We would like to acknowledge the Department of Pathology at the University of Illinois at Chicago for financial support. Histology and visible imaging services were provided by the Research Resources Center - Research Histology and Tissue Imaging Core at the University of Illinois at Chicago established with the support of the Vice Chancellor of Research, in particular we would like to thank Ryan Deaton and Andy Hall for their expertise. We would also like to thank Agilent Technologies, in particular Frank Weston for support and loaning of additional IR lens.

The authors have nothing to disclose.

FT-IR هي طريقة الناشئة عن خالية من التسمية التصوير الكيمياء الحيوية من أقسام الأنسجة، مع احتمال أن يكون لها دور مهم في تحسين مستوى الحالي للتشخيص في علم الأمراض. المعيار الذهبي الحالي للأمراض الأنسجة يتطلب أن تحتاج فحص، ثابتة في الفورمالين، جزءا لا يتجزأ من البارافين، مقطوع عدة مرات، وملطخة البقع متعددة. وقال الطبيب الشرعي المدربين تدريبا عاليا ديه لتقييم ذاتي بصريا بنية الأنسجة والتشكل الخلوي لتحديد التشخيص. نحن هنا تظهر كيفية جمع الصور IR عالية الدقة من نفس النوع من أقسام ومناقشة بعض النهج الحسابية لدراسة الاختلافات الكيميائية بين أنواع الخلايا والحالات المرضية. الخطوات الحاسمة في هذا البروتوكول هي للتأكد من أن الأنسجة التي تركز بعناية فائقة وأن النظام معايرة بشكل جيد لضمان البيانات الطيفية ذات جودة عالية جدا. الرعاية عند إعداد هذا النظام هو criti ولا سيما<html> كال عند العمل مع أهداف التكبير عالية. للمساعدة في استكشاف الأخطاء وإصلاحها، القائمة التالية تغطي بعض الصعوبات المحتملة التي تمت مواجهتها؛ مشكلة: انخفاض كثافة الأشعة تحت الحمراء عند التصوير في التفكير. الحل: تحقق IR التوجه الشريحة مثل طلاء عاكسة قد تكون على الجانب الخطأ من الشريحة. مشكلة: انخفاض إشارة / علامة تحذير الأحمر في مراقبة لانسر. الحل: كشف كول مع LN2. مطلوب النيتروجين السائل للكشف عن FPA على العمل ويتطلب دوريا يجري تصدرت تصل. المشكلة: سرعة الأخطاء الخطأ / الحركة. الحل: إعادة تعيين مطياف وتقليل الاهتزازات. سوف تسبب الاهتزازات المرآة تتحرك في تداخل أن بالانزعاج. المشكلة: ارتفاع بخار الماء في البيانات. الحل: زيادة تطهير على النظام وحماية عينة من الهواء. المشكلة: centerburst غير صالح. الحل: البحث centerburst مرة أخرى. e_content &quot;&gt; المشكلة: الفرق انخفاض تدفق في نقل، على الرغم من تركز الحل: ضبط المكثف أسفل هذا سوف يحدث كما هو لا يجري التركيز ضوء الأشعة تحت الحمراء إلى نقطة على العينة. في هذه الورقة، فقد ركزنا على كيفية الحصول على صور عالية الوضوح IR من الأنسجة في أي انتقال أو وضع transflectance. طبيعة التصوير FT-IR، هو أن هناك تعديلات المتعددة التي يمكن إدخالها على الحصول على البيانات، مثل، نوع من الركيزة، تقنية التثبيت، سمك العينة، القرار الطيفي، وتداخل سرعة مرآة الخ تأثير هذه المعلمات لديها نوقشت بالتفصيل واسعة في الآونة الأخيرة 4،5،17،51. وهناك عدد من التعديلات التي يمكن إدخالها على نظام التصوير بما في ذلك التصوير في وضع ATR 10،24،26 وباستخدام نهج الحرارية النانوية 52،53 للسماح لارتفاع القرار التصوير IR. القيد الرئيسي مع ارتفاع القرار التصوير IR هو أن منظمة الشفافية الدوليةssues يجب أن يكون مستعدا بعناية ورقيقة بما يكفي لIR لتمرير من خلال (عادة 4 سمك ميكرون). وبالإضافة إلى ذلك، يتطلب نقل والانعكاس FT-IR التصوير العينات إلى أن تكون جافة بسبب امتصاص الأشعة تحت الحمراء عن طريق المياه. ومع ذلك، FT-IR التصوير ديه مزايا هامة على تقنيات أخرى، في أن ما في وسعها صورة بسرعة جدا مساحات واسعة من الأنسجة في حين اشتقاق المعلومات الكيميائية الحيوية الغنية وتفصيلا. وتشمل التقنيات الأخرى المماثلة التي تستمد المعلومات الحيوية بطريقة خالية من التسمية رامان الطيفي، ولكن وقت الحصول على البيانات أبطأ بكثير للحصول على الصور. النهج الجديد التصوير رامان آخذة في الظهور بما في ذلك محفز رامان نثر (SRS) ومتماسك Antistokes رامان نثر (CARS)؛ ومع ذلك، لديهم مجموعة وصول الطيفية محدود أو التصوير تيرة واحدة. قد يكون تقدما في سرعة الحصول على البيانات، التحليل المكاني، وتوافر النهج الحسابية من قيمة كبيرة في جعل FT-IR ايماج<html> جي نهجا أكثر جدوى للترجمة كأداة التصوير الجديدة في علم الأمراض. وكانت التطورات الأخيرة في القرار المكانية أهمية خاصة بالنسبة للأمراض الأنسجة نتيجة لأنواع الخلايا الأساسية لا يجري للحل باستخدام نظم التصوير FT-IR التقليدية. الورقة الأخيرة التي ريدي وآخرون. أظهرت كيفية تصميم نموذج نظام مثالي للحصول على قرار المكاني الأمثل لنظام التصوير FT-IR 5. على سبيل المثال أنسجة الكلى المقدمة في هذه الورقة يوضح أهمية القرارات المكانية أعلى من أجل استخراج المعلومات الحيوية من الهياكل الكبيبي (الشكل 3) والشكل (5). في المستقبل، التطورات الجديدة في الكم تتالي الليزر كما مشرقة جدا مصادر الضوء الأشعة تحت الحمراء 54-57، 3D الطيفي التصوير 58، وتحقيق اختراقات في مجال تقنيات النانو IR 52،53،59،60 عقد آفاقا جديدة مثيرة من البحوث التي قد يكون لها آثار ضخمة في مستقبل التصوير الأنسجة. الحمار = &quot;jove_content&quot;&gt; لقد قدمنا ​​أمثلة من التطبيقات في الكبد وأمراض الكلى حيث أن هناك حاجة للحصول على معلومات إضافية الكيميائية الحيوية التي يمكن أن تكون ذات قيمة تشخيصية. ويركز مختبر علم الأمراض الطيفي في قسم علم الأمراض في جامعة إلينوي في شيكاغو على ترجمة تقنيات التصوير IR نحو تحسين تشخيص الأمراض وتحسين التنبؤ بنتائج المرضى. قد التصوير FT-IR التغلب على بعض القيود الحالية في ممارسة علم الأمراض التي تتطلب معلومات كمية وموضوعية. على وجه الخصوص، ويتركز العمل في المستقبل على تحديد المناطق في ممارسة علم الأمراض الحالية حيث تفشل التقنيات الحالية لتوفير الحساسية التشخيصية المناسبة أو تقديم معلومات محدودة. وثمة حاجة واضحة في تحسين الممارسة الحالية للعلم الأمراض ونحو إعطاء المزيد من المعلومات إلى الطبيب الشرعي حول حالة مرض المريض، والتي قد تكون قابلة للتحقيق باستخدام عالية الوضوح التصوير FT-IR.

