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Estudio preliminar del plasma sangu�neo usando espectroscopia vibracional

 

Blood plasma preliminary study by using vibrational spectroscopy

 

Estudo preliminar do plasma sangu�neo usando espectroscopia vibracional

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: mariaf.heredia@espoch.edu.ec

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Ciencias T�cnica y Aplicadas

Art�culo de investigaci�n

 

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*Recibido: 10 de enero de 2021 *Aceptado: 15 de febrero de 2021 * Publicado: 05 de marzo de 2021

 

       I.            Biof�sica, Maestr�a en F�sica, Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Riombaba, Ecuador.

    II.            Ingeniera Qu�mica, Maestr�a en Qu�mica, Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Riobamba, Ecuador.

�III.            Biof�sico, Master Universitario en F�sica: Radiaciones, Nanotecnolog�a, Part�culas y Astrof�sica, Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Riobamba, Ecuador.

�IV.            M�dico General, Hospital General, Docente, Ambato, Ecuador.

Resumen

El presente trabajo tiene como objetivo estudiar el plasma sangu�neo de personas usando espectroscop�a vibracional, este estudio preliminar nos permite tener un conocimiento de la aplicaci�n de otros m�todos en el estudio y an�lisis de muestras biol�gicas, que podr�a ser de inter�s para nuestro entorno de investigaci�n. Para cumplir con el objetivo se estudiaron dos grupos de muestras de dos pa�ses y en diferentes a�os, siendo analizadas 68 muestras de sangre que fueron extra�das de personas que no presentan patolog�as conocidas o diagnosticadas a la fecha del estudio, una vez extra�da la sangre se separ� el plasma sangu�neo mediante centrifugaci�n y estas fueron estudiados mediante espectroscop�a infrarroja, los datos obtenidos del equipo est�n en funci�n de la Absorci�n versus el N�mero de onda, los cuales son preprocesados antes de generar las im�genes de resultados que nos permite evidenciar la presencia de los componentes de grupos funcionales en el plasma sangu�neo. En el primer grupo de estudio se observa un pico de absorbancia predominante en 1629 cm-1 que representa la prote�na Amida I, en el segundo grupo de estudio el pico el componente proteico se localiza en 1635 cm-1, este pico representa una vibraci�n de estiramiento C=O asociado a la estructura β-sheet. Se concluye evidenciando la presencia del componente proteico y lip�dico en el primer grupo de estudio y el componente proteico en el segundo grupo de estudio.

Palabras clave: Plasma sanguineo; n�mero de onda; espectroscopia vibracional.

 

Abstract

The present work aims to study the blood plasma of people using vibrational spectroscopy, this preliminary study allows us to have a knowledge of the application of other methods in the study and analysis of biological samples, which could be of interest to our research environment. To meet the objective, two groups of samples from two countries were studied and in different years, 68 blood samples were analyzed that were extracted from people who do not have known or diagnosed pathologies at the date of the study, once the blood was extracted, it was separated. the blood plasma by centrifugation and these were studied by infrared spectroscopy, the data obtained from the equipment is a function of the Absorption versus the Wave Number, which are pre-processed before generating the images of results that allows us to demonstrate the presence of the components of functional groups in blood plasma. In the first study group a predominant absorbance peak is observed at 1629 cm-1 that represents the Amide I protein, in the second study group the peak of the protein component is located at 1635 cm-1, this peak represents a vibration of C = O stretch associated with the β-sheet structure. It is concluded by showing the presence of the protein and lipid component in the first study group and the protein component in the second study group.

