Φασματοσκοπική μελέτη της επίδρασης των ακτινοβολιών στον ανθρώπινο αρθρικό χόνδρο
Authors: Μαυρογένης Ανδρέας 
Published: August 2021

Στην προύσα εργασία χρησιμοποιήθηκε η υπέρυθρη φασματοσκοπία με μετασχηματισμό Fourier σε συνδυασμό με οπτικό μικροσκόπιο υψηλή ανάλυσης και μικροσκόπιο διασποράς SEM (scanning electron microscopy) για την in vitro μελέτη της επίδρασης των ιοντιζουσών ακτινοβολιών στον αρθρικό χόνδρο, τη διεπιφάνεια με το οστούν, και για την προσέγγιση του χημικού μηχανισμού που προκαλείται κατά την ακτινοθεραπεία.Από τις μεταβολές των εντάσεων και τις νέες ταινίες στην περιοχή μεταξύ 4000-2800 cm-1, διαπιστώθηκε ότι οι βλάβες οι οποίες προκαλούνται σε μικρές δόσεις ακτινοβολίας μέχρι 6 Gy είναι οι σχάσεις των δεσμών υδρογόνου των γλυκοζαμινογλυκανών (πολυγλυκάνες, υαλουρονικό οξύ) και των κολλαγονούχων πρωτεϊνών.Τα θραύσματα του κολλαγόνου και υαλουρονικού οξέος αντιδρούν μεταξύ τους με διασταυρούμενο πολυμερισμό σχηματίζοντας προϊόντα στα οποία αποδίδεται η μείωση του ιξώδους των χόνδρων και επομένως η αύξηση της τριβής και τέλος η φθορά των χόνδρων. Τα αποτελέσματα αυτά επιβεβαιώθηκαν με σύγκριση ανάλογων χόνδρων οι οποίοι αφαιρέθηκαν από ασθενείς λόγω οστεοαρθρίτιδας ή άλλης αιτίας βλάβης του αρθρικού χόνδρου και καρκίνου.Οι μεταβολές στην περιοχή του φάσματος μεταξύ 1800-1400 cm-1, όπου εμφανίζονται οι χαρακτηριστικές δονήσεις των κολλαγονούχων πρωτεϊνών έδειξαν την καταστροφή της έλικας από α-έλικα, η οποία επικρατεί στην φυσιολογική κατάσταση, σε τυχαία περιέλιξη μετά την επίδραση των ιοντιζουσών ακτινοβολιών. Με αύξηση της δόσης ακτινοβολίας παράγονται αμυλοειδούς τύπου πρωτεΐνες από τα θραύσματα των πρωτεϊνών που παράγονται, λόγω της επίδρασης των ελευθέρων ριζών υδροξυλίου.Η εμφάνιση της ταινίας στα 1742 cm-1 αποδίδεται στην υπεροξείδωση των μεμβρανών των κυττάρων η οποία προκαλείται από την παρουσία του οξυγόνου, το οποίο, ως ελεύθερη δίριζα συμβάλλει στην περαιτέρω καταστροφή των ιοντιζουσών ακτινοβολιών. Η ταινία χαρακτηρίζει τον σχηματισμό μαλονδιαλδεΰδης, μία ένωση που αποτελεί δείκτη για την εξέλιξη της ασθένειας.Από τις ταινίες στην περιοχή του φάσματος μεταξύ 1400-900 cm-1 όπου εμφανίζονται οι χαρακτηριστικές δονήσεις των ομάδων –C-O-C- των σακχάρων διαπιστώνεται η αύξηση των D-σακχάρων, τα οποία προκύπτουν από την αύξηση των μονομερών. Οι εντάσεις των ταινιών αυτών εξαρτώνται από τη δόση ακτινοβολίας και αυξάνει αναλογικά μέχρι δόσεις περίπου 9 Gy. Πέραν αυτής της δόσης, οι παραγόμενες ελεύθερες ρίζες αντιδρούν περαιτέρω με βασικά βιομόρια και μεταβάλλουν την τοξική επίδραση της ακτινοβολίας.Στην περιοχή μεταξύ 1300-900 cm-1, οι ταινίες του φάσματος των σακχάρων συνυπάρχουν με τις ταινίες των φωσφορικών αλάτων του υδροξυαπατίτη των οστών. Από την μορφή των ταινιών και τις θέσεις των μεγίστων απορρόφησης φαίνεται ο σχηματισμός άμορφου φωσφορικού ασβεστίου [Ca3(ΡΟ4)2] ο οποίος προέρχεται από την αντίδραση των ιόντων ασβεστίου (Ca2+) του υγρού των χόνδρων με τις φωσφορικές ομάδες των φωσφολιπιδίων των κυτταρικών μεμβρανών.Τα FT-IR φάσματα συγκρίθηκαν με φάσματα ασθενών με οστεοαρθρίτιδα και διαπιστώθηκε ότι τα φάσματα παρουσιάζουν ομοιότητες, οι οποίες ερμηνεύονται με μηχανισμούς ελευθέρων ριζών.Η μελέτη της αρχιτεκτονικής των χόνδρων με οπτικό μικροσκόπιο και ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM) έδειξαν ότι η φθορά την οποία προκαλούν οι ιοντίζουσες ακτινοβολίες είναι ίδια με αυτή που προκαλεί η φυσιολογική γήρανση του ατόμου και εκδήλωση οστεοαρθρίτιδας.Τα δεδομένα της μελέτης δείχνουν ότι οι ιοντίζουσες ακτινοβολίες κατά την ακτινοθεραπεία προκαλούν σχάση των αλυσίδων των γλυκοζαμικογλυκανών και κολλαγονούχων πρωτεϊνών, οι οποίες οδηγούν σε μη αντιστρεπτές βλάβες. Οι παρατηρήσεις αυτές δείχνουν ότι θα πρέπει να αναπτυχθεί νέα σειρά θεραπευτικού σχήματος για την αντιμετώπιση των βλαβών, οι οποίες προκαλούνται στα υγιή κύτταρα τα οποία ακτινοβολούνται παράλληλα με τα παθολογικά.