پژوهش درپزشکي ) مجله پژوهشي دانشکده پزشکي) دانشگاه علوم پزشکي و خدمات بهداشتي درماني شهيد بهشتي دوره ٢٩ شماره ٤ زمستان ٨۴ صفحات ٣٧٩ تا ۳۸۶ Review Article Downloaded from pejouhesh.sbmu.ac.ir at 10:56 +0430 on Thursday September 20th 2018 مروري بر طيف سنجي مادون قرمز و كاربرد ا ن در علوم پزشكي دكتر سيد فرشاد حسيني شيرازي دکتر انسيه فرهادي دکتر نيکي وکيلي ظهير* * گروه سمشناسي و داروشناسي دانشكده داروسازي دانشگاه علوم پزشكي شهيد بهشتي چكيده طيفسنجي مادون قرمز با تبديل فورير (FTIR) Fourier transform infrared ابزاري قدرتمند براي مطالعات بيولوژيک است. از جمله مزيتهاي طيفسنجي مادون قرمز (IR) امكان استفاده از ا ن براي انواع نمونهها در حالتهاي مختلف فيزيکي است. تاكنون ويژگيهاي سيستمه يا سازنده بيولوژيک از جمله پروتي ينها ليپيدها غشاءهاي بيولوژيک کربوهيدراتها داروها و... بوسيله طيفسنجي IR مورد مطالعه و شناسايي قرار گرفتهاند. در اين مقاله با اصول اين تكنيك و پيشرفتهاي اخير در استفاده از ا ن در علوم پزشكي ا شنا خواهيم شد. واژگان كليدي: طيف سنجي مادون قرمز پزشکي. ١ مقدمه در اين مقاله پس از مقدماتي مختصر با منطق كاربرد طيفسنجي مادون قرمز با تصحيح فورير بر نمونههاي بيولوژيك و كاربردهاي پزشكي ا ن ا شنا ميشويم. كاربرد طيفسنجي بر نمونههاي شيميايي و خالص دير زماني است كه جاي مسلم و انكارناپذيري در تحقيقات داشته و هنوز نيز اساس شناسايي و تاييد حضور مواد گوناگون محسوب ميگردد. عليرغم كاربرد درازمدت طيفسنجي مادون قرمز در علم شيمي تنها چند دهه انگشتشمار از استفاده ا ن برروي نمونههاي بيولوژيك ميگذرد. پيچيدگي و سو الات بسياري كه در تفسير نتايج اين كاربرد مطرح بوده و هست بكارگيري متعارف از طيفسنجي مادون قرمز در مطالعات بيولوژيك را با سختي روبرو ساخته است. اين فقر دسترسي به اطلاعات تا حدي است كه تنها بخشهايي از طيف پيوسته مادون قرمز سلولهاي بيولوژيك شناسايي بررسي و مورد تفسير قرار ا درس نویسنده مسي ول: تهران دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی دانشکده داروسازی صندوق-پستی 14155-6153 دکتر سید فرشاد حسینی شیرازی Dr_fshirazi@yahoo.com) (email: تاریخ دریافت مقاله: 1383/9/1 تاریخ پذیرش مقاله: 1384/9/6 گرفتهاند. اغلب اين تفاسير با استفاده از بررسي مدلهاي طراحي شده بيومولكولهاي سلولي در محيطهاي مجزا ا نگاه ردگيري طيفهاي حاصل در مدلهاي پيچيدهتر شبه سلولي سلولي و در نهايت بافتي بوده است (به سير مطالعات اراي ه شده در اين مقاله توجه شود). از سوي ديگر تعداد مراكز و محققيني كه در دنياي علم اين روش اميدواركننده را بعنوان علاقه تحقيقاتي خود برگزيدهاند محدود است. بدين ترتيب انتخاب اين روش تحقيقاتي براي پژوهشگران از سويي بسيار اميدواركننده و از سوي ديگر جسورانه و با ا گاهي از مشكلات بسيار و نياز به كار فراوان و تلاش خستگيناپذير محسوب ميگردد. از جمله مشكلات و درگيريهاي جدي اين روش پيچيدگي سيستمهاي بيولوژيك و انباشتگي و تنوع بيومولكولهاي يك سلول يا نمونه بافتي است. اين دشواري ماحصل طيف مادون قرمز نمونههاي بيولوژيك است كه از ريزلرزشهاي پيوندهاي شيميايي بسيار و متنوع حاصل ميا يد. ا نچه دست مايه تلاش و اميد محققين اين راه بوده و هست نتايج دقيق سريع و فارغ از سليقههاي شخصي استفاده از FTIR در حيطههاي گوناگون
