Fotodiagnòstic diferencial de l’alfa i de la beta talassèmia amb microscòpia de força atòmica (Hematologia mediterrània, 22/2019)

Fou en el 1932, quan George H. Whipple i William Leslie Bradford encunyaren el terme “talassèmia” per referir-se a un tipus d’anèmia típica de persones originàries de la “Mar” Mediterrània. Prèviament, hom havia parlat, de fet, d’anèmia mediterrània. En les dècades següents s’anirien aclarint les bases moleculars d’aquesta malaltia, així com el seu caràcter d’alteració congènita i hereditària de la producció d’hemoglobina. Els al·lels responsables d’aquest trastorn hereditari, que pot afectar els gens de l’alfa-globina o de la beta-globina (les proteïnes integrants de l’hemoglobina de la sang adulta, el pigment que permet el transport d’oxigen per part de la sang), són especialment freqüents en l’àrea mediterrània i els països de l’Orient Mitjà. Aquesta freqüència al·lèlica s’explica pel fet que els al·lels, si no es troben en homozigosi, ofereixen una certa protecció contra la malària o paludisme. En zones històricament marcades per la presència dels Plasmodium causants d’aquesta malaltia, com Itàlia, Grècia, Orient Mitjà, Àsia del Sud o Àfrica, l’efecte deleteri de la talassèmia era compensat per aquesta protecció. La severitat de la talassèmia depèn de la freqüència d’al·lels talassèmics en cadascun dels quatre loci de l’alfa-globina o dels dos loci de la beta-globina. Hom calcula que vora 300 milions de persones presenten alguna forma de talassèmia, de les quals gairebé mig milió tindrien una forma severa d’aquesta malaltia, amb una mortalitat global de més de 15.000 persones anuals. El diagnòstic de la talassèmia combina aquesta informació genètica, amb l’electroforesi de l’hemoglobina i, sobretot, el comptatge total de cèl·lules en la sang. Altres tècniques que podrien tindre un paper diagnòstic són l’espectroscòpia de fluorescència de biomolècules sanguínies i la microscòpia de força atòmica sobre glòbuls vermells. Khalid Eidah Alzahrani, de la Universitat Rei Saud de Riad, ha encapçalat un treball sobre l’aplicació d’aquestes tècniques en el diagnòstic diferencial entre l’alfa-talassèmia i la beta-talassèmia. En un article a la revista Photodiagnosis and Photodynamic Therapy remarquen els canvis ultrastructurals presents en els glòbuls vermells de pacients de beta-talassèmia, als quals atribueixen el fet que els pacients d’aquesta varietat necessitin sovint transfusions de sang.

Eines de fotodiagnòstic per a la talassèmia

El doctor en física òptica Khalid Eidah Alzahrani (خالد الزهراني) és membre del Grup de Recerca en Diagnòstic Làser de Tumors del Departament de Física i Astronomia de la Facultat de Ciència de la Universitat Rei Saud, a Riad, així com de l’Institut Rei Abdul·là de Nanotecnologia adscrit a la mateixa universitat. Del Grup de Recerca en Diagnòstic Làser també són el doctor en bioquímica Sandhanamasy Devanesan, el doctor en física de làsers Vadivel Masilamani i el doctor en física òptica Mohamad S. AlSalhi.

La professora Fatima Al Qahtani és membre de la Unitat d’Hematopatologia del Departament de Patologia de la Facultat de Medicina de la Universitat Rei Saud.

Karim Farhat és membre del Grup de Recerca en Càncer de la Facultat de Medicina de la Universitat Rei Saud.

El professor Duran Canatan és director de Centre de Diagnòstic d’Hemoglobinopaties de la Akdeniz Kan Hastalıkları Vakfı, d’Antalya.

Devanesan i AlSalhi són els autors correspondents d’aquesta recerca, que fou tramesa a la revista Photodiagnosis and Photodynamic Therapy el 19 de maig, i acceptada per a publicació el dia 24.

Perfil espectrofotomètric de diferents biomolècules presents a la sang

En la sang adulta, l’hemoglobina més freqüent (95%) és l’hemoglobina A, tetràmer format per dues cadenes d’alfa-globina i dues cadenes de beta-globina. En l’alfa-talassèmia hi ha una reducció o absència de l’alfa-globina, mentre que la beta-talassèmia la reducció o absència es produeix en la beta-globina. L’alfa-talassèmia pot resultar de mutacions en els gens HBA1 o HBA2. La beta-talassèmia deriva de mutacions en el gen HBB.