Keywords: Blood plasma; wave number; vibrational spectroscopy

 

Resumo

O presente trabalho tem como objetivo estudar o plasma sangu�neo de pessoas atrav�s da espectroscopia vibracional, este estudo preliminar permite-nos ter um conhecimento da aplica��o de outros m�todos no estudo e an�lise de amostras biol�gicas, que podem ser de interesse para o nosso meio de investiga��o. Para cumprir o objetivo, foram estudados dois grupos de amostras de dois pa�ses e em anos diferentes, foram analisadas 68 amostras de sangue extra�das de pessoas que n�o tinham patologias conhecidas ou diagnosticadas � data do estudo, uma vez que o sangue foi extra�do, foi separado. o plasma sangu�neo por centrifuga��o e estes foram estudados por espectroscopia de infravermelho, os dados obtidos no equipamento s�o fun��o da Absor��o versus N�mero de Onda, que s�o pr�-processados ​​antes de gerar as imagens dos resultados que nos permitem evidenciar a presen�a de componentes de grupos funcionais no plasma sangu�neo. No primeiro grupo de estudo um pico de absorb�ncia predominante � observado em 1629 cm-1 que representa a prote�na Amida I, no segundo grupo de estudo o pico do componente proteico est� localizado em 1635 cm-1, este pico representa uma vibra��o de C = O trecho associado � estrutura da folha β. Conclui-se mostrando a presen�a do componente proteico e lip�dico no primeiro grupo de estudo e do componente proteico no segundo grupo de estudo.

Palavras-chave: Blood plasma; n�mero da onda; espectroscopia vibracional

 

Introducci�n

La espectroscopia vibracional es una t�cnica experimental que proporciona datos sobre la vibraci�n de las mol�culas al interno de un sistema molecular y a trav�s de esta se puede estudiar la composici�n, la estructura y la funci�n de sistemas biol�gicos (Stuart, 2004). Esta t�cnica de estudio se ha convertido en una herramienta �til e importante para tener una alternativa en la indagaci�n de sistemas biol�gicos y as� en el campo de diagn�stico m�dico, existen varios estudios y aplicaciones a trav�s de la espectroscop�a infrarroja que se aplican en otros pa�ses, como el estudio para evidenciar la presencia de una patolog�a a trav�s de una muestra de sangre.

Adem�s, con estos estudios se complementa el aporte entre la academia y la medicina, siendo un soporte tanto personal de grupos de investigaci�n de universidades y personal m�dico de hospitales, con este tipo de investigaci�n se busca tener una alternativa de estudios m�nimamente invasivos que solo a trav�s de una muestra de sangre se puedan diagnosticar enfermedades degenerativas como el Alzheimer, c�ncer o diabetes (Mordechai S., 2017).

Es importante obtener una base de datos del estudio y an�lisis de plasma sangu�neo de personas del ecuador para poder identificar los grupos funcionales presentes, el n�mero de onda en el cual se localiza, evidenciar la presencia de las prote�nas en el plasma, la localizaci�n del componente lip�dico, esto porque existen estudios de otros pa�ses en el cual evidencian un biomarcador en enfermedades degenerativas y al existir la manera de detectar o diagnosticar la presencia del biomarcador a tiempo o dar un diagnostico temprano se podr�a ayudar con un tratamiento temprano.

Este estudio se considera preliminar por ser el primero realizado con muestras de plasma sangu�neo de personas que resid�an en la ciudad de Cosenza - Italia (grupo 1) y de personas que resid�an en la ciudad de Riobamba � Ecuador, en total el tama�o de la muestra es de 68, el estudio del grupo 1 se realiz� en el a�o 2017 y el estudio del grupo 2 se realiz� en el a�o 2020.

 

Metodolog�a

Este estudio experimental se prepararon las muestras obtenidas del grupo 1 (n = 14) de la siguiente manera: La sangre fue extra�da en una unidad m�dica, el plasma fue separado en un laboratorio bioqu�mico y las muestras de plasma fueron congelados para el transporte y llegada al laboratorio de Biof�sica, previo al an�lisis en el equipo de espectroscop�a infrarroja, se descongel� cada muestra de plasma sangu�neo a temperatura ambiente se homogeniz� la muestra agit�ndolo unos 5 segundos con un capilar, se extrajo con una micropipeta 20 �L. Para medir el fondo de la muestra se coloca una soluci�n de dulbecco fosfato DPBS (Dulbecco phosphate buffer solution) se registra una medida de fondo y luego se coloc� una muestra de plasma la cual fue analizada a temperatura ambiente en el cristal ATR del espectr�metro infrarrojo FT-IR.� Este procedimiento se realiza para cada muestra, el equipo mide el fondo cada vez que se cambia de muestra.

