Moderní postupy a metody v nádorové diagnostice

RNDr. Vojtěch Adam, Ph.D.

Doctoral thesis

Modern methods and approaches in tumour diagnostics

Abstract:

Předložená práce je orientována na možnosti využití elektrochemických technik v nádorové diagnostice, konkrétně je pozornost zaměřena na protein metalothionein. Nejdříve jsme přistoupili k základní elektrochemické charakterizaci metalothioneinu (MTCd5Zn2). Poté, co jsme úspěšně elektrochemicky charakterizovali MT, jsme se zaměřili na navržení metody pro ultra-sensitivní detekci těchto látek v krevním séru pomocí adsorptivní přenosové rozpouštěcí techniky ve spojení s diferenční pulsní voltametrií Brdičkovou reakcí. Navrženou metodou jsme byli schopni stanovit hladinu MT v reálných vzorcích krevních sér pacientek trpících zhoubným nádorem prsu o objemu 500 nl. Množství MT u pacientů se pohybovalo v rozmezí od 0,9 do 1,9 µM, což téměř dvoj- až trojnásobně převyšuje hladinu MT v krvi zdravých dobrovolníků. Navrženou metodu jsme také aplikovali pro analýzu na cisplatinu senzitivní a rezistentní buněčné linie neuroblastomu vycházejí z mateřské linie izolované z kostních metastáz pacientů s neuroblastomem. Množství MT stanovené v liniích rezistentních na platinová cytostatika bylo několikanásobně vyšší v porovnání s linií mateřskou a na cytostatika citlivou. Na základě těchto výsledků jsme se zaměřili na detekci změn hladiny MT u pacientů se zhoubnými nádory v oblasti hlavy a krku léčenými cisplatinou a u pacientů s retinoblastomem léčenými karboplatinou. Hladina MT se zvýšila v důsledku podání cisplatiny u všech sledovaných pacientů, zatímco průběh změn hladiny MT u pacientů léčených karboplatinou je individuální a závisí pravděpodobně na více mechanismech. Jednou z možností zapojení MT v procesu kancerogeneze je aktivní transport esenciálních těžkých kovů k enzymům, které jsou nezbytné pro růst a vývoj nádoru, mezi něž patří matrixové metaloproteinázy (MMP). Rozhodli jsme studovat, zdali jsme schopni zvýšit aktivitu MMP-9. Interakci směsi kolagenu, MMP-9 a zinečnatých iontů jsme sledovali po dobu devíti hodin. Nejzajímavějším výsledkem je, že aktivita MMP-9 v prostředí zinečnatých iontů je vyšší v porovnání s experimentem kolagen-MMP-9, což naznačuje možnost aktivace MMP-9 pomocí zinek-transportujících proteinů.

Abstract:

This thesis is aimed at the possibility of using electrochemical techniques in cancer diagnostic, specifically, the attention is focused on the protein metallothionein. Primarily, we investigated the basic electrochemical behaviour of metallothionein (MTCd5Zn2). After we have successfully characterized electrochemically MT, we focused on the development of methods for ultra-sensitive detection of these substances in the blood serum by adsorptive transfer stripping technique in connection with differential pulse voltammetry Brdička reaction. Using the proposed method we were able to determine the level of MT in real samples of blood sera of patients suffering from the breast carcinoma. The volume of a sample analyzed was 500 nl. Level of MT determined in blood sera of the patients ranged from 0.9 to 1.9 μM, which was nearly double to three times higher than the level of MT in the blood sera of healthy volunteers. We also applied the proposed method for analysis of sensitive- and cisplatin-resistant neuroblastoma cell lines derived from the maternal line isolated from bone metastases in patients with neuroblastoma. Level of MT in cell lines resistant to platinum based antitumor drugs were several times higher than in the maternal and/or sensitive cells. Based on these results, we have focused on detecting changes in MT levels in patients with malignant tumours in head and neck treated with cisplatin and in patients with retinoblastoma treated with carboplatin. Level of MT increased as a result of administration of cisplatin with each patient, while the pattern of change MT levels in patients treated with carboplatin was individual and probably depended on multiple mechanisms. One of the possible involvements of MT in the process of carcinogenesis is the active transport of essential heavy metals to enzymes such as matrix metalloproteinases (MMP), which are needed for tumour growth and development. We aimed at the issue whether we can enhance the activity of MMP-9. Mixture of collagen, MMP-9 and zinc ions was monitored for nine hours. The most interesting result is that the activity of MMP-9 in an environment of zinc ions is higher in comparison with the experiment of collagen-MMP-9, suggesting the possibility of activation of MMP-9 with zinc-transporting proteins.

Keywords

Nádorová onemocnění, Diagnostika, Nádorové markery, Metalothionein, Metaloproteinázy, Elektrochemie, Voltametrie Tumour Diseases, Diagnostics, Tumour markers, Metallothionein, Metalloproteinases, Electrochemistry, Voltammetry

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 27. 1. 2010

Thesis defence

• Date of defence: 26. 2. 2010
• Supervisor: doc. Ing. René Kizek, Ph.D.
• Reader: doc. RNDr. Šárka Pospíšilová, Ph.D., doc. RNDr. Miroslav Fojta, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology (4-years) / Molecular and Cellular Biology