ي م ي م ي م Downloaded from pejouhesh.sbmu.ac.ir at 10:56 +0430 on Thursday September 20th 2018 ٣٨٠/ مجله پژوهش در پزشکي علمي است كه پس از عبور از سختيهاي شناسايي طيف نمونههاي بيولوژيك مورد نظر حاصل خواهد ا مد. يكي از ميدانهاي بسيار اميدواركنندهاي كه محققين را به كاربرد از طيفسنجي مادون قرمز طلبيده شناسايي بيماريهاست كه سرعت و دقت بالايي را ميطلبد. از ا نجا كه در بسياري از مواقع درمان در بيماري سرطان حكم "نوشدارو پس از مرگ سهراب است" شناسايي سريع و بدون شك و ترديد اين بيماري بسيار حياتي و بااهميت است. بدين ترتيب درصد بسيار بالايي از تحقيقات كاربردي براي استفاده از طيفسنجي مادون قرمز در نمونههاي بيولوژيك مختص به تحقيقات سرطانشناسي است. تمايل محققين طيفسنج ا ن است كه مابين پيچيدگيهاي سردرگمكننده طيف مادون قرمز بيومولكولهاي سلولي و بافتي تغييرات مولكولي دخيل در ابتلاي به سرطان را جستجو رديابي و مفهومدهي نمايند. از ا نجا كه انواع عوامل سرطانزا قادر به ايجاد تحريكات سرطاني در سلولهاي گوناگون هستند يافتن تغييرات استاندارد و مشخصي كه رديابي ا سان تغييرات بيومولكولهاي سلولي و اثبات كاربرد دستگاه طيفسنج در فرا يند تشخيص سرطان را مسجل نمايند ضروري است. اين همان سي وال اساسي باقيمانده براي كاربرد وسيع و متداول طيفسنجي مادون قرمز در تشخيص بيماريهاي بدخيم و تهديدكننده انساني است. شناسايي پروتي ينها چربيها و اسيدهاي نوکلي يک در اين قسمت پارهاي از كاربردهاي دستگاه FTIR در شناساييهاي نمونههاي بيولوژيك مورد بحث قرار ميگيرد طيف سنجي مادون قرمز.(۱-۵) جدول ۱- پيكهاي FTIR مربوط به ساختار ا ميدي پپتيدها گروه کششي N-H ماهيت ارتعاشات ٨٠ %گروه کششي %١٠ C=O گروه کششيC-N و ١٠ %گروه خمشيN-H عدد موج تقريبي( (cm- ١ ٣٣٠٠ و ٣١١٠ ١٦٥٣ ١٥٦٧ ١٢٩٩ ٦٠ %گروه خمشي ٤٠ N-H %گروه کششي C-N ٣٠ %گروهکششي ٣٠ C-N %گروهخمشيN-H ١٠% گروه - کششي ١٠ C=O %گروهخمشي O=C-N ٢٠% ديگر گروهها ٤٠ %گروه خمشي ٦٠ O=C-N %ديگر گروهها گروه خمشيN-H گروه خمشي C=O گروه چرخشي C-N پروتي ينها و پپتيدها: عموما طيف مادون قرمز پروتي ينها با مشاهده پيكهاي مربوط به گروه ا ميد مشخص ميشود. در جدول ۱ محلهاي مربوط به پيك اين ساختمان در طيف مادون قرمز فهرست شده است. شاخصترين طيف در شناسايي ساختمان دوم پروتي ينها در محيط ا بي باند ا ميد I است که معمولا در محدوده 1-۱۶۰۰-۱۷۰۰cm ظاهر ميشود. باند ا ميد I با %۸۰ ارتعاشات کششي C=O که متصل به N-H خمشي داخل صفحهاي و کششي C-N باشد شناسايي ميشود. فرکانس دقيق اين ارتعاشات وابسته به ماهيت باندهاي هيدروژني ناشي از گروههاي C=O و N-H است که بويژه با ساختمان دوم پروتي ينها ارتباط دارد. بطورکلي پروتي ينها از پليپپتيدهايي با کنفورماسيونهاي متفاوت تشکيل ميشوند بدين ترتيب باند ا ميد مشاهده شده ا ميختهاي پيچيده از اجزاء تداخلي گوناگون است که ساختارهاي Random coil β-structure α-helix و پيچها را معرفي ميکند. جدول ۲ محدودههاي عدد موجي خاصي از مادون قرمز را كه در ارتباط با اين ساختارها شناسايي شدهاند فهرست نموده است. جدول ٢ -موقعيتباند ا ميد I ساختمانه يا تعيين ساختار عددموج -1 cm ١٦٢١-١٦٢٧ ١٦٢٨-١٦٣٤ ١٦٣٥-١٦٤٠ ١٦٤١-١٦٤٧ ١٦٥١-١٦٥٧ ١٦٥٨-١٦٦٦ ١٦٦٨-١٦٧١ ١٦٧١-١٦٧٩ ١٦٨١-١٦٨٥ ١٦٨٧-١٦٩٠ ١٦٩٢-١٦٩٦ β-stracture