Mitjançant anàlisi genètiques o d’electroforesi de proteïnes és possible, respectivament, detectar la presència de trets genètics o bioquímics de l’alfa-talassèmia i de la beta-talassèmia. Però l’existència d’aquests trets no implica sempre l’existència de la talassèmia com a entitat clínica. Hom parla de talassèmia clínica quan apareixen símptomes com l’anèmia hemolítica, l’esplenomegàlia o deformitats òssies. En aquests casos clínics, l’alteració de l’hemoglobina és prou greu com per produir destrucció prematura de glòbuls vermells (hemòlisi) a la qual l’organisme respon forçant els òrgans hematopoiètics (especialment, la melza i el moll de l’os). En termes generals, la beta-talassèmia clínica sol revestir més gravetat que l’alfa-talassèmia clínica i, en conseqüència, els pacients tendeixen a necessitar transfusions sanguínies repetides al llarg de la vida.

AlZahrani et al. exploren dues eines diagnòstiques per a la talassèmia:
– l’espectroscòpia de fluorescència de biomolècules de la sang.
– l’observació de glòbuls vermells amb el microscopi de força atòmica.

L’espectroscòpia de fluorescència

AlZahrani et al. han obtingut els perfils espectroscòpics del plasma de persones amb trets d’alfa- o de beta-talassèmia, de persones amb la malaltia d’alfa- o de beta-talassèmia, i de controls normals. La fluorescència del plasma es deguda a biomolècules com la tirosina, el triptòfan, el dinucleòtid de nicotinamida i adenina (NADH) o el dinucleòtid de flavina i adenina (FAD).

Exposant les mostres a diferents longituds d’ona, és possible registrar diferents nivells d’emissió. En resulten uns pics característics que variaran d’acord amb la composició de la mostra.

Microscòpia de força atòmica

Imatges de glòbuls vermells de pacients de talassèmia. L’alteració en la producció de globines provoca deformacions i major fragilitat en els glòbuls vermells, base de l’anèmia hemolítica

El microscopi de forces atòmiques és un tipus de microscopi electrònic que assoleix resolucions d’escala nanomètrica a través de l’escombreig de forces moleculars a través d’un element piezoelèctric.

Esquema de funcionament del microscopi de força atòmica

AlZahrani et al. empren el microscopi de força atòmica per estudiar la ultraestructura de la membrana del glòbul vermell. En persones normals, la membrana dels glòbuls vermells, observada al microscopi de força atòmica, resulta llisa i gairebé uniforme. Un aspecte semblant apareix en persones portadores dels gens de l’alfa-talassèmia i en persones amb alfa-talassèmia clínica. La diferència es troba ja en portadors de gens de beta-talassèmia, on és possible detectar erosions i irregularitats en la superfície dels glòbuls vermells. Però és en les persones amb beta-talassèmia clínica on aquestes irregularitats s’agreugen amb l’aparició de forats.

Observada al microscopi de força atòmica, la membrana dels glòbuls vermells té un aspecte llis i regular (a). En persones amb trets beta-talassèmics, no obstant, s’aprecien rugositats (b), que en el cas de persones malaltes de beta-talassèmia arriben a constituir en forats (c).

AlZahrani et al. relacionen les alteracions en la membrana dels glòbuls vermells de persones amb beta-talassèmia amb alteracions en l’equilibri redox d’aquests glòbuls vermells (que es poden seguir indirectament a través de l’anàlisi espectrofluorimètrica). Remarquen el fet que aquestes alteracions no s’arribin a observar en persones amb alfa-talassèmia. Creuen que la distorsió en la membrana cel·lular dels glòbuls vermells es relaciona amb la dependència de transfusions. Les alteracions en la beta-globina provocarien una major fragilitat en els glòbuls vermells i explicarien la major dependència de transfusions de les persones amb beta-talassèmia clínica comparades amb els malalts d’

Lligams:

Facile spectroscopy and atomic force microscopy for the discrimination of α and β thalassemia traits and diseases: A photodiagnosis approach. Khalid E. AlZahrani, Sandhanasamy Devanesan, Vadivel Masilamani, Fatima Al Qahtani, Mohamad S. AlSalhi, Duran Canatan, Karim Farhat. Photodiagnosis Photodyn Ther. pii: S1572-1000(19)30240-6 (2019).

 

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: