Resonance Raman imaging and hierarchical clustering analysis applied to malaria-infected erythrocytes under hydroartemisinin and chloroquine derivatives

 

Imagerie en résonance Raman et classification hiérarchique appliquées à  des érythrocytes parasités sous l’hydrartémisinine et des dérivés de chloroquine

 

S.G.T. Zan1,2, J.T. Zoueu1*, A. Bonifacio2, V. Sergo2

1Laboratoire d’Instrumentation, Image et Spectroscopie (L2IS)

Institut National Polytechnique Félix Houphouët-Boigny

BP 1093, Yamoussoukro, Côte d’Ivoire

2Department of Materials and Natural Resources,University of Trieste,

Via Valerio 2, 34100 Trieste, Italy

* Corresponding author: E-mail: jeremie.zoueu@inphb.edu.ci

Received: 13 December 2010; revised version accepted: 30 September 2011

 

Abstract

     This work follows a paper reporting on a study on an interaction of hematin with antimalarial drug chloroquine by the use of resonance Raman spectroscopical investigation technique. Whereas this previous results have been made using hematin solution, we have performed an in vitro experiment in order to verify the detection of the n19 mode, by depolarization ratio behavior higher than 3/4, when the excitation wavelength of the laser is chosen to be resonant with Q-band absorption. Such high depolarization has not been observed in our investigation. On the other hand, we have investigated the interaction of chloroquine derivatives with malaria-infected red blood cell as well as hydroartemisinin activities, using excitation wavelengths at 514nm and 785nm. We compare and discuss the resonance Raman spectra of hemozoin-CQ  complex and free hemozoin, after 4 hours and 24 hours for the range of 1200cm-1 to 1750cm-1.

 

Keywords: Malaria; Plasmodium faliciparum; Hemozoin; Imaging spectroscopy; Resonance Raman; Hierarchical clustering analysis.

 

Résumé

     Notre travail fait suite à des résultats préliminaires d’études  sur des interactions entre l’hématine et la chloroquine utilisant la spectroscopie de résonance Raman. Alors que ces précédents résultats ont été obtenus en utilisant une extraction de l’hématine étudiée en solution, nous avons réalisé notre expérience sur hemozoine dans son environnement naturel, afin de vérifier l’hypothèse de la détection du mode de vibration n19, par le biais d’une dépolarisation supérieur à 3/4, lorsque la longueur d’onde d’excitation utilisée, coïncide avec la bande d’absorption Q, de l’hématine. Notre étude ne nous donne pas un tel niveau dépolarisation, lorsque l’hémozoine est dans son milieu naturel.  Dans un second temps, nous avons étudié les interactions entre deux dérivées de la chloroquine et les globules rouges infectés ainsi que le mode d’action de l’hydroartémisinine, en utilisant des longueurs d’ondes d’excitation à 514nm et 785nm. Nous comparons et discutons les résultats obtenus pour des globules rouges, avec et sans médicaments, caractérisés par un complexe hemozoine-chloroquine, après 4H et après 24H, dans la région spectrale comprise entre 1200cm-1 to 1750cm-1.

 

Mots clés : Paludisme ; Plasmodium falciparum ; Hémozoine ; Imagerie ; Resonance Raman ; Analyse par classification hierarchique.

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