Иммуногистохимическое обоснование возможности использования электрохимического метода с применением нанотехнологических биосенсоров для оценки активности щелочной фосфатазы в ткани колоректальной карциномы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Введение. Щелочная фосфатаза (ЩФ) – фермент из класса гидролаз, широко представленный в тканях и органах человека. Кишечная ЩФ – одна из изоформ фермента, которая экспрессируется в слизистой оболочке на всем протяжении кишечника и является маркером дифференцировки кишечного эпителия. Известно, что продукты химической реакции между кишечной ЩФ и специфическим субстратом – 1-нафтилфосфатом обладают электрохимической активностью. Это позволяет оценить активность фермента в биологических тканях с помощью электрохимического метода с применением нанотехнологических биосенсоров.

Цель исследования: оценить диагностическую значимость электрохимического метода оценки активности ЩФ путем сопоставления с результатами гистологического и иммуногистохимического (ИГХ) исследований при колоректальной карциноме (КРК).

Материал и методы. Проведено параллельное электрохимическое и морфологическое (гистологическое и ИГХ с антителами к кишечной ЩФ) исследование материала КРК и слизистой оболочки толстой кишки вне опухоли 78 пациентов.

Результаты. У 70 пациентов сила тока, полученная при электрохимическом исследовании биоптатов опухолей, была значительно ниже (49,2 нА (95% ДИ 41,3–88,9), чем в биоптатах слизистой оболочки кишки вне опухоли (119,7нА (95% ДИ 96,8–167,1), p<0,05). Гистологически ткань опухоли была представлена аденокарциномой различной степени дифференцировки. При ИГХ исследовании установлено, что экспрессия кишечной ЩФ отсутствовала в клетках карциномы, в то время как в эпителии слизистой оболочки толстой кишки вне новообразования отмечалась выраженная диффузная мембранная экспрессия фермента. У 8 пациентов отсутствовала ассоциация результатов электрохимического и морфологического исследований ввиду присутствия в материале тканей, не являющихся опухолью. При ИГХ исследовании было выявлено, что кишечная ЩФ может экспрессироваться в иммунных клетках и нейронах подслизистых нервных сплетений.

Заключение. Сопоставление результатов электрохимического, гистологического и ИГХ исследований свидетельствует о том, что электрохимический метод обладает высокой диагностической ценностью и может применяться при проведении скрининга КРК.

Об авторах

Антон Николаевич Белкин

ФГБОУ ВО «Пермский государственный медицинский университет им. акад. Е.А. Вагнера» Минздрава РФ

Автор, ответственный за переписку.
Email: belkinanton87@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-8646-0483

старший преподаватель кафедры патологической анатомии с секционным курсом

Россия, 614000, Пермь, ул. Петропавловская, 26

Генриетта Герхардовна Фрейнд

ФГБОУ ВО «Пермский государственный медицинский университет им. акад. Е.А. Вагнера» Минздрава РФ

Email: gfreynd@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2861-4878

заведующая кафедрой патологической анатомии с секционным курсом, доктор медицинских наук, профессор

Россия, 614000, Пермь, ул. Петропавловская, 26

Анатолий Глебович Кочетов

АНО ДПО «Институт лабораторной медицины»

Email: kochetov.lab@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3632-291X

