niniejszej pracy była charakterystyka spektroskopowa blastów ostrej białaczki limfoblastycznej B i T-komórkowej oraz rozróżnienie ich fenotypu poprzez identyfikację specyficznych markerów ramanowskich, z wykorzystaniem obrazowania ramanowskiego i analiz chemometrycznych. Podczas przeprowadzania analiz skupiono się również na zbadaniu wpływu preparatyki komórek na uzyskiwane wyniki. Dodatkowo, sprawdzono użyteczność obrazowania ramanowskiego jako narzędzia umożliwiającego rozróżnienie komórek nowotworowych od ich prawidłowych odpowiedników, tj. limfocytów B i T. Analiza danych spektroskopowych została przeprowadzona z wykorzystaniem oceny pasm markerowych oraz metod chemometrycznych takich jak analiza skupień metodą k-średnich, analiza głównych składowych, która jest metodą nienadzorowaną oraz analiza dyskryminacyjna metodą najmniejszych cząstkowych kwadratów, stanowiąca przykład metody nadzorowanej. Przeprowadzone badania umożliwiły zidentyfikowanie różnic między blastami B- ALL i T-ALL oraz pomiędzy komórkami prawidłowymi i nowotworowymi. Różnice obserwuje się głównie w zawartości białek i kwasów nukleinowych. Dodatkowo potwierdzono, że nadzorowane metody chemometryczne lepiej sprawdzają się w klasyfikacji komórek białaczkowych. Wykazano potencjał obrazowania ramanowskiego jako czułej i specyficznej metody w badaniu i identyfikacji białaczek ALL.

Leukemias in general are diseases of the hematopoietic system characterized by abnormal proliferation and maturation of blood precursor cells. On the basis of their origin, they can be divided into Acute Myeloid Leukemia (AML) and Acute Lymphoblastic Leukemia (ALL). Acute lymphoblastic leukemia is divided into two main subtypes: B-ALL derived from B-cell lymphoid precursor cells and T-ALL derived from T-cell precursors. The diagnosis of the disease is a complex process and includes morphological studies of blood cells, immunophenotyping, cytogenetic, and molecular studies. There is still a need to develop diagnostic tools that allow for the rapid identification and classification of tumor cells. Raman imaging has been used increasingly successfully used in the study of biological samples and has shown diagnostic potential in clinical practice.The aim of this study was to spectroscopically characterize B- and T-cell acute lymphoblastic leukemia blasts and distinguish their phenotype by identifying specific Raman markers, using Raman imaging and chemometric analyses. In addition, the effect of cell preparation on the results obtained was investigated. Furthermore, the utility of Raman imaging as a tool for distinguishing cancer cells from their normal counterparts, i.e. B and T lymphocytes, was tested. Spectroscopic data were analyzed using marker band evaluation and chemometric methods such as k-means cluster analysis, principal component analysis, which is an unsupervised method and discriminant least squares analysis, which is an example of supervised methods.Our study allowed us to identify differences between blasts of B- ALL and T- ALL, and between normal and cancer cells. Differences are observed mainly in the content of proteins and nucleic acids. In addition, it was confirmed that supervised chemometric methods perform better in the classification of leukemic cells. The potential of Raman imaging as a sensitive and specific method in the study and identification of ALL leukemias is demonstrated.