β-stracture β-stracture Random coil α-helix Turns & bends Turns & bends β-stracture Turns& bends Turns & bends Turns & bends دوم پروتي ينها پيك ا ميد II که %۶۰ ا ن از گروههاي خمشي N-H و %۴۰ ديگر از گروههاي کششي C-N تشكيل شدهاست با ساختمان دوم پروتي ينها ارتباط دارد. بعضي از پيكهاي مشاهده شده در گستره مربوط به پروتي ينها را به اسيدهاي ا مينه خاصي ارتباط دادهاند كه بررسي ساختار پروتي ينها در نمونههاي بيولوژيك را راحتتر ميسازد. در جدول ۳ گروهي از اين برداشتها ا مده است. بعنوان مثال مشاهده پيك ا ميد I درحضور پيکي در موقعيت 1-۱۴۶۵cm که مربوط به گروه خمشي CH 2 باشد اسيد ا مينه ا لانين را معرفي نمايد. ٦٢٧ ٧٢٥ ٦٠٠ ٢٠٠
ي م ي م Downloaded from pejouhesh.sbmu.ac.ir at 10:56 +0430 on Thursday September 20th 2018 دکتر سيدفرشاد حسيني شيرازي و همکاران / ۳۸۱ دوره ۲۹ شماره ۴ زمستان ۸۴ جدول ٣ - ارتباط بعضي از پيكهاي ناحيه ا ميدي با اسيدهاي ا مينه خاص گروه تعيين کننده عددموج -1 cm ١٤٦٥ ١٤٥٠ ١٣٧٥ ١٢٥٠-١٣٥٠ ١٧٢٠ گروه خمشي CH 2 خمشي نامتقارن CH 3 خمشي متقارن CH 3 تغيير شکل O-H کششي C=O کششي نامتقارن - 2 CO ١٥٦٠ ١٤١٥ ١٦٥٠ ١٦١٥ ١٥٥٠-١٤٨٥ و ١٦١٠-١٦٤٠ - کششي متقارن CO 2 کششي C=O NH 2 خمشي + تغيير شکل NH 3 NH 3 Rocking ارتعاشات حلقه ارتعاشات حلقه ١١٠٠ و ١١٦٠ ١٤٥٠ ٧٦٠ ٧٠٠ و ١٦٠٢ ١٤٥٠ و ١٦٠٠ اسيد ا مينه ا لانين والين لوسين سرين اسيدا سپارتيک اسيد گلوتاميک اسيد گلوتاميک اسپارژين گلوتامين ليزين ليزين فنيل ا لانين تيروزين جدول ٤- موقعيتهاي شناخته شده مربوط به چربيها کششي =C-H گروه ساختاري کششي نا متقارن CH 3 موقعيت عدد موج 1- cm ٣٠١٠ ٢٩٥٦ ٢٩٢٠ ٢٨٧٠ ٢٨٥٠ ١٧٣٠ کششي نامتقارن CH 2 کششي متقارن CH 3 کششي متقارن CH 2 کششيC=O خمشي نامتقارن + N (CH 3 ) 3 CH 2 Scissoring ١٤٨٥ خمشي نامتقارن CH 3 ١٤٦٣ و ١٤٦٨ و ١٤٧٢ و ١٤٧٣ ١٤٦٠ ١٤٠٥ ١٣٧٨ ١٤٠٠-١٢٠٠ ١٢٢٨ خمشي متقارن + N (CH 3 ) 3 خمشي متقارن CH 3 CH 2 wagging band progression کششي نامتقارن - 2 PO کششي نامتقارنCO-O-C ١١٧٠ ١٠٨٥ کششي متقارن - 2 PO کششي متقارنCO-O-C ١٠٧٠ ١٠٤٧ ٩٧٢ کششي C-O-P کششي نا متقارن + N (CH 3 ) 3 کششي نامتقارنPO CH 2 rocking چربيها: فسفوليپيدها چربيه يا غيرقطبي ٨٢٠ ٧١٨ و ٧٢٠ و ٧٣٠ دو لايهاي با سرهاي قطبي ودمهاي باشند. طيف IR ا نها ناشي از ارتعاشات ملکولهاي دم هيدروکربني درون سطحي و گروههاي قطبي سر ميباشد. بيشترين ارتعاشات شديد مادون قرمز اين مولكولها مربوط به ارتعاشات کششي CH 2 در ناحيه 1-۲۸۰۰-۳۱۰۰cm و کششي متقارن و نامتقارن CH 2 در 1- cm ۲۸۵۱-۲۹۲۰ باشد. بيشتر باندهاي قوي اين گروه در عددموج 1-۷۲۰cm ديده ميشود که با باندهاي قوي H 2 O تداخل دارند. در نتيجه مشاهده طيف چربيها با استفاده از ترفندهاي محاسباتي خاص و يا در محيط D 2 O ضرورت مي يابد. جدول ۴ موقعيتهاي پيكهاي مربوط به چربيها را فهرست نمودهاست. اسيدهاي نوکلي يک: طيف مادون قرمز اسيدهاي نوکلي يک به پيكهاي حاصل از قسمتهاي گوناگون باز قند و گروه فسفات اين مولكولها مربوط ميشود. جدول ۵ مهمترين پيكهاي معرفي شده براي اين ساختار بااهميت بيولوژيك را فهرست كردهاست جدول ٥- پيكهاي مادون قرمز معرفي شده در ارتباط با کششي کششي کششيO-H کششيNH2 اسيدهاي نوكلي يك گروه ساختاري عدد موج 1- cm NH2 