Pengaplikasian Spektroskopi-FTIR untuk Diagnosis Tumor-Tumor Kanker Payudara
Abstrak
Meskipun telah banyak kemajuan dalam pemahaman, pencegahan, dan pengobatan, penyakit onkologi tetap menjadi penyebab tingginya angka kematian di negara-negara maju. Karena Spektroskopi-FTIR bisa membedakan sel-sel normal dengan sel-sel tumor serta tingkat keganasan yang berbda, maka pada dasarnya instrumen ini juga bisa menghitung tingkat diseminasi status tumor/pra-ganas melalui biopsi pada ruang pasti dari inti tumor dan menganalisis kerangka-kerangka reseksi untuk pasien individual. Klasifikasi tumor/pra-ganas yang pasti sangat penting untuk keberhasilan penentuan terapi yang sukses, dimana kesimpulan yang tidak tepat bisa mengarah pada prognosis yang keliru. Spektroskopi inframerah merupakan sebuah metode baru yang berpotensi untuk diagnosis kanker, karena sensitifitas teknik terhadap perubahan biokimia seluler yang menyertai stadium-stadium penyakit. Radiasi inframerah diserap oleh jaringan, cairan dan sel untuk mempromosikan vibrasi ikatan-ikatan kovalen dari molekul-molekul dalam sampel. Panjang gelombang radiasi inframerah yang diserap tergantung pada sifat ikatan kovalen dan kekuatan itneraksi antar-molekul yang ada. Spektrum intramerah dari sebuah sampel, dengan demikian, merupakan sebuah petunjuk biokimia. Sebagai komponen biokimia sel, jaringan dan cairan harus berubah selama terjadinya penyakit (tidak mungkin ada penyakit tanpa komponen biokimia yang abnormal) maka status biokimia dari sel, jaringan dan cairan harus berubah ketika ada sebuah penyakit. Dalam penelitian ini sebuah tumor payudara tyang sangat langka, yaitu muco-carcinoma, diidentifikasi secara spektra dan berkas-berkas karakteristiknya dideteksi.
Kata kunci: Spektroskopi-FTIR, tumor, kanker payudara, diagnosis, muco-carcinoma.
PENDAHULUAN
Data-data spektra biasanya dikumpulkan dalam kisaran 4000-400 cm-1 (bidang inframerah tengah). Intensitas berbagai panjang gelombang diukur secara simultan tetapi hanya sebagian yang menunjukkan potensi diagnostik. Beberapa peneliti telah memberikan bilangan gelombang diagnostik yang penting yang mana diantaranya intensitas berkas fosfat pada 1080 cm-1 dianggap sebagai yang cukup bermanfaat. Bilangan gelombang spesifik (cm-1) dan intensitas (amplitudo) serapan sampel biologis dari spektrum FTIR paling dipengaruhi oleh karsinogenesis atau morbiditas. Sebagai contoh, pada kasus jaringan servikal, karena glikogen berkurang pada sel-sel tumor dibanding pada kadar untuk sel yang sehat. Dengan demikian, kisaran 1185-900 cm-1 menunjukkan serapan yang lebih rendah. Berkas-berkas diagnostik dengan asal biokimia yang relevan dianggap sebagai biomarker.
Demikian juga, kadar asam nukleat berubah pada kanker, dan berkas-berkas absorbansi dari molekul-molekul ini juga digunakan sebagai penanda. Spektrum asam-asam nukleat (DNA dan RNA) dibentuk oleh unsur-unsur konstruktif: N-basa, karbohidrat (desoksiribosa/ribosa), gugus fosfat. Basa (Adenin, Guanin, Timin, Urasil, Sitosin) memiliki berkas karakteristik dalam kisaran 1800-1500 cm-1 dan berkas-berkas ini merupakan penanda sensitif untuk penggabungan basa dan penataan basa. Berkas-berkas pada 1500-1250 cm-1 ditranskripsi untuk kombinasi vibrasi antara basa dan karbohidrat yang relevan, dimana pada 1250-1000 cm-1 terkait dengan vibrasi karbohidrat-posfat. Berkas-berkas ini menjamin informasi untuk konformasi asam nukleat. Pada kisaran 1000-800 cm-1 diamati vibrasi karbohidrat/karbohidrat-fosfat.