وكانت أطياف الأشعة تحت الحمراء أداة تحليلية المتوفرة في بعض شكل منذ 1930s. ومع ذلك، كان فقط خلال العقد الماضي أن مجال التصوير الأنسجة مع FT-IR قد انفجرت. وقد كان الدافع وراء التقدم في FT-IR لتصوير الأنسجة في جزء كبير من قبل ثلاثة تطورات رئيسية: 1) زيادة سرعة الحصول على البيانات نظرا لتوافر كبير صفيف المستوى البؤري (FPA) للكشف عن الذي عادة ما يكون الآلاف من الأشعة تحت الحمراء للكشف عن حساسية 1 ، 2، 2) تطوير خوارزميات المعالجة المتقدمة والقوة الحسابية لمعالجة البيانات الفائقة الطيفية كبيرة تحدد 3، و 3) نمذجة نظم التصوير FT-IR لتعظيم القرار المكانية 4،5. كانت هناك العديد من جودة عالية والمواد واسعة جدا إعادة النظر في مجال FT-IR الطيفي مؤخرا 6-16، بالإضافة إلى ورقة الطبيعة البروتوكولات التي تفاصيل الخطوات للحصول على الأطياف نقطة أو الخرائط من الأنسجة (17). في هذه الورقة، سوف نركز على البروتوكول الاضافيocol للحصول على صور من الأنسجة باستخدام 128 × 128 كاشف FPA في تعديل نظام FT-IR مع قدرات عالية الوضوح. منذ فترة طويلة واقترح FT-IR التصوير ليكون أداة يحتمل أن تكون مرغوبة للخلية والتصوير الأنسجة بسبب القدرة على الحصول على الصور في كل بكسل التي لديها ثروة من المعلومات الحيوية. ويستند FT-IR التصوير على مبدأ أن الجزيئات الحيوية المختلفة في عينة سوف تمتص الكمية مناطق مختلفة من منتصف الأشعة تحت الحمراء. وهذا يسمح للاشتقاق من &#39;البصمة الكيميائية الحيوية &quot;. قد تظهر هذه البصمات في العديد من الدراسات لتغيير بين أنواع مختلفة من الخلايا والحالات المرضية. خلافا لما حدث في ممارسة علم الأمراض التقليدية التي تحتاج فيها بقع وعلامات المناعى لاستخدامها لتصور وتحديد أنواع الخلايا والهياكل الأنسجة التي تستخدم لتوجيه خيارات التشخيص والعلاج، ويتم تشكيل الصور من FT-IR على أساس الكيمياء الحيوية المتأصل في الأنسجة. وTECHNIQ الحاليرق من الأنسجة تلطيخ للتشخيص هو مضيعة للوقت، مدمرة، شاقة، ويتطلب الخبرة الشخصية للالطبيب الشرعي، في حين FT-IR توفر إمكانية لجعل هذه العملية سريعة وغير مدمرة، الآلي للغاية، وأكثر من ذلك الهدف. وبالإضافة إلى ذلك، توفر FT-IR طريقا جديدا لحصول على معلومات إضافية البيوكيميائية التي قد لا تكون في متناول الجميع باستخدام تقنيات تلطيخ التقليدية. كان واحدا من أكثر التطورات إثارة في السنوات الأخيرة توافر نهج عالية التصوير القرار الذي يمكن أن تسمح الآن لتصور وتوصيف أنواع الخلايا والهياكل الأنسجة التي تعتبر بالغة الأهمية لتشخيص شامل المرض. واحدة من هذه التقنيات هو الموهن إجمالي الانعكاس (ATR) FT-IR الذي يشتمل على عدسة الغمر الصلبة (SIL) من معامل الانكسار عالية والذي يسمح لارتفاع القرار التصوير 18، مع العديد من الدراسات المثيرة جدا تظهر تطبيقاتها 19-25. وبالإضافة إلى ذلك، فإنه ثكما ثبت مؤخرا أن زيادة القرار المكانية المرتبطة ATR التصوير يمكن أن تسمح لتصور وتصنيف البطانية وخلايا عضلية ظهارية في أنسجة الثدي والتي تشكل عنصرا رئيسيا في تشخيص سرطان الثدي 26. في حين ATR التصوير مفيد جدا، وهذا الأسلوب يتطلب SIL لاجراء اتصالات مع الأنسجة لتشكيل الصور FT-IR. وبالتالي، واستخدامه يقتصر إلى حد ما لأمراض الأنسجة حيث مناطق واسعة من الأنسجة يجب تصويره بسرعة. وقد تجلى نهج الثاني اقتران هدف تضخم عالية إلى النظام القائم FT-IR يستخدم السنكروترون كمصدر مشرق من الأشعة تحت الحمراء، فمن الممكن لإلقاء الضوء بالكامل على FPA وصورة مع حجم بكسل فعال من 0.54 X 0.54 ميكرون. هذا يسمح لنا لتصور الهياكل الرئيسية في الثدي والبروستاتا الأنسجة التي لم تكن للحل باستخدام أنظمة FT-IR التقليدية 4. في حين أن هذه الزيادات الكبيرة في صورة IR resolutio المكانيةن كانت مثيرة، وبقي استخدامها محدود بسبب تتطلب السنكروترون. وفي وقت لاحق، وقد تم تصميم نظام الأمثل والتي قد تسمح أيضا للقدرات التصوير عالية الوضوح مع حجم بكسل 1.1 X 1.1 ميكرون دون اشتراط وجود مصدر السنكروترون بل باستخدام مصدر IR globar التقليدية 5. في هذه المقالة، وتبين لنا كيفية تعديل نظام التصوير الموجودة التجاري FT-IR للسماح للحيود الأشعة تحت الحمراء محدودة التصوير من الأنسجة مع إشارة مقبولة إلى نسبة الضوضاء باستخدام الأشعة تحت الحمراء أهداف متعددة (15X، 36X، 74X و). حجم بكسل فعال مع الأهداف الثلاثة هي 5.5 × 5.5 ميكرون (15X)، 2.2 X 2.2 ميكرون (36X) و 1.1 X 1.1 ميكرون (74X). نحن ثم إعطاء بعض الأمثلة على أهمية المكاسب التي تحققت في التحليل المكاني للكشف عن المرض في الكبد والكلى الخزعات 27.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1102">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:336px;">Cary 600 Series FT-IR system</td>
			<td style="width:308px;">Agilent</td>
			<td style="width:192px;">Multiple configurations&#160;</td>
			<td style="width:267px;">Alternate FT-IR imaging systems exist</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:336px;">Adjustable ReflX Objective 74X/0.65NA IR</td>
			<td style="width:308px;">Edmund Optics</td>
			<td style="width:192px;">66-592</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Adjustable ReflX Objective 36X/0.5NA IR</td>
			<td style="width:308px;">Edmund Optics</td>
			<td style="width:192px;">66-586</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:336px;">MirrIR slide</td>
			<td style="width:308px;">Kevley Technologies</td>
			<td style="width:192px;">CFR</td>
			<td>For FT-IR reflection-mode measurements</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:336px;">Barium Fluoride slides</td>
			<td style="width:308px;">International Crystal Laboratories</td>
			<td style="width:192px;">Multiple sizes</td>
			<td>For FT-IR transmission-mode measurements</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:336px;">Calcium Fluoride slides</td>
			<td style="width:308px;">International Crystal Laboratories</td>
			<td style="width:192px;">Multiple sizes</td>
			<td>For FT-IR transmission-mode measurements</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:336px;">Dry Nitrogen/Dry Air gas</td>
			<td style="width:308px;">Multiple gas suppliers</td>
			<td style="width:192px;">Multiple sizes</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:336px;">Hexane</td>
			<td style="width:308px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:192px;">Multiple sizes</td>
			<td>For deparafinizing tissue</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:336px;">Liquid Nitrogen</td>
			<td style="width:308px;">Multiple cryogenic liquid suppliers</td>
			<td style="width:192px;">Multiple sizes</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:336px;">ENVI-IDL software</td>
			<td style="width:308px;">Exelis-Vis</td>
			<td style="width:192px;"></td>
			<td>Other software packages available</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:336px;">Whole slide Imager</td>
			<td style="width:308px;">Scanscope (Aperio) or Nanozoomer (Hamamatsu)</td>
			<td style="width:192px;"></td>
			<td>To image stained slides</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