نامتقارن NH2 متقارن ٣٥١٢ و ٣٥٤٠ ٣٤٣٦ و ٣٤٥٦ ٣٣٣١ ٣٢١١ ٣١٤٥ کششي CH کششي NH کششي CH2 ٣٠٢٨ و ٣٠٨٨ ٢٩٨٧ ١٦٩٢ کششي C=O کششي C=C و C-N ١٥٩٧ ١٥٣٥ ١٤٧٩ ١٣٥٨ کششي C=OوC-N خمشي C-H وکششي C-N ارتعاشات حلقه پيريميدين کششي C-N و خمشي C-H کششي PO32- کششي PO کششي حلقه تغيير شکل N-H خارج صفحهاي تغيير شکل حلقه پيريميدين ١٢٠٤ و ١٢٣٤ ٩٧٢ و ١٠٧٠ ٨٠٥ ٧٨٠ ٦٢٠ ٥٢٥ کاربرد FTIR در علوم پزشكي: تشخيص حالات پاتولوژيك سرطان سرويكس: سرطان سرويكس از جمله بيماريهايي است كه باعث نگراني عميق انسان شده و تاثيرات فيزيولوژيك و رواني ا ن بر بيمار و خانواده وي تغييرات عمده و مهمي درزندگي و رفتار وي ايجاد ميكند. س رطان سلولهاي
ه ب ر ب Downloaded from pejouhesh.sbmu.ac.ir at 10:56 +0430 on Thursday September 20th 2018 ٣٨٢/ مجله پژوهش در پزشکي سنگفرشي سرويكس اولين سرطان شايع در زنان دنيا و اولين علت مرگ زنان جوان در كشورهاي جهان سوم ميباشد. درحال حاضر تست سيتولوژيك معرفي شده توسط ا قاي ژرژ پاپانيكولاي و در سال ۱۹۲۰ (پاپ اسمير) تكنيك غربالگري و تشخيص مورد قبول جوامع پزشكي ميباشد. گزارشات حاكي از ا ن است كه حتي با وجود بهترين شرايط ا زمايشگاهي تا حدود %۲۰ نتايج منفي کاذب پاپ اسمير در جوامع گوناگون جهان محتمل است كه حدود يك سوم اين موارد به اشتباهات ا زمايشگاهي و مابقي معلول عدم دقت در تهيه نمونه و ناكافي بودن اسمير ميباشد. عدم تهيه نمونه سلولي كافي و مناسب ميتواند تا حدود ۵۵- %۶۰ موارد منفي كاذب را ايجاد نمايد. اگرچه پاسخ منفي كاذب پاپ اسمير معظل جديدي نبوده و مدت مديدي است كه تحت مطالعه و بررسي قرار دارد اما اخير ا اين موضوع مورد توجه و اهميت بيشتر مراجع اجتماعي و پزشكي قانوني قرار گرفته است. اين مهم به تلاش در يافتن روشهاي ديگر دستگاهي براي شناسايي سرطان سرويكس انجاميده كه تحقيقاتي از اين قبيل در سطح جهان دردست انجام است. چند سالي است كه FTIR به عنوان جايگزين مناسبي براي اين تست پيشنهاد گرديده است. شكل ۱ تغييرات طيف FTIR نسبتهاي گوناگون سلولهاي نرمال و سرطاني را به نمايش گذاشته و تاييد استفاده از طيف مادون قرمز سلولهاي بافتهاي انساني براي تشخيص سرطان را نشان ميدهد (۶). طيف سنجي مادون قرمز حضور سلولهاي پليمرف س رويکال ستوني سلولهاي متاپلاستيک موکوس سرويکال و سلولهاي خو ين به همراه سلولهاي اکسفوليتيد تفسير طيف را دچار اختلال و نتايج را به صورت منفي کاذب نمايش ميدهد که اين مشكل بكمك روش تصحيحي تفريق پيکها (Subtraction) و حذف اثر فاکتورهاي مزاحم تصحيح شده و بدين ترتيب FTIR را به عنوان روشي تکرارپذير و حساس در مقايسه با تست پاپ اسمير در تشخيص سرطان مطرح کردهاست (۷). مقايسه نتايج بررسيهاي پاتولوژيك با بررسيهاي طيفسنجي در ۱۵۶ مورد نمونه بافت سرويكس در بيمارستان Civic اوتاوا درکانادا (۸) و ۲۷۵ مورد نمونه بافتي سرويكس در بيمارستان Chulalongkovn تايلند انجام شده است (۹). در بررسي انجام شده در تايلند ۱۹۷ نمونه نرمال و ۱۰۸ نمونه غيرنرمال بدست ا مدهاند. شكل ۲ تفاوتهاي طيفي نمونههاي سالم و ناسالم در روش FTIR كه در اين مطالعه بدست ا مده را نمايش داده است. بررسيهاي ا ماري حاكي از ا ن است كه روش FTIR در مقايسه با نتايج پاتولوژيك از ۹۶/۳% حساس يت و ۹۶/۴% اختصاصيت برخوردار بوده است. همچنين در مقايسه اين دو روش درصد جوابهاي