Επίδραση των ακτινοβολιών στην γήρανση των οστών: ο ρόλος των ελευθέρων ριζών

Abstract

The study of the disease of bones and their cure is directly related with the use of radiation. It well known that the radiation therapy alone or in combination with chemotherapy it is often used to cope with the cancer of the bones. It has also been observed that the cancers of the bones are habitually localized and as such the application of radiation as a means of treatment is feasible: very often is the only choice.However, during radiotherapy both cancer cells are irradiated. It is thus imposed the study of the influence of radiation on the bones at a molecular level, in order to find a way to diminish the dose of radiation which will correspond only the destruction of the cancers cellsThe methods employed in this study were the FT-IR and synchrotron-micro-FT-IR infrared spectroscopy in connection with the SEM analysis (Scanning Electron Microscopy), which are powerful techniques for the study of the effect of radiation on the molecular structure and morphology of bones.The study contains samples from the head of the femoral bone adult patients aged 20 to 84 year old. No one of the patients was sick of metabolic illness (for ex. Osteopathy, osteoporosis) or cancer of the bones, after histological examination with color after Goldam Trichrome. The thickness of the samples was 5 μm for the spectroscopic study and 2mm for the SEM analyses. The samples were not embedded in a solid material in order not to loose valuable information The infrared spectra showed considerable changes after radiation of the samples. It was observed that the band changes in the spectra were analogous to irradiated dose up to 60 Gy, while for higher dose results could not be followed melodically. The damages of the organic part are due to the direct and indirect effect of radiation.From the shifting of the hydroxyl band (OH) at 3569 cm-1 to lower wavenumbers by 12 cm-1, it was suggested that the free radicals react with the collagen proteins by addition of the OH to the double bands of the proteins.After elimination of the organic phase with DMSO it was found that the organic phase it was found that the organic phase reacts as radiosensitizer. From micro-FT-IR spectra of bones is obtained more information due to the fact that the changes are observed in a micro surface of the bone being topical information. It was ascertained that radiation of the bones render them penetrating to the infrared light, which shows from microscope pictures after radiation just as hydroxyapatite becomes amorphous.Comparison of infrared spectra of desalinated bones with EDTA and the radiated ones shows a decrease in the intensities of bands in the region of 1200-900 cm-1, where the phosphate bands of hydroxyapatite absorb in both cases. However, the SEM data show that the damage is different in this case. This could be explained from the fact that in this case there are damages in the organic as well as in the inorganic phase.

Η μελέτη των παθήσεων των οστών και η θεραπεία τους σχετίζονται άμεσα με τη χρήση των ιοντιζούσων ακτινοβολιών. Eίναι γνωστό ότι η ακτινοθεραπεία, μόνη ή σε συνδυασμό με την χημειοθεραπεία, εφαρμόζεται συχνά για την αντιμετώπιση του καρκίνου των οστών. Συχνά μάλιστα, είναι η μόνη επιλογή επειδή οι όγκοι πιθανόν να μην επιδέχονται χειρουργική επέμβαση. Κατά την διάρκεια όμως της ακτινοθεραπείας παράλληλα με τα καρκινικά κύτταρα ακτινοβολούνται και τα υγιή. Επιβάλλεται επομένως η μελέτη της επίδρασης των ακτινοβολιών στα οστά σε μοριακό επίπεδο, ώστε να ανευρεθεί τρόπος μείωσης της δόσης ακτινοβολίας, χωρίς όμως να μειωθεί το καταστρεπτικό αποτέλεσμα ως προς τα καρκινικά κύτταρα.Οι μέθοδοι, FT-IR και σύγχροτρον-μικρο-FT-IR υπέρυθρης φασματοσκοπίας σε συνδυασμό με την ανάλυση SEM (Scaning Electron Microscospy), εφαρμόστηκαν για την μελέτη της επίδραση των ιοντιζουσών ακτινοβολιών στη μοριακή δομή και την μορφολογία των οστών.Η μελέτη περιλαμβάνει δείγματα από την κεφαλή του μηριαίου οστού, ενηλίκων ασθενών ηλικίας 20 έως 84 ετών, οι οποίοι δεν έπασχε από μεταβολική νόσο (π.χ. οστεοπενία, οστεοπόρωση) ή καρκίνο των οστών, κατόπιν ιστολογικής εξετάσεως με χρώση κατά Goldam Trichrome. Το πάχος των δειγμάτων ήταν 5 μm για την φασματοσκοπική μελέτη και 2mm για την ανάλυση SEM. Προκειμένου να μη χαθούν χρήσιμες πληροφορίες τα δείγματα δεν εγκιβωτίστησαν σε στερεωτικό υλικό. Παρατηρήθηκε από τα μικρο-υπέρυθρα φάσματα ότι η μεταβολή των ταινιών του φάσματος ήταν συνάρτηση της δόσης της ακτινοβολίας έως 60 Gy, ενώ για μεγαλύτερες δόσεις το αποτέλεσμα δεν ακολουθούσε αναλογική πορεία. Οι βλάβες που παρατηρήθηκαν αποδόθηκαν τόσο στην άμεση όσο και στην έμμεση επίδραση των ακτινοβολιών. Από την μετατόπιση της ταινίας στα 3569 cm-1 προς μικρότερους κυματαριθμούς κατά 12 cm-1, επιβεβαιώνεται ο ρόλος των ελευθέρων ριζών στις αντιδράσεις με τα οργανικά και ανόργανα συστατικά του οστού. Η εμφάνιση νέων ταινιών οδηγεί στο συμπέρασμα της μεταβολής της τεταρτοταγούς και πρωτοταγούς δομής του κολλαγόνου και των πρωτεϊνών. Μετά την απομάκρυνση της οργανικής φάσης με DMSO διαπιστώθηκε ότι η οργανική φάση των οστών λειτουργεί ως ραδιοευαισθητοποιητής. Τα μικρο-FT-IR φάσματα των οστών παρέχουν πληροφορίες σε τοπικό επίπεδο και επομένως τα συμπεράσματα είναι περισσότερο αποδεκτά. Η σύγκριση των υπέρυθρων φασμάτων μεταξύ αφαλατωμένων οστών με EDTA και ακτινοβολημένων ανέδειξε ότι η μείωση εντάσεων των ταινιών στην περιοχή του φάσματος 1200 - 900 cm–1, όπου απορροφούν οι φωσφορικές ομάδες του υδροξυαπατίτη είναι ανάλογη. Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο (SEM) ανέδειξε ότι οι βλάβες διαφέρουν. Αυτό ήταν αναμενόμενο δεδομένου ότι η ακτινοβόληση προκαλεί βλάβες τόσο στην ανόργανη, όσο και στην οργανική φάση του οστού.