high-definition fourier transform infrared (ft-ir) spectroscopic imaging of human tissue sections towards improving pathology

عالية الوضوح تحويل فورييه الأشعة تحت الحمراء (FT-IR) التصوير الطيفي هو نهج الناشئة للحصول على صور مفصلة التي ترتبط المعلومات الكيميائية الحيوية. ويستند التصوير FT-IR من الأنسجة على مبدأ أن مناطق مختلفة من منتصف الأشعة تحت الحمراء يتم امتصاصها عن طريق روابط كيميائية مختلفة (على سبيل المثال، C = O، CH، NH) داخل الخلايا أو الأنسجة التي يمكن بعد ذلك أن تكون ذات صلة إلى وجود وتكوين من الجزيئات الحيوية (على سبيل المثال، والدهون، DNA، الجليكوجين، والبروتين، الكولاجين). في صورة FT-IR، كل بكسل في الصورة يتكون بأكمله الأشعة تحت الحمراء (IR) الطيف التي يمكن أن تعطي معلومات عن حالة البيوكيميائية للخلايا التي يمكن بعد ذلك استغلالها لخلية من نوع أو مرض من نوع التصنيف. في هذه الورقة، وتبين لنا: كيفية الحصول على صور الأشعة تحت الحمراء من الأنسجة البشرية باستخدام نظام FT-IR، وكيفية تعديل الأجهزة الموجودة للسماح للقدرات التصوير عالي الوضوح، وكيفية تصور الصور FT-IR. نحن بعد ذلك تقديم بعض التطبيقات من FT-IRلعلم الأمراض باستخدام الكبد والكلى على سبيل المثال. التصوير FT-IR يحمل تطبيقات مثيرة في توفير طريقا جديدا للحصول على المعلومات الحيوية من الخلايا والأنسجة في غير الاقلاق مسار تماما خالية من التسمية نحو إعطاء نظرة جديدة إلى تغييرات الجزيئية البيولوجية كجزء من عمليات المرض. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لهذه المعلومات الحيوية يحتمل يسمح للتحليل الموضوعي والآلي لبعض جوانب تشخيص الأمراض.

التصوير FT-IR يسمح للاشتقاق من الصور IR من الأنسجة التي يمكن أن تعطي تناقضات مختلفة تبعا لتردد الأشعة تحت الحمراء من الفائدة. وبالإضافة إلى ذلك، في صورة الأشعة تحت الحمراء، ويتكون كل بكسل من الطيف IR بأكمله، مع قمم مختلفة الموافق الجزيئات الحيوية المختلفة التي يمكن أن تعطي معلومات حول الخصائص الكيميائية الحيوية من أنواع الخلايا أو الحالات المرضية (الشكل 1). هنا، لقد أظهرنا كيفية مقارنة بصمات طيفية بين الطبقات، وتصنيف ولكن أكثر تقدما الآلي ممكن باستخدام خوارزميات إضافية 3،43-50، مثل تصنيف النظرية الافتراضية، عشوائية الغابات، الشبكات العصبية الاصطناعية، والهيكل التنظيمي تحليل العنقودية لا يمكن أن يؤديها على البيانات. سوف النهج تصنيف تحت الملاحظة تسمح لبناء المصنف الذي يمكن تدريب للسماح للاعتراف الآلي من أنواع الخلايا أو الحالات المرضية. النهج تصنيف غير خاضعة للرقابة يمكن أن تستخدم للبحث عن DIF التي تحدث بشكل طبيعيمن مؤتمرات في الأنسجة أو الخلايا بسبب التباين الكيمياء الحيوية. وقد تطورت FT-IR الأجهزة على مدى العقود القليلة الماضية، من قياس في نقطة / وضع الخرائط واحد باستخدام الأشعة تحت الحمراء فتحات مبهمة إلى وضع التصوير باستخدام الأهداف Cassegrain، وذلك باستخدام إما الهدف إلقاء الضوء على جانب وجود هدف جمع في نقل الوضع أو هدف واحد أن كلا ينير ويجمع في انعكاس الوضع (الشكل 2). وقد تجلى مؤخرا أن الهدف جمع في وضع الإرسال يمكن أن تنتقل عن الملاعب لالتكبير العالي والهدف الفتحة العددية للسماح للحيود محدود التصوير الأشعة تحت الحمراء، الذي يؤدي إلى زيادات كبيرة في القرار المكانية التي تم جمعها من الصور IR 4،5. قد يكون تقدما في القرار المكانية للتصوير الأنسجة ذات أهمية حاسمة كما يمكننا الآن تحديد أنواع الخلايا والهياكل الأنسجة، وعلى سبيل المثال وحدات وظيفية في الكلى، الكبيبات، وذلك باستخدام تكييفها في المنزلأنظمة FT-IR (الشكل 3). عالية الوضوح التصوير FT-IR يسمح للصور مفصلة من الأنسجة لفحصها لتحديد المناطق غير الطبيعية وتحديد الاختلافات الحيوية بين أنواع مختلفة من الخلايا. في نواة أنسجة الكبد، فمن الممكن لتصور خلايا الكبد والمناطق بالتسلل التليف الذي يقسم منطقتين متميزة من النمو الشاذ وتليف الكبد غير التنسج (الشكل 4). ونحن نعمل على استغلال هذا لجعل أدوات التشخيص الآلي للاستخدام في الحالات الصعبة من مرض في الكبد. الأهم من ذلك، يمكن زيادة القرار المكانية الآن تسمح لنا لعزل السمات الهيكلية المحددة التي يمكن تعديلها كيميائيا بواسطة المرض قبل التغيرات النسيجية واضحة. على سبيل المثال، نحن نركز على تحديد التغيرات البيوكيميائية في الهياكل الكبيبي في الكلى مثل كبسولة بومان، مسراق الكبيبة، الغشاء القاعدي الكبيبي وأنبوبي الغشاء القاعدي، قبل<html> التغييرات التي تم تحديدها من قبل الطبيب الشرعي ويمكن ملاحظة (الشكل 5). على وجه الخصوص، ونحن مهتمون في تحديد التغييرات المرتبطة تطور اعتلال الكلية السكري والرفض المزمن في مرضى زرع، حيث فشلت تقنيات الحالية لتحديد التغييرات بطريقة وقت مبكر بما يكفي لتدخل ناجح. <img alt="الشكل (1)" src="/files/ftp_upload/52332/52332fig1.jpg" /> الشكل 1. الصور FT-IR والطيف من نواة الكبد. صورة (A) H &amp; E الملون الأساسية من خزعة الكبد وصور الأشعة تحت الحمراء الامتصاصية من قسم التسلسلي للنفس الأساسية في (B) 3،286 سم -1 و (C) 2،603 سم -1، الذي سلط الضوء على السمات الهيكلية مختلفة. (D) نموذجي طيف الأشعة تحت الحمراء من الأنسجة، مع القمم الهامة المسمى. على نطاق وبار = 100 ميكرون.fig1large.jpg &quot;الهدف =&quot; _ فارغة &quot;&gt; الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم. <img alt="الشكل 2" src="/files/ftp_upload/52332/52332fig2.jpg" /> الشكل 2. البصريات التخطيطي بالتفصيل وسائط تشغيل المجهر FT-IR. (A) في وضع الإرسال، يضيء العينة من خلال هدف القاع، والضوء المار من خلال العينة التي تم جمعها من قبل الهدف العلوي. (B) في وضع التأمل، والهدف من كبار يخدم على حد سواء لإلقاء الضوء على عينة وجمع الضوء المنعكس. لم يتم استخدام الهدف السفلي. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52332/52332fig2large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الشكل (3)" src="/files/ftp_upload/52332/52332fig3.jpg" /> الشكل 3. مقارنة بين مختلفاأهداف المجهر ر على الصور FT-IR من الكبيبة الكلى في 2،925 سم -1. (A) 15X جمع الهدف مع NA = 0.5 (حجم 5.5 × 5.5 ميكرون بكسل). (B) 36X الهدف جمع مع NA = 0.5 (حجم 2.2 X 2.2 ميكرون بكسل). (C) جمع الهدف مع NA 74X = 0.65 (حجم 1.1 X 1.1 ميكرون بكسل). شريط النطاق = 50 ميكرومتر. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52332/52332fig3large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الشكل (4)" src="/files/ftp_upload/52332/52332fig4.jpg" /> الشكل 4. الاختلافات الطيفية بين التليف وخلايا الكبد في نواة الكبد. (A) H &amp; E الملون الأساسية من خزعة الكبد. (ب) صورة لمقطع الأساسية التسلسلي الممسوحة ضوئيا في FT-IR (36X الإعداد موضوعي). (C) معدل تقييمأطياف resentative من خلايا الكبد والتليف، والتي اتخذت من مناطق الأنسجة المشار إليها السهام في (A) و (B). على نطاق وبار = 100 ميكرون. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52332/52332fig4large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الرقم 5" src="/files/ftp_upload/52332/52332fig5.jpg" /> الشكل 5. التمايز من الميزات خزعة نسيج الكلى من خلال استخدام عالية الوضوح التصوير FT-IR. (A) الدوري حمض شيف القسم الملون مع ميزات ليكون استخراجه المسمى. (B) عالية الوضوح FT-IR صورة CH 2 غير المتماثلة المنطقة الممتدة (36X الإعداد موضوعي) من قسم التسلسلي للالأنسجة نفسها. (C) ملامح وصفت في (A) استخراج باستخدام صورة FT-IR في (ب) أن يكون قادرا على DIF كيميائياferentiate الميزات أربعة من الأنسجة. شريط النطاق = 50 ميكرومتر. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52332/52332fig5large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>