منفي و مثبت كاذب روش FTIR به ترتيب ۳/۷ و ۳/۶ درصد بوده است كه به نسبت نتايج معمول و گزارش شده براي پاپ اسمير از ارجحيت مقبولي برخوردارند. شکل ١- طيف جذب عبوري FTIR باندهاي کششي C-O در ناحيه 1- cm ١١٨٤-١١٤٨. در اين شکل سه طيف گوناگون از سه نمونه مختلف بافت کلون که حاصل اختلاط بافت سالم و سرطاني با درصدهاي گوناگون است روي يکديگر قرار داده شده تا قدرت افتراق FTIR در تشخيص سرطان به نمايش گذارده شود (محور X طول موج جذبي و محور Y معرف ميزان جذب در ا ن طول موج است). شكل ٢- تفاوتهاي طيفي نمونههاي سالم و ناسالم بافت رحم انساني بكمك روش. FTIR اين طيف از نمونهه يا کارسينوم اندومتريوم و سلولهاي دهانه رحم تهيه شده و تغييرات طيف FTIR نمايش ميگذارد روش جذب عبوري براي بافتهاي گوناگون را به سرطان پروستات: بکارگيري روشي خاص تحت عنوان (PCA/FTIR) Principal components analysis محققين را
Downloaded from pejouhesh.sbmu.ac.ir at 10:56 +0430 on Thursday September 20th 2018 دوره ۲۹ شماره ۴ زمستان ۸۴ قادر به تجزيه اجزاء اصلي طيف FTIR و رسم ا ن بصورت نقاطي در فضا نموده است. از اين تکنيک براي بررسي تغييرات ساختار DNA در هيپرپلازي خوشخيم پروستات (BPH) و ا دنوکارسينوما در مقايسه با DNA پروستات سالم استفاده شدهاست. تغييرات محيط سلول از جمله افزايش راديکالهاي ا زاد منجر به تغيير حرکات ارتعاشي و چرخشي گروههاي عملکردي DNA شده که به تغيير موقعيت فضايي نقاط نمايشگر DNA روي طيف منتهي ميگردد (شكل ۳). اين تغييرات براي پيشبيني روند پيشرفت بافت سالم به هيپرپلا يز گرفته است (۱۰). خوشخيم يا سرطان پروستات مورد استفاده قرار شناسايي عملكرد گيرندههاي سلولي طيفسنجي FTIR براي بررسي واكنش گيرندههاي سلولي با مواد ناقل شيميايي هورمونها و داروها مورد استفاده قرار گرفته است. گيرندههاي استيلكوليني در غشاء سلولهاي عصبي و همچنين عضلاني شناسايي شده است و محل اثر استيلكولين و بسياري از داروها يا سموم ميباشد. فعاليت اين گيرندهها برمبناي اتصال مولكول استيلكولين و داروها يا سموم مشابه با اسيدهاي ا مينه خاصي در پروتي ينهاي α هليكس كانالهاي گيرنده استيلکوليني غشاء سلول ميباشد. دکتر سيدفرشاد حسيني شيرازي و همکاران / ۳۸۳ اين اتصال به تغييرات كنفورماسيوني خاصي در گيرنده ميانجامد كه به انتقال سيگنال به سوي سيتوپلاسم منجر ميگردد (۱۱). Baenzigeer John و همكارانش به بررسي اين تغييرات كنفورماسيوني در گيرندههاي استيلكوليني نيكوتيني پس از برخورد با استيلكولين و همچنين ا گونيست و ا نتاگونيستهاي مربوطه پرداختهاند (شكل ۴). درطي اين تحقيقات طيفسنجي FTIR بعنوان روشي مناسب براي بررسي و شناخت تغييرات مولكولي گيرندهها در اشكال استراحت و يا فعال معرفي شده است. اين تحقيقات نحوه تغييرات فضايي و نقش كليدي اسيدهاي ا مينه تيروزين و گروههاي كربوكسيل اسيدهاي ا مينه ا سپارژيك و گلوتامين در تغيير شكل حالات استراحت و فعال گيرندههاي نيكوتيني استيل كولين را به اثبات رسانيده است (۱۲). شكل ٣- بکارگيري روش Principal components (PCA/FTIR) Analysis در تجزيه طيف FTIR و رسم ا ن بصورت نقاطي در فضا براي بررسي تغييرات ساختار DNA در هيپرپلازي خوشخيم پروستات (BPH) و ا دنوکارسينوما و همچنين مقايسه ا ن با DNA پروستات سالم. طيفFTIR مربوطه به کمک ميکروسکوپ ATR تهيه