Spektrum infra-merah dari protein ditandai dengan ketersediaan berkas-berkas absorpsi yang terkait dengan gugus amida karakteristiknya. Ada 9 berkas yang disebutkan sebagai berkas amida: amida I dan amida II merupakan yang paling sering digunakan dalam penelitian. Berkas Amida II mewakili sekitar 60% dari vibrasi deformasional N-H dan 40% vibrasi valensi C-N. Berkas amida II sensitif terhadap denaturasi protein (denaturasi diamati pada berkas amida yang bergeser ke sekitar 1550 cm-1 – 1450 cm-1).
Spektroskopi inframerah bisa memberikan informasi yang bermanfaat tentang lipid, yang merupakan komponen struktural penting dari membran-membran seluler. Banyak diantaranya yang memiliki fosfor dalam molekul dan dikelompokkan dalam gugus fosfolipid. Kebanyakan berkas intensif dari karakteristik spektrum inframerah untuk lipid merupakan hasil dari vibrasi valensi simetris dan asimetris CH2|CH3 dengan munculnya berkas-berkas dalam kisaran 3100-2800 cm-1. Berdasarkan posisi berkas konformasi residu asil molekul lipid (trans/cis) bisa dinilai. Pada panjang gelombang 1500-1350 cm-1 ditemukan berkas-berkas dari vibrasi deformasional CH2|CH3, yang posisinya tergantung pada konformasi residu asil. Berkas-berkas pada 1750-1700 cm-1 adalah hasil dari vibrasi valensi dari gugus ester.
PROSEDUR EKSPERIMENTAL
Penyiapan sampel
Sampel diobuat melalui lapisan tipis (direct spread) pada Irtran-2 (Zn-S) dari material yang diambil dengan biopsi Fine Needle Aspiration (FNA) (Sampel-sampel disiapkan pada kaca-kaca mikroskop yang dianalisis secara imunohistokimia di Specialized Hospital for Active Oncology Treatment, Sofia).
METODE
Jalur yang digunakan untuk menyelidiki sifat-sifat spektra dari sampel ditunjukkan sebagai berikut:
I. Penyiapan sampel
Lapisan sitologi kering diatas Irtran dari jaringan tumor dan jaringa sehat pasien yang sama.
II. Pengumpulan dan Analisis Data
1. Spektra IR (transmisi)
2. Pengolahan spektrum secara matematis
3. Analisis data spektra
4. Perbandingan hasil dari eksperimen imunohistokimia dan eksperimen spektra.
Pengumpulan dan analisis data sampel
Pengumpulan sampel FTIR dari sampel-sampel pada Irtran-2 diolah dengan interferometer FTIR 1600 Perkin Elmer dalam kisaran 4400-450 cm-1, resolusi 2 cm-1. Masing-masing sampel discan 1024 kali (perbaikan rasio sinyal/noise).
Pengolahan matematis untuk spektra yang diperoleh dilakukan dengan menggunakan program Grams and Specturm for Windows Spectral. Prosedur ini melakukan: a) normalisasi, b) perbedaan spektra, c) spektroskopi turunan, d) selfdekonvolusi transform Fourier (FSD) dan e) prosedur pencocokan kurva.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Untuk interpretasi spektra FTIR, fungsi-fungsi matematis yang memungkinkan pengidentifikasian berkas-berkas yang overlapping dan perhitungan kuantitatif digunakan.
Sebuah tumor payudara yang sangat langka – muco-karsinoma, ditemukan dalam perjalanan eksperimen. Hanya 8 kasus serupa dari sudut pandang morfologi yang telah dilaporkan dalam literatur sampai saat ini, tetapi belum ada data dari penyelidikan spektra. Pada Gbr. 2, spektrum FTIR rutin untuk kasus klinis ini dipresentasikan.
Jadi jelas, bahkan tanpa pengolahan matematis tambahan, berkas-berkas absorpsi yang baru terlihat. Berkas-berkas ini adalah hasil dari pembentukan muko-glikoprotein. Sudah menjadi tipikal berkas ini bahwa banyak rantai polisakarida yang terikat dengan hanya satu molekul protein dan sebuah kompleks dengan massa molekuler yang tinggi (~ 2-3.106 Da) terbentuk.