Watch this Scientific Journal Video about High-definition Fourier Transform Infrared FT-IR Spectroscopic Imaging of Human Tissue Sections towards Improving Pathology at JoVE.com

High-definition Fourier Transform Infrared FT-IR Spectroscopic Imaging of Human Tissue Sections towards Improving Pathology

Fourier Transform Infrared (FT-IR) spectroscopic imaging is a fast and label-free approach to obtain biochemical data sets of cells and tissues. Here, we demonstrate how to obtain high-definition FT-IR images of tissue sections towards improving disease diagnosis.

عالية الوضوح تحويل فورييه الأشعة تحت الحمراء (FT-IR) طيفية التصوير من أقسام الأنسجة البشرية نحو تحسين علم الأمراض

High-definition Fourier Transform Infrared (FT-IR) spectroscopic imaging is an emerging approach to obtain detailed images that have associated ...

high-definition-fourier-transform-infrared-ft-ir-spectroscopic

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Electrical Engineering

Medicine

Unit 1

High-definition Fourier Transform Infrared (FT-IR) Spectroscopic Imaging of Human Tissue Sections towards Improving Pathology

z-Transform

SCIENTISTS IN ACTION

33.0K Views.  University of Illinois at Chicago. Fourier Transform Infrared (FT-IR) spectroscopic imaging is a fast and label-free approach to obtain biochemical data sets of cells and tissues. Here, we demonstrate how to obtain high-definition FT-IR images of tissue sections towards improving disease diagnosis. 

Video: High-definition Fourier Transform Infrared FT-IR Spectroscopic Imaging of Human Tissue Sections towards Improving Pathology

Technique and Considerations in the Use of 4x1 Ring High-definition Transcranial Direct Current Stimulation (HD-tDCS)

High-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS) has recently been developed as a noninvasive brain stimulation approach that increases the accuracy of current delivery to the brain by using arrays of smaller "high-definition" electrodes, instead of the larger pad-electrodes of conventional tDCS. Targeting is achieved by energizing electrodes placed in predetermined configurations. One of these is the 4x1-ring configuration. In this approach, a center ring electrode (anode or cathode) overlying the target cortical region is surrounded by four return electrodes, which help circumscribe the area of stimulation. Delivery of 4x1-ring HD-tDCS is capable of inducing significant neurophysiological and clinical effects in both healthy subjects and patients. Furthermore, its tolerability is supported by studies using intensities as high as 2.0 milliamperes for up to twenty minutes.
Even though 4x1 HD-tDCS is simple to perform, correct electrode positioning is important in order to accurately stimulate target cortical regions and exert its neuromodulatory effects. The use of electrodes and hardware that have specifically been tested for HD-tDCS is critical for safety and tolerability. Given that most published studies on 4x1 HD-tDCS have targeted the primary motor cortex (M1), particularly for pain-related outcomes, the purpose of this article is to systematically describe its use for M1 stimulation, as well as the considerations to be taken for safe and effective stimulation. However, the methods outlined here can be adapted for other HD-tDCS configurations and cortical targets.