شده و ا نگاه پس از بررسي و پردازش کامپيوتري دادهها تقسيمبندي طيفها صورت گرفته و پراکندگي طيف بر حسب محاسبات کامپيوتري بعنوان مشخصه افتراق سالم و نرمال به نمايش درا مده است شكل ٤- طيفهاي FTIR حاصل از گيرندههاي استيلكوليني كه تغييرات كنفورماسيوني اين گيرندهها در پي تاثير كارباکولين (Carb) استيل ك ولين (Ach) و همچنين مشتق نشاندار استيلكولين (18O-Ach) را به نمايش ميگذارد. اين طيفها ماحصل روش FTIR عبوري Transmission بروي گيرنده هاي استيل کوليني در محيط N 2 بجاي هوا ميباشند. گيرندهه يا استيلکوليني در محيط مغذي قرار گرفته و ا نگاه به تناوب مواد شيميايي فوقالذکر از روي ا نها عبور داده شدهاند. امکان افتراق حالات استراحت و فعال گيرنده نيز بکمک دستگاه FTIR مشاهده ميشود.
Downloaded from pejouhesh.sbmu.ac.ir at 10:56 +0430 on Thursday September 20th 2018 ٣٨٤/ مجله پژوهش در پزشکي شناخت تداخل داروها و سموم با بيومولكولهاي سلولي سيسپلاتين: سيسپلاتين يکي از داروهاي پرمصرف در درمان انواعي از سرطانها از جمله تخمدان سروگردن پستان و لنفوماي كودكان ميباشد. مطالعات اوليه بكمك دستگاههاي NMR و تفرق اشعهايكس واكنش اين تركيب با DNA سلول را به اثبات رسانيده است. مطالعات اخير نيز كه به كمك تايميدين راديواكتيو و همچنين الكتروفورز ژل انجام شدهاند تاثير اين تركيب در جلوگيري از سنتز DNA و همچنين القاء ا پوپتوز و شكست DNA را به اثبات رسانيده است( ۱۳ ). سي وال باقيمانده فرا يندهاي شيميايي داخل سلولي است كه پس از ورود دارو به سلول روي داده و به اثرات سلولي فوق ميانجامد. جهت بررسي مولكولهاي هدف داخل سلولي و تعيين ماهيت واکنشهاي شيميايي سيسپلاتين با اين مولكولهاي داخل سلولي از FTIR استفاده شده است. بدين منظور الگوي طيف FTIR سلولهاي سرطان تخمدان (OV-2008) تعيين و ا نگاه تغييرات الگوي طيف سلولهاي سرطاني فوقالذكر در سه ناحيه طيفي مربوط به DNA پروتي ين و دولايه ليپيدي غشاء سلول پس از برخورد با سيسپلاتين مورد بررسي قرار گرفت. جابجايي پيک گروههاي شيميايي گوناگون سلول به فرکانسه يا بالاتر پس از واکنش با اتم مرکزي پلاتين در اين دارو راهنماي اصلي استفاده از طيف سنجيFTIR در سلولهاي سرطان تخمدان بودهاست. جابجايي به فرکانس بالاتر مويد نياز به انرژي بيشتر براي ارتعاش پيوند شيميايي مربوطه پس از واکنش با دارو است. بررسيهاي فوق واكنش سيسپلاتين با بيومولكولهاي سلولي زير را به اثبات رسانيده است: طيف سنجي مادون قرمز باندهاي کششي متقارن- PO 2 اسيدهاي نوکلي يک هسته سلول ارتعاشات ناشي از گروههاي فسفودياستراز اسيدهاي نوکلي يک هسته سلول باند کششي گروههاي C-O اسيدهاي ا مين ه سرين و تيروزين پروتي ينهاي سلول باند α-helix مربوط به ساختمان ثانويه پروتي ينهاي سلولي باند کششي گروه C=O متصل به C-N مربوط به ناحيه ا ميدي I در پروتي ينهاي سلولي با توجه به اين يافتهها مراکز تا ثير دقيق سيسپلاتين در سطح بيومولكولهاي سلولي شناسايي شده و مويد ا ن است كه سيسپلاتين با DNA و پروتي ينه يا سلول واكنش ميدهد ليكن هيچگونه تغييري در ساختار دولايه چربي غشاء سلولي ايجاد نمينمايد. شكل ۵ طيفهاي FTIR حاصل از اين تحقيق را نشان ميدهد (۱۴). الف ب شكل ٥- تغييرات طيف FTIR عبور جذبي سلولهاي سرطان تخمدان انساني (OV-2008) رشد داده شده در محيط DMEM/F12 با ١٠% FBS پس از برخورد با غلظتهاي گوناگون داروي سيسپلاتين: الف) ناحيه مربوط به دولايه ليپيديغشاءسلولي در محدوده طيفي 1-٢٨٠٠-٣٠٠٠cm که هيچگونه تغيير قابل توجهي را نشان ندادهاست ب) ناحيه مربوطبهپروتي ينهايسلوليدرمحدودهطيفي -1 cm ۱۶۰۰-۱۷۰۰ که تغيير كنفورماسيوني اين پروتي ينها پس از برخورد با سيسپلاتين را به نمايش ميگذارد تحقيقات انجام شده توسط شيرازي و همکاران در دانشگاه علوم پزشكي شهيد بهشتي به مقايسه طيف FTIR سلولهاي سرطاني تخمدان انساني 2780-A قبل و پس از برخورد با سيسپلاتين پرداخته و به اطلاعاتي در معرفي پيكهاي نشانگر براي برخورد دارو با سلولهاي توموري انجاميده است.
Downloaded from pejouhesh.sbmu.ac.ir at 10:56 +0430 on Thursday September 20th 2018 دکتر سيدفرشاد حسيني شيرازي و همکاران / ۳۸۵ دوره ۲۹ شماره ۴ زمستان ۸۴ اين نتايج همچنين استفاده از طيفسنجي مادون قرمز براي شناسايي اثرات درماني و يا سميت داروها در سلولها را معرفي نموده است. پيكهاي نشانگر مورد بحث از انجام يكسري معادلات رياضي بر روي طيف FTIR بمنظور كسب منحني دوز-پاسخ حاصل شده و با روشي سريع و ساده اطلاعات فارماكولوژيك و توكسيكولوژي كمي را فراهم ا ورده است.(۱۵) متوميلا ميد: متوميلا ميد يک ا فتکش کارباماتي با سميت بالا ميباشد. براي شناسايي و تشخيص ماهيت واکنش اين سم با سلول از FTIR استفاده شده است. Suramana و همكارانش براي اين منظور از داروي کلشيسين که يک عامل مختلکننده ميکروتوبولهاي سلولي است استفاده نمودهاند. داروي ا لكيلهكننده ميتوماسينسي به عنوان استاندارد مقايسه با متوميلا ميد مورد استفاده قرار گرفته است. در اين تحقيقات طيف سلول طحال موش بعد از برخورد با هر يک از مواد فوق مورد مطالعه قرار گرفته و نواحي متغير طيف مورد بررسي واقع شده است. برحسب اين بررسيها واكنش متوميل بر روي پيوندهاي شيميايي بيومولكولهاي سلولي زير به اثبات رسيده است: باندهاي کششي C=O خمشي N-H و کششي C-N که مربوط به باند ا ميد I پروتي ينهاي سلولي است باند خمشي N-H وکششي C-N که مربوط به باند ا ميد II پروتي ينهاي سلولي است باندهاي ا ميدي I و II که مويد تغييرات كنفورماسيوني α-helix پروتي ينهاي سلولي است باندهاي کششي متقارن - 2 PO اسيد نوکلي يک هسته سلول ارتعاشات گروهه يا سلولي فسفودياستراز اسيد نوکلي يک داخل همانطور كه در شكل ۶ ا مده است برحسب اين مطالعات مراکز تا ثير متوميل ا ميد بر DNA و بخصوص پروتي ينهاي سلولي گزارش شده است (۱۶). شكل پروتي ينه يا ٦- طيفسنجي FTIR تا ثير متوميلا ميد بر DNA و سلولي را به اثبات ميرساند. اين شکل ماحصل جذب FTIR انعکاسي سلولهاي طحال موش در باند ا ميد (محدوده 1- (١٦٠٠-١٧٠٠cm پس از برخورد با ۸mg/kg متوميل و ۶mg/kg کلشيسين بوده و در حقيقت قدرت FTIR در شناسايي تاثير متوميلا ميد بر DNA و پروتي ينه يا سلولي را به اثبات ميرساند نتيجهگيري با همه اين تفاسير و بررسي تحقيقات جاري و همچنين اميدواري محكمي كه انستيتوي سرطان ا مريكا (NCI) و همچنين مركز ملي تحقيقات كانادا (NRC) و بسياري از مراكز معتبر و بزرگ تحقيقاتي دنيا به كاربرد از طيفسنجي مادون قرمز براي اهداف پزشكي دارند دورنماي استفاده از روش ا سان دقيق و منطقي طيفسنجي مادون قرمز بسيار روشن بوده و پيشبيني نقاط عطف ديگري در يافتههاي پزشكي بكمك اين روش دور از انتظار نخواهد بود. REFERENCES 1. Stuart B, editors. Biological applications of infrared spectroscopy. University of Greenwich,Wiley & Sons, 1997..