ректор Института, профессор

Россия, 117042, Москва, Ленинградский проспект, 80Г, офис 911А

Список литературы

  1. Rawla P., Sunkara T., Barsouk A. Epidemiology of colorectal cancer: incidence, mortality, survival, and risk factors. Prz Gastroenterol. 2019; 14 (2): 89–103. doi: 10.5114/pg.2018.81072
  2. National Cancer Institute. Surveillance, epidemiology, and end results program (SEER). http://seer.cancer.gov
  3. Muginova S.V., Zhavoronkova A.M., Polyakov A.E., Shekhovtsova T.N. Application of alkaline phosphatases from different sources in pharmaceutical and clinical analysis for the determination of their cofactors; zinc and magnesium ions. Anal Sci. 2007; 23: 357–63. doi: 10.2116/analsci.23.357
  4. Metwalli O.M., Mourand F.E. Studies on organ-specific alkaline phosphatases in relation to their diagnostic value. Z Ernahrung Swiss. 1980; 19: 154–8. doi: 10.1007/BF02018779
  5. Molnár К., Vannay А., Szebeni В., Fanni Bánki N., Sziksz E., Cseh Á., Győrffy H., László Lakatos P., Papp M., Arató A., Veres G. Intestinal alkaline phosphatase in the colonic mucosa of children with inflammatory bowel disease World J. Gastroenterol. 2012; 18: 3254–9. doi: 10.3748/wjg.v18.i25.3254
  6. Narisawa S., Huang L., Iwasaki A., Hasegawa H., Alpers D.H., Millán J.L. Accelerated fat absorption in intestinal alkaline phosphatase knockout mice. Mol. Cell. Biol. 2003; 23: 7525–30. doi: 10.1128/MCB.23.21.7525-7530.2003
  7. Tuin A., Poelstra K., de Jager-Krikken A., Bok L., Raaben W., Velders M. P., Dijkstra G. Role of alkaline phosphatase in colitis in man and rats. Gut. 2009; 58 (3): 379–87. doi: 10.1136/gut.2007.128868
  8. Akiba Y., Mizumori M., Guth P.H., Engel E., Kaunitz J.D. Duodenal brush border intestinal alkaline phosphatase activity affects bicarbonate secretion in rats. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2007; 293 (6): 1223–33. doi: 10.1152/ajpgi.00313.2007
  9. Estaki M., DeCoffe D., Gibson D.L. Interplay between intestinal alkaline phosphatase, diet, gut microbes and immunity. World J. Gastroenterol. 2014; 20 (42): 15650–6. doi: 10.3748/wjg.v20.i42.15650
  10. Chen K.T., Malo M.S., Moss A.K., Zeller S., Johnson P., Ebrahimi F., Mostafa G., Alam S.N., Ramasamy S., Warren H.S., Hohmann E.L., Hodin R.A. Identification of specific targets for the gut mucosal defense factor intestinal alkaline phosphatase. Am. J. Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2010; 299 (2): 467–75. doi: 10.1152/ajpgi.00364.2009
  11. Moss D.W. Alkaline phosphatase isoenzymes. Clin Chem. 1982; 28 (10): 2007–16.
  12. Wilkers J.M., Gamer A., Peters T.J. Studies on the localization and properties of rat duodenal HCO3-ATPase with special relation to alkaline phosphatase. Biochim Biophys Acta. 1987; 924 (1): 159–66. doi: 10.1016/0304-4165(87)90083-3
  13. Singh S.B., Lin H.C. Role of Intestinal alkaline phosphatase in innate immunity. Biomolecules. 2021; 11 (12): 1784. doi: 10.3390/biom11121784
  14. Hinnebusch B.F., Siddique A., Henderson J.W., Malo M.S., Zhang W., Athaide C.P., Abedrapo M.A., Chen X., Yang W.V., Hodin R.A. Enterocyte differentiation marker intestinal alkaline phosphatase is a target gene of the gut-enriched Kruppel-like factor. Am. J. Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2004; 286 (1): 23–30. doi: 10.1152/ajpgi.00203.2003
  15. Barnard J.A., Warwick G. Butyrate rapidly induces growth inhibition and differentiation in HT-29 cells. Cell Growth Differ. 1993; 4 (6): 495–501.
  16. Kabat E. A., Furth J. A histochemical study of distribution of alkaline phosphatase in various normal and neoplastic tissues. Am. J. Pathol. 1941; 17 (3): 303–18.
  17. Li M., Jiang F., Xue L., Peng C., Shi Z., Zhang Z., Li J., Pan Y., Wang X., Feng C., Qiao D., Chen Z., Luo Q., Chen X. Recent Progress in Biosensors for Detection of Tumor Biomarkers. Molecules. 2022; 27 (21): 7327. doi: 10.3390/molecules27217327
  18. Верник С., Белкин А.Н., Фрейнд Г.Г., Кацнельсон М.Д., Шахам-Диаманд Й., Лицын С.Н., Четвертных В.А. Морфологическое обоснование возможности использования электрохимических биосенсоров в диагностике колоректального рака. Пермский медицинский журнал. 2012; 5: 5–7. [Vernik S., Belkin A.N., Freynd G.G., Katsnelson M.D., Shaham-Diamand Y., Litsyn S.N., Chetvertnykh V.A. Morphological substantiation of the possibility of using electrochemical biosensors in the diagnosis of colorectal cancer. Perm Medical Journal. 2012; 5: 5–7 (in Russian)].
  19. Шелудько В.С. Девяткова Г.И. Теоретические основы медицинской статистики (статистические методы обработки и анализа материалов научно-исследовательских работ): методические рекомендации, 3-е изд., исправленное и дополненное. Пермь: ФГБОУ ВО «ПГМУ имени академика Е.А. Вагнера» Минздрава России; 2016; 80. [Sheludko V.S. Devyatkova G.I. Theoretical foundations of medical statistics (statistical methods of processing and analysis of research materials): methodological recommendations, 3rd ed., corrected and expanded. Perm: Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “Perm State Medical University named after Academician E.A. Wagner» of the Russian Ministry of Health; 2016; 80 (in Russian)].
  20. Ланг Т.А., Сесик М. Описание статистики в медицине. Руководство для авторов, редакторов и рецензентов. М.: Практическая медицина, 2011; 480. [Lang T.A., Sesik M. Description of statistics in medicine. A guide for authors, editors and reviewers. M.: Practical Medicine, 2011; 480 (in Russian)].
  21. Song Z.M., Brookes S.J., Costa M. Characterization of alkaline phosphatase-reactive neurons in the guinea-pig small intestine. Neuroscience. 1994; 63 (40): 1153–67. doi: 10.1016/0306-4522(94)90580-0
  22. Stewart C. Leukocyte alkaline phosphatase in myeloid maturation. Pathol. 1974; 6 (3): 287–93. doi: 10.3109/00313027409068999
  23. Kumar V., Abbas A., Aster J. Robbins basic pathology 9th edition. Saunders, 2012; 928.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Аппаратный комплекс для электрохимического исследования. 1 – перемешивающее устройство, 2 – набор из восьми биосенсоров, в лунки которых погружены пипетки для подачи воздуха, 3 – портативный потенциостат