Technique and Considerations in the Use of 4x1 Ring High-definition Transcranial Direct Current Stimulation HD-tDCS

High-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS), with its 4x1-ring montage, is a noninvasive brain stimulation technique that combines both the neuromodulatory effects of conventional tDCS with increased focality. This article provides a systematic demonstration of the use of 4x1 HD-tDCS, and the considerations needed for safe and effective stimulation.

تقنية واعتبارات في استخدام 4X1 خاتم عالي الوضوح عبر الجمجمة مباشر تحفيز الحالي (HD-tDCS)

High-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS) has recently been developed as a noninvasive brain stimulation approach that increases ...

Tissue-simulating Phantoms for Assessing Potential Near-infrared Fluorescence Imaging Applications in Breast Cancer Surgery

Inaccuracies in intraoperative tumor localization and evaluation of surgical margin status result in suboptimal outcome of breast-conserving surgery (BCS). Optical imaging, in particular near-infrared fluorescence (NIRF) imaging, might reduce the frequency of positive surgical margins following BCS by providing the surgeon with a tool for pre- and intraoperative tumor localization in real-time. In the current study, the potential of NIRF-guided BCS is evaluated using tissue-simulating breast phantoms for reasons of standardization and training purposes.
Breast phantoms with optical characteristics comparable to those of normal breast tissue were used to simulate breast conserving surgery. Tumor-simulating inclusions containing the fluorescent dye indocyanine green (ICG) were incorporated in the phantoms at predefined locations and imaged for pre- and intraoperative tumor localization, real-time NIRF-guided tumor resection, NIRF-guided evaluation on the extent of surgery, and postoperative assessment of surgical margins. A customized NIRF camera was used as a clinical prototype for imaging purposes.
Breast phantoms containing tumor-simulating inclusions offer a simple, inexpensive, and versatile tool to simulate and evaluate intraoperative tumor imaging. The gelatinous phantoms have elastic properties similar to human tissue and can be cut using conventional surgical instruments. Moreover, the phantoms contain hemoglobin and intralipid for mimicking absorption and scattering of photons, respectively, creating uniform optical properties similar to human breast tissue. The main drawback of NIRF imaging is the limited penetration depth of photons when propagating through tissue, which hinders (noninvasive) imaging of deep-seated tumors with epi-illumination strategies.

Near-infrared fluorescence (NIRF) imaging may improve therapeutic outcome of breast cancer surgery by enabling intraoperative tumor localization and evaluation of surgical margin status. Using tissue-simulating breast phantoms containing fluorescent tumor-simulating inclusions, potential clinical applications of NIRF imaging in breast cancer patients can be assessed for standardization and training purposes.

الخيالات الأنسجة محاكاة لتقييم المحتملة القريبة من الأشعة تحت الحمراء تطبيقات التصوير الإسفار في جراحة سرطان الثدي

Inaccuracies in intraoperative tumor localization and evaluation of surgical margin status result in suboptimal outcome of breast-conserving surgery ...

Cerenkov Luminescence Imaging of Interscapular Brown Adipose Tissue

Brown adipose tissue (BAT), widely known as a &#8220;good fat&#8221; plays pivotal roles for thermogenesis in mammals. This special tissue is closely related to metabolism and energy expenditure, and its dysfunction is one important contributor for obesity and diabetes. Contrary to previous belief, recent PET/CT imaging studies indicated the BAT depots are still present in human adults. PET imaging clearly shows that BAT has considerably high uptake of 18F-FDG under certain conditions. In this video report, we demonstrate that Cerenkov luminescence imaging (CLI) with 18F-FDG can be used to optically image BAT in small animals. BAT activation is observed after intraperitoneal injection of norepinephrine (NE) and cold treatment, and depression of BAT is induced by long anesthesia. Using multiple-filter Cerenkov luminescence imaging, spectral unmixing and 3D imaging reconstruction are demonstrated. Our results suggest that CLI with 18F-FDG is a practical technique for imaging BAT in small animals, and this technique can be used as a cheap, fast, and alternative imaging tool for BAT research.

In this video report, we show the application of Cerenkov Luminescence Imaging (CLI) for interscapular brown adipose tissue in mice under activated and depressed conditions.

كيرينكوف التلألؤ التصوير من الأنسجة الدهنية بين الكتفين براون

Brown adipose tissue (BAT), widely known as a &#8220;good fat&#8221; plays pivotal roles for thermogenesis in mammals. This special tissue is closely ...

Working with Human Tissues for Translational Cancer Research

Medical research for human benefit is greatly impeded by the necessity for human tissues and subjects. However, upon obtaining consent for human specimens, precious samples must be handled with the greatest care in order to ensure integrity of organs, tissues, and cells to the highest degree. Unfortunately, tissue processing by definition requires extraction of tissues from the host, a change which can cause great cellular stress and have major repercussions on subsequent analyses. These stresses could result in the specimen being no longer representative of the site from which it was retrieved. Therefore, a strict protocol must be adhered to while processing these specimens to ensure representativeness. The desired assay(s) must also be taken into consideration in order to ensure that an optimal technique is used for sample processing. Outlined here is a protocol for tissue retrieval, processing and various analyses which may be performed on processed tissue in order to maximize downstream production from limited tissue samples.

