Investigation of Malignant Melanoma Cancer and Cancer Stem Cells Using Optical Spectroscopy Techniques

Abstract

Kanser kök hücreleri, kök hücre ve progenitör hücrelerdeki akümüle mutasyonlardan kaynaklanan kanser hücrelerinin düşük bir yüzdesini oluşturmalarına rağmen kanserin tekrarından, tedaviye direnç göstermesinden ve metastazından büyük ölçüde sorumludurlar. Malign melanom yaygın bir kanserdir, ve insidansı, mortatalitesi ve morbitesi alarm verici seviyede artmaktadır. Bu çalışmanın amacı kanser kök hücrelerinin malign melanom modeli üzerinde titreşimsel spektroskopi ile incelenmesidir. Titreşimsel spektroskopi moleküllere dair hem nitel hem nicel bilgi verir. Yani hücrelerin biyokimyasal içeriği ve moleküllerin miktarı titreşimsel spektroskopi ile belirlenebilir. Dahası, deney grupları arasındaki ilişkiler ve spektral verinin istatistiksel önemi kaydedilen spektrumlara çok-değişkenli Analiz yöntemleri uygulanarak değerlendirilebilir. Titreşimsel spektroskopi, infrared ve Raman spektroskopileri, hücresel ve diğer biyolojik çalışmalarda yaygın olarak kullanılmaktadır ve başarılı sonuçlar elde edilmektedir. Bu çalışmada, kanser kök hücreleri, kök hücre olmayan kanser hücreleri ve bulk hücre popülasyonu hücreleri infrared ve Raman spektroskopileri ile incelenmiştir ve elde edilen veriler hücre döngüsünün 11, 24, 48 ve 72. saatlerinde çok-değişkenli yöntemlerle analiz edilmiştir. Sonuç olarak, üç grup arasındaki biyokimyasal ve biyofiziksel farklar farklı saatler için belirlenmiş ve hücrelerin hüçre döngüsüne ilişkin bilgiler elde edilmiştir. Bu çalışma titreşimsel spektroskopinin hücre karakterizasyonunda kullanılabileceğini ve çok-değişkenli analizlerle birleştirildiğinde spektrumlardan elde edilen bilginin ciddi ölçüde geliştirilebileceğini desteklemektedir.

Cancer stem cells arising from accumulated mutations in stem cells and progenitor cells are highly responsible for recurrence, resistance to therapy, and metastasis of cancer though they are a small percentage of cancer cells. Malignant melanoma is a common type of cancer and its incidence rate, mortality, and morbidity have increase alarmingly. The goal of this study is to investigate cancer stem cells in malignant melanoma model using vibrational spectroscopy. Vibrational spectroscopy confers both qualitative and quantitative information regarding the molecules which means both biochemical composition of cells and concentrations of biomolecules can be determined with vibrational spectroscopy. Moreover, relationships between the experimental groups and statistical importance of spectral data can be evaluated by applying multivariate analysis methods to collected spectra. Vibrational spectroscopy i.e. infrared and Raman spectroscopy has been widely used in many cellular and other biological studies, obtaining successful results. In this work, cancer stem cells, non-stem cancer cells, and bulk population of cancer cells were analysed with infrared and Raman spectroscopy and recorded data were analysed with multivariate methods at 11th, 24th, 48th, and 72nd hours of cell cycle. As a result, biochemical and biophysical differences between three groups at different hours were determined, and information related to cell cycle of cells were obtained. This study supports that vibrational spectroscopy can be used in the characterization of cells and combined with multivariate analyses information gathered from spectra can be enhanced significantly.