Untuk mencapai perbedaan rasio intenstasi puncak yang lebih akurat, pencocokan kurva dilakukan. Prosedur pencocokan kurva menunjukkan ketersediaan perubahan kuantitatif antara jaringan tumor dan jaringan yang sehat. Jaringan yang sehat telah menunjukkan tingkat penataan yang elbih tinggi, sedangkan pada sel tumor, tingkat ketidakteraturan telah diamati. Ini berarti bahwa rasio kuantitatif pada kisaran amida I dari sel sehat dan sel tumor bisa digunakan sebagai sebuah biomarker untuk diagnosis tumor.
KESIMPULAN
Analisis komparatif antara penyelidikian histopatologi dan spektra FTIR dari sel-sel normal dan sel-sel payudara menunjukkan bahwa spektroskopi FTIR merupakan sebuah metode yang terpercaya untuk diagnosis tumor.
Kuantitas lipid yang berkurang (2950, 2850, 1750 cm-1) tanpa perubahan penting dalam hal struktur, diamati dengan tumor konvensional pada spektra FTIR.
Pada kasus muko-karsinoma sebagai konsekuensi pembentukan muko-glikoprotein, berkas karakteristik pada 3400, 1300 cm-1 diamati yang memungkinakn pengidentifikasi sinonimnya dan bisa digunakan sebagai biomarker.
Pada berkas Amida I diamati puncak untuk alfa-heliks, helai-beta, belokan-beta, lilitan acak. Pada semua kasus, perubahan kualitatif yang esensial untuk struktur peptida sekunder bagi sel tumor dan sel normal setelah FSD dan pengolahan turunan tidak ditemukan.
Analisis kuantitatif untuk struktur sekunder pada daerah Amida I menunjukkan rasio alfa-heliks, helai-beta, lipatan-beta, lilitan acak yang berbda. Informasi ini penting dan signifikan untuk diagnosis spektra untuk tingkat keganasan tumor.
Meskipun telah banyak kemajuan dalam pemahaman, pencegahan, dan pengobatan, penyakit onkologi tetap menjadi penyebab tingginya angka kematian di negara-negara maju. Karena Spektroskopi-FTIR bisa membedakan sel-sel normal dengan sel-sel tumor serta tingkat keganasan yang berbda, maka pada dasarnya instrumen ini juga bisa menghitung tingkat diseminasi status tumor/pra-ganas melalui biopsi pada ruang pasti dari inti tumor dan menganalisis kerangka-kerangka reseksi untuk pasien individual. Klasifikasi tumor/pra-ganas yang pasti sangat penting untuk keberhasilan penentuan terapi yang sukses, dimana kesimpulan yang tidak tepat bisa mengarah pada prognosis yang keliru. Spektroskopi inframerah merupakan sebuah metode baru yang berpotensi untuk diagnosis kanker, karena sensitifitas teknik terhadap perubahan biokimia seluler yang menyertai stadium-stadium penyakit. Radiasi inframerah diserap oleh jaringan, cairan dan sel untuk mempromosikan vibrasi ikatan-ikatan kovalen dari molekul-molekul dalam sampel. Panjang gelombang radiasi inframerah yang diserap tergantung pada sifat ikatan kovalen dan kekuatan itneraksi antar-molekul yang ada. Spektrum intramerah dari sebuah sampel, dengan demikian, merupakan sebuah petunjuk biokimia. Sebagai komponen biokimia sel, jaringan dan cairan harus berubah selama terjadinya penyakit (tidak mungkin ada penyakit tanpa komponen biokimia yang abnormal) maka status biokimia dari sel, jaringan dan cairan harus berubah ketika ada sebuah penyakit. Dalam penelitian ini sebuah tumor payudara tyang sangat langka, yaitu muco-carcinoma, diidentifikasi secara spektra dan berkas-berkas karakteristiknya dideteksi.
Kata kunci: Spektroskopi-FTIR, tumor, kanker payudara, diagnosis, muco-carcinoma.