Translational cancer research is dependent on extraction of human tissues. Much work has gone into optimizing extraction methods for ex vivo analysis. Here, we describe tissue processing methods allowing for maximal data output from limited samples.

العمل مع الأنسجة البشرية لبالحركة أبحاث السرطان

Medical research for human benefit is greatly impeded by the necessity for human tissues and subjects. However, upon obtaining consent for human ...

Combined Near-infrared Fluorescent Imaging and Micro-computed Tomography for Directly Visualizing Cerebral Thromboemboli

Direct thrombus imaging visualizes the root cause of thromboembolic infarction. Being able to image thrombus directly allows far better investigation of stroke than relying on indirect measurements, and will be a potent and robust vascular research tool. We use an optical imaging approach that labels thrombi with a molecular imaging thrombus marker&#160;&#8212; a Cy5.5 near-infrared fluorescent (NIRF) probe that is covalently linked to the fibrin strands of the thrombus by the fibrin-crosslinking enzymatic action of activated coagulation factor XIIIa during the process of clot maturation. A micro-computed tomography (microCT)-based approach uses thrombus-seeking gold nanoparticles (AuNPs) functionalized to target the major component of the clot: fibrin. This paper describes a detailed protocol for the combined in vivo microCT and ex vivo NIRF imaging of thromboemboli in a mouse model of embolic stroke. We show that in vivo microCT and fibrin-targeted glycol-chitosan AuNPs (fib-GC-AuNPs) can be used for visualizing both in situ thrombi and cerebral embolic thrombi. We also describe the use of in vivo microCT-based direct thrombus imaging to serially monitor the therapeutic effects of tissue plasminogen activator-mediated thrombolysis. After the last imaging session, we demonstrate by ex vivo NIRF imaging the extent and the distribution of residual thromboemboli in the brain. Finally, we describe quantitative image analyses of microCT and NIRF imaging data. The combined technique of direct thrombus imaging allows two independent methods of thrombus visualization to be compared: the area of thrombus-related fluorescent signal on ex vivo NIRF imaging vs. the volume of hyperdense microCT thrombi in vivo.

This protocol describes the application of combined near-infrared fluorescent (NIRF) imaging and micro-computed tomography (microCT) for visualizing cerebral thromboemboli. This technique allows the quantification of thrombus burden and evolution. The NIRF imaging technique visualizes fluorescently labeled thrombus in excised brain, while the microCT technique visualizes thrombus inside living animals using gold-nanoparticles.

التصوير نيون المشتركة القريبة من تحت الحمراء والتصوير المقطعي مايكرو لتصور مباشرة الشلل Thromboemboli

Direct thrombus imaging visualizes the root cause of thromboembolic infarction. Being able to image thrombus directly allows far better investigation of ...

3D Ultrasound Imaging: Fast and Cost-effective Morphometry of Musculoskeletal Tissue

The developmental goal of 3D ultrasound imaging (3DUS) is to engineer a modality to perform 3D morphological ultrasound analysis of human muscles. 3DUS images are constructed from calibrated freehand 2D B-mode ultrasound images, which are positioned into a voxel array. Ultrasound (US) imaging allows quantification of muscle size, fascicle length, and angle of pennation. These morphological variables are important determinants of muscle force and length range of force exertion. The presented protocol describes an approach to determine volume and fascicle length of m.&#160;vastus lateralis and m.&#160;gastrocnemius medialis. 3DUS facilitates standardization using 3D anatomical references. This approach provides a fast and cost-effective approach for quantifying 3D morphology in skeletal muscles. In healthcare and sports, information on the morphometry of muscles is very valuable in diagnostics and/or follow-up evaluations after treatment or training.

3D ultrasound imaging (3DUS) allows fast and cost-effective morphometry of musculoskeletal tissues. We present a protocol to measure muscle volume and fascicle length using 3DUS.

التصوير بالموجات فوق الصوتية ثلاثية الأبعاد: مورفوميتري سريعة وفعالة من حيث التكلفة لانسجة العضلات والعظام

The developmental goal of 3D ultrasound imaging (3DUS) is to engineer a modality to perform 3D morphological ultrasound analysis of human muscles. 3DUS ...

Skeletal Muscle Neurovascular Coupling, Oxidative Capacity, and Microvascular Function with 'One Stop Shop' Near-infrared Spectroscopy

Exercise represents a major hemodynamic stress that demands a highly coordinated neurovascular response in order to match oxygen delivery to metabolic demand. Reactive hyperemia (in response to a brief period of tissue ischemia) is an independent predictor of cardiovascular events and provides important insight into vascular health and vasodilatory capacity. Skeletal muscle oxidative capacity is equally important in health and disease, as it determines the energy supply for myocellular processes. Here, we describe a simple, non-invasive approach using near-infrared spectroscopy to assess each of these major clinical endpoints (reactive hyperemia, neurovascular coupling, and muscle oxidative capacity) during a single clinic or laboratory visit. Unlike Doppler ultrasound, magnetic resonance images/spectroscopy, or invasive catheter-based flow measurements or muscle biopsies, our approach is less operator-dependent, low-cost, and completely non-invasive. Representative data from our lab taken together with summary data from previously published literature illustrate the utility of each of these end-points. Once this technique is mastered, application to clinical populations will provide important mechanistic insight into exercise intolerance and cardiovascular dysfunction.

