FTIR, a potential tool to dementia diagnosis trough analysis of plasma

Abstract

Nowadays it is still difficult to perform an early and accurate diagnosis of dementia, therefore many research focus on the finding of new dementia biomarkers that can aid in that purpose. So scientists try to find a noninvasive, rapid, and relatively inexpensive procedures for early diagnosis purpose. Several studies demonstrated that the utilization of spectroscopic techniques, such as Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and Raman spectroscopy could be an useful and accurate procedure to diagnose dementia. As several biochemical mechanisms related to neurodegeneration and dementia can lead to changes in plasma components and others peripheral body fluids, blood-based samples and spectroscopic analyses can be used as a more simple and less invasive technique. This work is intended to confirm some of the hypotheses of previous studies in which FTIR was used in the study of plasma samples of possible patient with AD and respective controls and verify the reproducibility of this spectroscopic technique in the analysis of such samples. Through the spectroscopic analysis combined with multivariate analysis it is possible to discriminate controls and demented samples and identify key spectroscopic differences between these two groups of samples which allows the identification of metabolites altered in this disease. It can be concluded that there are three spectral regions, 3500-2700 cm -1, 1800-1400 cm-1 and 1200-900 cm-1 where it can be extracted relevant spectroscopic information. In the first region, the main conclusion that is possible to take is that there is an unbalance between the content of saturated and unsaturated lipids. In the 1800-1400 cm-1 region it is possible to see the presence of protein aggregates and the change in protein conformation for highly stable parallel β-sheet. The last region showed the presence of products of lipid peroxidation related to impairment of membranes, and nucleic acids oxidative damage. FTIR technique and the information gathered in this work can be used in the construction of classification models that may be used for the diagnosis of cognitive dysfunction.

Atualmente, não é possível fazer um diagnóstico precoce e diferencial da doença de Alzheimer, deste modo, é necessário encontrar biomarcadores que o permitam. Para isso, os cientistas tentam encontrar um procedimento nãoinvasivo, rápido, e relativamente barato. Os resultados de vários estudos demonstraram que a utilização de técnicas espectroscópicas, tais como a Espectroscopia de Infravermelho Transformada de Fourier (FTIR) e / ou espectroscopia de Raman, podem ser ferramentas úteis para diagnosticar a DA. Uma vez que, na DA, alguns mecanismos bioquímicos podem levar a mudanças em componentes do plasma, podem então ser utilizadas amostras de sangue nas análises espectroscópicas o que torna a técnica simples e menos invasiva. Com este trabalho pretende-se confirmar algumas das hipóteses de estudos anteriores em que o FTIR foi usado no estudo de amostras de plasma de possíveis doentes com DA e respetivos controlos e verificar a reprodutibilidade desta técnica espectroscópica na análise deste tipo de amostras. Através da análise espectroscopia combinada com análise multivariada é possível discriminar as amostras controlos e dementes e identificar as principais diferenças espectroscópicas entre estes dois grupos de amostras que permitem identificar os metabolitos alterados nesta patologia. Pode-se concluir que existem três regiões espectrais, 3500-2700 cm-1, 18001400 cm-1 e 1200-900 cm-1 onde se pode extrair informação espectroscópica relevante. Na primeira região, a principal conclusão que é possível tirar é que há um desequilíbrio entre o teor de lípidos saturados e insaturados. Na região entre 1800-1400 cm-1, é possível observar a presença de agregados de proteínas e a alteração na conformação das proteínas para folha β paralela altamente estável. A última região revelou a presença de produtos de peroxidação lipídica relacionados com a insuficiência de membranas, e danos oxidativos nos ácidos nucleicos. A técnica de FTIR e a informação reunida neste trabalho pode ser utilizada na construção de modelos de classificação que possam vir a ser utilizados para o diagnóstico de disfunções cognitivas.