Μελέτη αλλοιώσεων των ονύχων με μεθόδους φασματοσκοπίας Raman και τομογραφίας οπτικής συνοχής

Abstract

Onychomycosis is the most common nail infection, mainly affecting toenails and potentially involving all anatomical parts of the nail unit. Although it is not life-threatening, it often leads to nail deformation and pain, significantly impacting quality of life. In patients with diabetes mellitus, the condition is of clinical concern, as it can contribute to serious complications such as diabetic foot and increase susceptibility to fungal infections. Diagnosis typically relies on direct microscopic examination of nail scrapings and fungal cultures grown on selective media, methods that are time-consuming and require specialized personnel. However, accurate identification of the infectious agent is essential for appropriate treatment and to prevent recurrence. Non-invasive techniques, such as Raman spectroscopy and optical coherence tomography (OCT), offer rapid, high-resolution imaging and molecular characterization of tissues, making them promising tools for diagnosis. This thesis conducted an ex vivo investigation of the molecular composition and micromorphology of the nail plate, using Raman spectroscopy and OCT, specifically focusing on the diagnosis of onychomycosis in diabetic patients. Additionally, it explored whether diabetes-related changes in nail glycation affect susceptibility to fungal infection. Nail clippings were collected from four distinct groups of volunteers: healthy individuals, patients with onychomycosis, patients with diabetes, and patients with both conditions.The samples were classiffied based on HbA1c levels and results from mycological testing.Raman and OCT examinations were performed at various stages of sample preparation. Spectral data were analyzed using multivariate techniques (PCA and PLS-DA), including deconvolution of spectral peaks corresponding to known biochemical markers such as disulfide and amide bonds. Morphological features were assessed using surface roughness parameters (Ra, Rq, Rz) and attenuation coefficients (μOCT). The results revealed significant alterations in keratin secondary structure and nail morphology, supporting the hypothesis that patients with diabetes are more susceptible to onychomycosis. Raman spectroscopy combined with OCT offers a novel approach for detection of molecular and structural changes, with potential for future in vivo clinical use.

Η ονυχομυκητίαση, η συχνότερη λοίμωξη των ονύχων, προσβάλει κυρίως τους όνυχες των κάτω άκρων και μπορεί να επηρεάσει όλα τα ανατομικά τους μέρη. Αν και δεν αποτελεί απειλή για την γενική κατάσταση του ασθενούς, συχνά προκαλεί παραμόρφωση των ονύχων και πόνο, επηρεάζοντας σημαντικά την ποιότητα ζωής. Σημαντικό πρόβλημα προκύπτει στους ασθενείς με σακχαρώδη διαβήτη, καθώς η παθοφυσιολογική αλληλεπίδραση των δύο καταστάσεων μπορεί να συμβάλει στην εμφάνιση σοβαρών επιπλοκών, όπως το διαβητικό πόδι. Η διάγνωση βασίζεται κυρίως στην άμεση μικροσκόπηση ρινισμάτων και στην καλλιέργεια δειγμάτων ονύχων σε καλλιεργητικά υποστρώματα, τεχνικές που απαιτούν χρόνο και εξειδικευμένο προσωπικό. Ο ακριβής προσδιορισμός του παθολογικού αιτίου είναι αναγκαία προϋπόθεση για την ορθολογική επιλογή της θεραπείας και την επιτυχή αποφυγή μίας υποτροπής. Τεχνικές φασματοσκοπίας, όπως η φασματοσκοπία Raman και μη-καταστρεπτικές απεικονιστικές τεχνικές, όπως η τομογραφία οπτικής συνοχής, προσφέρουν μη-επεμβατική, άμεση και υψηλής διακριτικής ικανότητας απεικόνιση των ιστών. Η παρούσα διατριβή μελέτησε ex vivo την μοριακή σύσταση και την μικρομορφολογία της ονυχαίας πλάκας υγιών και παθολογικών ονύχων, με την χρήση φασματοσκοπίας Raman και τομογραφίας οπτικής συνοχής, εστιάζοντας στην διάγνωση της ονυχομυκητίασης, ιδίως σε ασθενείς με σακχαρώδη διαβήτη. Επιπλέον, διερευνήθηκε πειραματικά η ανίχνευση τροποποιήσεων στην γλυκοζυλίωση της ονυχαίας πλάκας (σχετιζόμενες με τον διαβήτη), και κατά πόσο επηρεάζουν την ευαισθησία στην ανάπτυξη ονυχομυκητίασης. Κατά την διάρκεια της μελέτης εξετάστηκαν ρινίσματα ονύχων από τέσσερις διακριτές ομάδες εθελοντών (υγιείς, πάσχοντες από ονυχομυκητίαση, πάσχοντες από σακχαρώδη διαβήτη, πάσχοντες από ονυχομυκητίαση και σακχαρώδη διαβήτη), τα οποία ταξινομήθηκαν με βάση τις τιμές HbA1c και τα αποτελέσματα των μυκητολογικών εξετάσεων. Τα δείγματα υποβλήθηκαν σε φασματοσκοπική (Raman) και απεικονιστική (OCT) ανάλυση, σε ορισμένα στάδια προεπεξεργασίας. Η επεξεργασία των φασματικών δεδομένων περιλάμβανε μεθόδους πολυπαραμετρικής ανάλυσης (PCA και PLS-DA), καθώς και αποσυνέλιξη χαρακτηριστικών κορυφών που σχετίζονται με γνωστούς δείκτες, όπως οι δισουλφιδικοί και οι αμιδικοί δεσμοί. Παράλληλα, πραγματοποιήθηκε ποσοτικός προσδιορισμός της μορφολογίας με δείκτες επιφανειακής τραχύτητας (Ra, Rq, Rz) και υπολογισμός του συντελεστή εξασθένησης (μOCT) των δειγμάτων. Τα αποτελέσματα κατέδειξαν σημαντικές μεταβολές στην δευτεροταγή δομή της κερατίνης και στην μορφολογία της ονυχαίας πλάκας, ενισχύοντας την υπόθεση ότι οι ασθενείς με σακχαρώδη διαβήτη εμφανίζουν αυξημένη προδιάθεση για ανάπτυξη ονυχομυκητίασης. Ο συνδυασμός της φασματοσκοπίας Raman και της τομογραφίας οπτικής συνοχής αναδεικνύεται ως καινοτόμος προσέγγιση για την ανίχνευση μοριακών και δομικών αλλοιώσεων, θέτοντας τις βάσεις για μελλοντική in vivo εφαρμογή στην κλινική διάγνωση.