٢ شفيعي عباس (مولف). كروماتوگرافي و طيف سنجي. چاپ اول تهران انتشارات دانشگاه تهران ١٣٧٣ صفحه ١٢٩. 3. Lambert JB, Shurvell HF. Introduction & experimental methods. In: Betsy A, editor. Organic structural spectroscopy. New Jersey, Prentice Hall, 1998;p:159-65..٤ اسلام پور رضا حسنپور مسعود. در ترجمه مباني طيف سنجي مولكولي بنول ك.ن. (مولف). چاپ اول. موسسه چاپ و انتشارات ا ستان قدس رضوي ١٣٦٧ صفحات ١٣٧-٩٣.
Downloaded from pejouhesh.sbmu.ac.ir at 10:56 +0430 on Thursday September 20th 2018 ٣٨٦/ مجله پژوهش در پزشکي طيف سنجي مادون قرمز 5. Gunzler H, Gremlich HU. Special sample techniques. In: Blumich MJ, editor. IR spectroscopy. Weinheim, Wiley VCH, 2002;p:125-40. 6. Parkin DM, Pisani P, Ferlay J. Global cancer statistics. Can Cancer J Clin 1999;49:33-64. 7. Wong PTT, Senterman MK, Jackle P, Wong RK, Slib S, Campbell CE, et al. Detailed account of confounding factors in interpretation of FTIR spectra of exfoliated cervical cells. Biopolymers (Biospectroscopy) 2002;67:376-86. 8. Wong PTT, Wong RK, Caputo TA, Godwin TA, Rigaz B. Infrared spectroscopy of exfoliated human cervical cells: Evidence of extensive structural changes during carcinogenesis. Proc Natl Acad Sci USA 1991;88:10988-92. 9. Sindhuphak R, Issaravanich S, Udomprasertgul V, Srisookho P, Warakamin S, Sindhuphak S, et al. A new approach for the detection of cervical cancer in Thai women. Gynecol Oncol 2003;90:10-4. 10. Mallins DC. Model of DNA structure achieve almost perfect discrimination between normal prostate, benign prostate hyperplasia and adenocarcinoma have high potential for predicting BPH and prostate cancer. Proc Natl Acad Sci USA1997;94:259-64. 11. Novère NL, Grutter T, Changeux JP. Models of the extracellular domain of the nicotinic receptors and of agonistand Ca2+-binding sites. Proc Natl Acad Sci USA 2002;5(99):3210 5. 12. Baenziger JE, Miller KW, Rothschild KJ. Fourier transform infrared difference spectroscopy of the nicotinic acetylcholine receptor: Evidence for specific protein structural changes upon desensitization. Biochemistry 1993;32:5448-54. 13. Andrews PA, Howell SB. Cellular pharmacology of cisplatin: Perspectives on mechanisms of acquired resistance. Cancer Cells 1990;2:35-43. 14. Shirazi FH. Interaction of cisplatin with cellular macromolecules. Iranian Journal of Pharmaceutical Research 2003;11-15. 15. Shirazi FH, Vakili N, Abdi K, Molepo M, Goel R. Marker peaks for the assignment of cisplatin effectiveness on tumor cells using Fourier transformed Infra-red spectgroscopy. 9 th ISPCC, New York, Oct. 2003. 16. Suramana T. Shift in FTIR spectrum patterns in methomyl exposed rat spleen cells. The science of the total environmental 2001; 270:103-8.