Скачать (2MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Гистологическая структура биоптата аденокарциномы G3. а – ткань опухоли построена из тубулярных и очаговых солидных структур атипичного железистого эпителия (окраска гематоксилином и эозином, ×400); б – ИГХ исследование с моноклональными антителами к ЩФ: отсутствие экспрессии ЩФ в опухолевых клетках (×400)

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Слизистая оболочка толстой кишки вне опухоли. а – окр. гематоксилином и эозином, ×100; б – ИГХ исследование с моноклональными кроличьими антителами к ЩФ – выраженная диффузная экспрессия ЩФ в цитоплазматических мембранах колоноцитов (×100)

Скачать (660KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Сила тока при электрохимическом исследовании биоптатов слизистой оболочки толстого кишечника (а: 16,82±2,41 нА) и опухоли (б: 25,9±16,12 нА)

Скачать (87KB)
Метаданные
6. Рис. 5. ИГХ исследование с моноклональными кроличьими антителами к ЩФ. а – умеренная диффузная мембранная и цитоплазматическая экспрессия ЩФ в макрофагах, лимфоцитах, плазмоцитах, отсутствие экспрессии ЩФ в эндотелии кровеносных сосудов (×400); б – умеренная очаговая цитоплазматическая экспрессия ЩФ в ганглиозных клетках подслизистого нервного сплетения (×400)

Скачать (2MB)
Метаданные

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».