PENDAHULUAN
Data-data spektra biasanya dikumpulkan dalam kisaran 4000-400 cm-1 (bidang inframerah tengah). Intensitas berbagai panjang gelombang diukur secara simultan tetapi hanya sebagian yang menunjukkan potensi diagnostik. Beberapa peneliti telah memberikan bilangan gelombang diagnostik yang penting yang mana diantaranya intensitas berkas fosfat pada 1080 cm-1 dianggap sebagai yang cukup bermanfaat. Bilangan gelombang spesifik (cm-1) dan intensitas (amplitudo) serapan sampel biologis dari spektrum FTIR paling dipengaruhi oleh karsinogenesis atau morbiditas. Sebagai contoh, pada kasus jaringan servikal, karena glikogen berkurang pada sel-sel tumor dibanding pada kadar untuk sel yang sehat. Dengan demikian, kisaran 1185-900 cm-1 menunjukkan serapan yang lebih rendah. Berkas-berkas diagnostik dengan asal biokimia yang relevan dianggap sebagai biomarker.
Demikian juga, kadar asam nukleat berubah pada kanker, dan berkas-berkas absorbansi dari molekul-molekul ini juga digunakan sebagai penanda. Spektrum asam-asam nukleat (DNA dan RNA) dibentuk oleh unsur-unsur konstruktif: N-basa, karbohidrat (desoksiribosa/ribosa), gugus fosfat. Basa (Adenin, Guanin, Timin, Urasil, Sitosin) memiliki berkas karakteristik dalam kisaran 1800-1500 cm-1 dan berkas-berkas ini merupakan penanda sensitif untuk penggabungan basa dan penataan basa. Berkas-berkas pada 1500-1250 cm-1 ditranskripsi untuk kombinasi vibrasi antara basa dan karbohidrat yang relevan, dimana pada 1250-1000 cm-1 terkait dengan vibrasi karbohidrat-posfat. Berkas-berkas ini menjamin informasi untuk konformasi asam nukleat. Pada kisaran 1000-800 cm-1 diamati vibrasi karbohidrat/karbohidrat-fosfat.
Spektrum infra-merah dari protein ditandai dengan ketersediaan berkas-berkas absorpsi yang terkait dengan gugus amida karakteristiknya. Ada 9 berkas yang disebutkan sebagai berkas amida: amida I dan amida II merupakan yang paling sering digunakan dalam penelitian. Berkas Amida II mewakili sekitar 60% dari vibrasi deformasional N-H dan 40% vibrasi valensi C-N. Berkas amida II sensitif terhadap denaturasi protein (denaturasi diamati pada berkas amida yang bergeser ke sekitar 1550 cm-1 – 1450 cm-1).
Spektroskopi inframerah bisa memberikan informasi yang bermanfaat tentang lipid, yang merupakan komponen struktural penting dari membran-membran seluler. Banyak diantaranya yang memiliki fosfor dalam molekul dan dikelompokkan dalam gugus fosfolipid. Kebanyakan berkas intensif dari karakteristik spektrum inframerah untuk lipid merupakan hasil dari vibrasi valensi simetris dan asimetris CH2|CH3 dengan munculnya berkas-berkas dalam kisaran 3100-2800 cm-1. Berdasarkan posisi berkas konformasi residu asil molekul lipid (trans/cis) bisa dinilai. Pada panjang gelombang 1500-1350 cm-1 ditemukan berkas-berkas dari vibrasi deformasional CH2|CH3, yang posisinya tergantung pada konformasi residu asil. Berkas-berkas pada 1750-1700 cm-1 adalah hasil dari vibrasi valensi dari gugus ester.
PROSEDUR EKSPERIMENTAL
Penyiapan sampel
Sampel diobuat melalui lapisan tipis (direct spread) pada Irtran-2 (Zn-S) dari material yang diambil dengan biopsi Fine Needle Aspiration (FNA) (Sampel-sampel disiapkan pada kaca-kaca mikroskop yang dianalisis secara imunohistokimia di Specialized Hospital for Active Oncology Treatment, Sofia).