Skeletal Muscle Neurovascular Coupling, Oxidative Capacity, and Microvascular Function with &#039;One Stop Shop&#039; Near-infrared Spectroscopy

Here, we describe a simple, non-invasive approach using near-infrared spectroscopy to assess reactive hyperemia, neurovascular coupling and skeletal muscle oxidative capacity in a single clinic or laboratory visit.

اقتران نيوروفاسكولار الهيكل العظمى والعضلات والقدرات الأكسدة والدالة ميكروفاسكولار مع 'واحد وقف متجر' القريبة من الأشعة تحت الحمراء الطيفي

Exercise represents a major hemodynamic stress that demands a highly coordinated neurovascular response in order to match oxygen delivery to metabolic ...

Characterization of Immune Cells in Human Adipose Tissue by Using Flow Cytometry

Infiltration of immune cells in the subcutaneous and visceral adipose tissue (AT) deposits leads to a low-grade inflammation contributing to the development of obesity-associated complications such as type 2 diabetes. To quantitatively and qualitatively investigate the immune cell subsets in human AT deposits, we have developed a flow cytometry approach. The stromal vascular fraction (SVF), containing the immune cells, is isolated from subcutaneous and visceral AT biopsies by collagenase digestion. Adipocytes are removed after centrifugation. The SVF cells are stained for multiple membrane-bound markers selected to differentiate between immune cell subsets and analyzed using flow cytometry. As a result of this approach, pro- and anti-inflammatory macrophage subsets, dendritic cells (DCs), B-cells, CD4+ and CD8+ T-cells, and NK cells can be detected and quantified. This method gives detailed information about immune cells in AT and the amount of each specific subset. Since there are numerous fluorescent antibodies available, our flow cytometry approach can be adjusted to measure various other cellular and intracellular markers of interest.

This article describes a method to analyze immune cell content of adipose tissue by isolation of immune cells from adipose tissue and subsequent analysis using flow cytometry.

تحديد خصائص الخلايا المناعية في الأنسجة الدهنية البشرية باستخدام التدفق الخلوي

Infiltration of immune cells in the subcutaneous and visceral adipose tissue (AT) deposits leads to a low-grade inflammation contributing to the ...

Nanoscopic Imaging of Human Tissue Sections via Physical and Isotropic Expansion

In modern pathology, optical microscopy plays an important role in disease diagnosis by revealing microscopic structures of clinical specimens. However, the fundamental physical diffraction limit prevents interrogation of nanoscale anatomy and subtle pathological changes when using conventional optical imaging approaches. Here, we describe a simple and inexpensive protocol, called expansion pathology (ExPath), for nanoscale optical imaging of common types of clinical primary tissue specimens, including both fixed-frozen or formalin-fixed paraffin embedded (FFPE) tissue sections. This method circumvents the optical diffraction limit by chemically transforming the tissue samples into tissue-hydrogel hybrid and physically expanding them isotropically across multiple scales in pure water. Due to expansion, previously unresolvable molecules are separated and thus can be observed using a conventional optical microscope.

Nanoscale imaging of clinical tissue samples can improve understanding of disease pathogenesis. Expansion pathology (ExPath) is a version of expansion microscopy (ExM), modified for compatibility with standard clinical tissue samples, to explore the nanoscale configuration of biomolecules using conventional diffraction limited microscopes.

التصوير النانوسكوبي لأقسام الأنسجة البشرية عن طريق التوسع البدني والنظائري

In modern pathology, optical microscopy plays an important role in disease diagnosis by revealing microscopic structures of clinical specimens. However, ...

DIPLOMA Approach for Standardized Pathology Assessment of Distal Pancreatectomy Specimens

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is one of the most lethal malignant cancers. A minority (20%) of PDACs are found in the pancreatic body and tail. Accurate pathology assessment of the pancreatic specimen is essential for providing prognostic information and it may guide further treatment strategies. The recent 8th edition of the American Joint Committee on Cancer/Union for International Cancer Control (AJCC/UICC) staging system for pancreatic tumors has incorporated significant changes to tumor (pT) stage, which is predominantly based on tumor size. This change emphasizes the importance of careful block selection. Owing to the greater prevalence of tumors in the head of the pancreas, efforts are made to standardize the assessment of pancreatoduodenectomy specimens. However, consensus regarding the macroscopic assessment of distal (i.e., left) pancreatectomy specimens is lacking. The DIPLOMA approach includes the standardized measurement of pancreas and other resected organs, inking of relevant surgical margins and anatomical surfaces without removing covering layers of fat, measurement of tumor size (for T-stage), together with assessment of splenic vessel involvement (and other organs if present). All relevant margins are assessed, and relevant blocks are selected to confirm these parameters microscopically. The current protocol describes a standardized approach to the macroscopic assessment of distal pancreatectomy specimens. This approach was developed during several meetings with pathologists and surgeons during the preparation phase for an international multicenter trial (DIPLOMA, ISRCTN44897265), which focuses on radicality of distal pancreatectomy for pancreatic ductal adenocarcinoma. This standardized approach can be instrumental in the design of studies and will uniform reporting on the outcomes of distal pancreatectomy. The described technique is used in the DIPLOMA trial for pancreatic ductal adenocarcinoma but may also be useful for other indications.

The current study highlights a standardized approach to the macroscopic assessment of distal pancreatectomy specimens for pancreatic ductal adenocarcinoma, with special emphasis on the measurement of pancreatic dimensions and those of other organs, inking of margins, measurement of tumor size and proximity to margins, lymph node sampling and block selection.

نهج دبلوم لتقييم علم الأمراض الموحد لعينات فُرُك البنكرياس الديستالية

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is one of the most lethal malignant cancers. A minority (20%) of PDACs are found in the pancreatic body and tail. ...