Cada muestra del primer grupo fue analizada 3 veces para verificar la reproducibilidad y se tom� un promedio de los datos preprocesados. El rango del n�mero de onda es de 4000 a 900 cm-1

El grupo 2 de muestras (n = 54) fueron extra�dos y separadas en el laboratorio de Anal�tica e Instrumental de la Facultad de Ciencias de la ESPOCH, fueron almacenadas en un congelador hasta el an�lisis de cada muestra, para la toma de datos del segundo grupo se descongel� la muestra a temperatura ambiente, se homogeniz� agitando con un capilar, se coloc� en el cristal del equipo por un minuto para equilibrar con la temperatura ambiente y se realiz� dos mediciones por cada muestra, este equipo mide una sola vez el fondo, se coloca y se retiran las muestras sin la necesidad de medir el fondo cada vez.

El rango de n�mero de onda de este equipo es de 4180 y 580 cm-1.

�Una vez que se obtuvieron los datos de los dos grupos se muestran a continuaci�n los resultados.

 

Resultados

En la figura 1 se muestra el espectro del an�lisis del plasma sangu�neo del grupo 1, en el cual se pueden identificar dos picos prominentes que representan la absorci�n en la parte proteica del plasma. La banda de vibraci�n se encuentra entre el rango 1700 � 1500 cm-1 para la parte proteica y en el rango 3000-2800 cm-1 y en 1400 cm-1 se presenta la parte lip�dica. Se puede observar los picos de la Amida I y de la Amida II que son los picos mas altos de izquierda a derecha y describen los componentes de la h�lice-alpha o la estructura-beta.

 

Figura 1: Espectro del plasma sangu�neo del grupo 1

Fuente: Autores

Para el grupo 2 que fue estudiado se puede observar en la figura 2 que se presenta solo un pico prominente en un rango de 1669 y 16111 cm-1 que en la grafica es el pico de la derecha y representa a la parte proteica del plasma sangu�neo, el otro pico elevado que est� entre 3498 y 3150 cm-1 representa el componente de agua que contiene el plasma.

El espectro que se presenta en esta figura fue analizado en las mismas condiciones y siguiendo el dise�o experimental del grupo 1, pero respresenta al grupo de 54 muestras de sangre de personas que residian en la ciudad de Riobamba, y el equipo que se utiliz� para analizar las muestras es un modelo diferente al del grupo 1 pero tiene el mismo principio f�sico.

Es importante destacar las diferencias entre los grupos sanguineos, el primer grupo son de personas que residian en la ciudad de Cosenza � Italia en el 2017 y el segundo grupo de ecuatorianos en el 2020.

 

Figura 2: Espectro del grupo 2 del plasma sanguineo

Fuente: Autores

 

Los componentes en el plasma sangu�neo suelen ser en porcentajes los mismos pero este estudio preliminar nos indica que al realizar un estudio de plasma sangu�neo de dos diferentes pa�ses que el espectro obtenido de los dos grupos no son exactamente iguales.

 

Conclusiones

Con este estudio preliminar se estudi� dos grupos sangu�neos de personas que resid�an en diferentes pa�ses, el grupo 1 Italia y el grupo 2 Ecuador, y se observa que el espectro t�pico del plasma sangu�neo difiere al presentar las dos aminas y una sola amina. Se evidenci� tambi�n la presencia del componente lip�dico y la ausencia del componente lip�dico.

El complemento entre la parte f�sica, biomolecular y qu�mica del estudio abre una posibilidad de estar inmersos a conocer m�s sobre los componentes del plasma sangu�neo de ecuatorianos y as� avanzar a temas m�s actuales de estudio que podr�an ser de gran utilidad.

Es importante realizar este tipo de estudios para acercarnos a tener una base de datos del espectro de plasma sangu�neo de personas del ecuador y posteriormente involucrarnos en estudios de comparaci�n y an�lisis de plasma sangu�neo de personas con patolog�as. �

 

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�2020 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).