METODE
Jalur yang digunakan untuk menyelidiki sifat-sifat spektra dari sampel ditunjukkan sebagai berikut:
I. Penyiapan sampel
Lapisan sitologi kering diatas Irtran dari jaringan tumor dan jaringa sehat pasien yang sama.
II. Pengumpulan dan Analisis Data
1. Spektra IR (transmisi)
2. Pengolahan spektrum secara matematis
3. Analisis data spektra
4. Perbandingan hasil dari eksperimen imunohistokimia dan eksperimen spektra.
Pengumpulan dan analisis data sampel
Pengumpulan sampel FTIR dari sampel-sampel pada Irtran-2 diolah dengan interferometer FTIR 1600 Perkin Elmer dalam kisaran 4400-450 cm-1, resolusi 2 cm-1. Masing-masing sampel discan 1024 kali (perbaikan rasio sinyal/noise).
Pengolahan matematis untuk spektra yang diperoleh dilakukan dengan menggunakan program Grams and Specturm for Windows Spectral. Prosedur ini melakukan: a) normalisasi, b) perbedaan spektra, c) spektroskopi turunan, d) selfdekonvolusi transform Fourier (FSD) dan e) prosedur pencocokan kurva.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Untuk interpretasi spektra FTIR, fungsi-fungsi matematis yang memungkinkan pengidentifikasian berkas-berkas yang overlapping dan perhitungan kuantitatif digunakan.
Sebuah tumor payudara yang sangat langka – muco-karsinoma, ditemukan dalam perjalanan eksperimen. Hanya 8 kasus serupa dari sudut pandang morfologi yang telah dilaporkan dalam literatur sampai saat ini, tetapi belum ada data dari penyelidikan spektra. Pada Gbr. 2, spektrum FTIR rutin untuk kasus klinis ini dipresentasikan.
Jadi jelas, bahkan tanpa pengolahan matematis tambahan, berkas-berkas absorpsi yang baru terlihat. Berkas-berkas ini adalah hasil dari pembentukan muko-glikoprotein. Sudah menjadi tipikal berkas ini bahwa banyak rantai polisakarida yang terikat dengan hanya satu molekul protein dan sebuah kompleks dengan massa molekuler yang tinggi (~ 2-3.106 Da) terbentuk.
Untuk mencapai perbedaan rasio intenstasi puncak yang lebih akurat, pencocokan kurva dilakukan. Prosedur pencocokan kurva menunjukkan ketersediaan perubahan kuantitatif antara jaringan tumor dan jaringan yang sehat. Jaringan yang sehat telah menunjukkan tingkat penataan yang elbih tinggi, sedangkan pada sel tumor, tingkat ketidakteraturan telah diamati. Ini berarti bahwa rasio kuantitatif pada kisaran amida I dari sel sehat dan sel tumor bisa digunakan sebagai sebuah biomarker untuk diagnosis tumor.
KESIMPULAN
Analisis komparatif antara penyelidikian histopatologi dan spektra FTIR dari sel-sel normal dan sel-sel payudara menunjukkan bahwa spektroskopi FTIR merupakan sebuah metode yang terpercaya untuk diagnosis tumor.
Kuantitas lipid yang berkurang (2950, 2850, 1750 cm-1) tanpa perubahan penting dalam hal struktur, diamati dengan tumor konvensional pada spektra FTIR.
Pada kasus muko-karsinoma sebagai konsekuensi pembentukan muko-glikoprotein, berkas karakteristik pada 3400, 1300 cm-1 diamati yang memungkinakn pengidentifikasi sinonimnya dan bisa digunakan sebagai biomarker.
Pada berkas Amida I diamati puncak untuk alfa-heliks, helai-beta, belokan-beta, lilitan acak. Pada semua kasus, perubahan kualitatif yang esensial untuk struktur peptida sekunder bagi sel tumor dan sel normal setelah FSD dan pengolahan turunan tidak ditemukan.
Analisis kuantitatif untuk struktur sekunder pada daerah Amida I menunjukkan rasio alfa-heliks, helai-beta, lipatan-beta, lilitan acak yang berbda. Informasi ini penting dan signifikan untuk diagnosis spektra untuk tingkat keganasan tumor.
Comments
Post a Comment