Effects of formalin fixation in soft tissue light element composition by PIGE analysis

Cancer has been one of the most deadly and prevalent diseases of modern society, and its genesis and treatments are still not fully comprehended to this day. The scientific community has taken great interest in better understanding elementary tissue changes that might correlate to carcinogenesis. Particle Induced Gamma-ray Emission (PIGE) is an ion beam analysis (IBA) technique very suitable for biological sample analysis due to its great sensitivity for light elements of interest. Resorting to biopsied human tissue samples stored in formalin, made available by institutions dedicated to cancer studies such as Instituto Português de Oncologia (IPO), it is possible to quantify said light elements and describe how formalin influences the samples’ elementary matrix. This thesis sought to employ a quantification method based on backscattering and gamma spectra analysis to accurately describe the behaviour of light elements in formalin- fixated samples. The developed work included successful measurements of sodium and phosphorus in colon, ileon, spleen and muscle tissue samples. For the organ samples, both sodium and phosphorus presented, on average, a very large increase of concentration after a few days in formalin, that would either plateau or decline over longer periods of time. For muscle tissue, since the formalin fixation (FF) times were much shorter, it was possible to witness a sudden and steep sodium and phosphorus concentration increase in the first few minutes of FF. Future work aims to improve upon a few analysis methods used throughout this thesis, as well as acquiring further data to fill out some important data gaps and to validate the current results for these and more types of biological tissue.O cancro tem sido uma das doenças mais prevalentes e mortais da sociedade moderna, e a sua génese e tratamentos ainda não são completamente compreendidos. A comunidade científica tem gerado um grande interesse no entendimento das alterações elementares ao nível dos tecidos biológicos que possam estar por detrás da carcinogénese. A emissão de raios-gama induzida por partículas (PIGE) é uma técnica de análise por feixe de iões muito indicada ao estudo de amostras de tecido biológico, dada a sua elevada sensibilidade a elementos leves de interesse. Recorrendo a amostras de biópsia de tecido humano preservadas em formol, fornecidas por institutos dedicados ao estudo do cancro como o IPO, é possível quantificar esses mesmos elementos leves e descrever a influência do formol na matriz elementar dessas amostras. Esta tese procurou empregar um método de quantificação baseado na análise de espe- tros gama e de retrodispersão de partículas, de modo a descrever com precisão o compor- tamento de elementos leves em amostras fixadas em formol. Os resultados deste trabalho incluíram medidas de sódio e fósforo em amostras de colon, íleo, baço e tecido muscular. Para as amostras de órgãos, tanto o sódio como o fósforo apresentaram, em média, um grande aumento de concentração após alguns dias de fixação em formol, cuja tendência era manter-se ou diminuir para períodos de tempo mais longos. Para o tecido muscular, como os tempos de fixação foram muito mais curtos, foi possível observar um aumento intenso e repentino da concentração de sódio e fósforo nos primeiros minutos de fixação. Perspetivas futuras incluem o aperfeiçoamento de alguns métodos de análise usados ao longo desta tese, tal como a aquisição de mais amostras que permitam complementar falhas de informação e que permitam validar os resultados atuais para estes e mais tipos de tecidos biológicos