Name: resolving water, proteins, and lipids from in vivo confocal raman spectra of stratum corneum through a chemometric approach
Uploaded: 2019-09-26T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Resolving Water, Proteins, and Lipids from In Vivo Confocal Raman Spectra of Stratum Corneum through a Chemometric Approach at JoVE.com

ويقر المؤلفون إلى حد كبير بالدعم المالي المقدم من قسم الرعاية التحليلية والتطهير الشخصي للوظائف المؤسسية. ونود أن نعرب عن امتناننا للمديرين المعاوبين التحليليين السيدة ياسمين وانغ والدكتور روب غاردنر على توجيههم ودعمهم، والسيدة لي يانغ على مساعدتها في جمع البيانات.

وقد وافقت لجنة الاستعراض المؤسسي لمستشفى بيجين للأطفال على هذه الدراسة امتثالا للمبادئ التوجيهية الأخلاقية لإعلان هلسنكي لعام 1975. وقد أجريت وفقا للمبادئ التوجيهية التراث الثقافي غير المادي للممارسة السريرية الجيدة. وقد أجريت الدراسة في الفترة من أيار/مايو إلى تموز/يوليه 2015.
<p class="jove_tit...

<ol>
	<li>Caspers, P., Lucassen, G., Bruining, H., Puppels, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+depth+-+scanning+confocal+Raman+microspectrometer+for+rapid+in+vivo+determination+of+water+concentration+profiles+in+human+skin.">Automated depth - scanning confocal Raman microspectrometer for rapid in vivo determination of water concentration profiles in human skin.</a> Journal of Raman Spectroscopy. 31 (8-9), 813-818 (2000).</li><li>Crowther, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+the+effects+of+topical+moisturizers+on+changes+in+stratum+corneum+thickness,+water+gradients+and+hydration+in+vivo.">Measuring the effects of topical moisturizers on changes in stratum corneum thickness, water gradients and hydration in vivo.</a> British Journal of Dermatology. 159 (3), 567-577 (2008).</li><li>Egawa, M., Tagami, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+the+depth+profiles+of+water+and+water-binding+substances+in+the+stratum+corneum+determined+in+vivo+by+Raman+spectroscopy+between+the+cheek+and+volar+forearm+skin:+effects+of+age,+seasonal+changes+and+artificial+forced+hydration.">Comparison of the depth profiles of water and water-binding substances in the stratum corneum determined in vivo by Raman spectroscopy between the cheek and volar forearm skin: effects of age, seasonal changes and artificial forced hydration.</a> British Journal of Dermatology. 158 (2), 251-260 (2008).</li><li>Crowther, J. M., Matts, P. J., Kaczvinsky, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Changes in Stratum Corneum Thickness, Water Gradients and Hydration by Moisturizers. , (2012).</li><li>Pudney, P. D., M&#233;lot, M., Caspers, P. J., Van, D. P. A., Puppels, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+in+vivo+confocal+Raman+study+of+the+delivery+of+trans+retinol+to+the+skin.">An in vivo confocal Raman study of the delivery of trans retinol to the skin.</a> Applied Spectroscopy. 61 (8), 804 (2007).</li><li>Mohammed, D., Matts, P., Hadgraft, J., Lane, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro-in+vivo+correlation+in+skin+permeation.">In vitro-in vivo correlation in skin permeation.</a> Pharmaceutical Research. 31 (2), 394-400 (2014).</li><li>Hanlon, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prospects+for+in+vivo+Raman+spectroscopy.">Prospects for in vivo Raman spectroscopy.</a> Physics in Medicine and Biology. 45 (2), 1 (2000).</li><li>Mohammed, D., Crowther, J. M., Matts, P. J., Hadgraft, J., Lane, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+niacinamide+containing+formulations+on+the+molecular+and+biophysical+properties+of+the+stratum+corneum.">Influence of niacinamide containing formulations on the molecular and biophysical properties of the stratum corneum.</a> International Journal of Pharmaceutics. 441 (1-2), 192-201 (2013).</li><li>Boireau-Adamezyk, E., Baillet-Guffroy, A., Stamatas, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Age-dependent+changes+in+stratum+corneum+barrier+function.">Age-dependent changes in stratum corneum barrier function.</a> Skin Research and Technology. 20 (4), 409-415 (2014).</li><li>Pezzotti, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Raman+spectroscopy+of+human+skin:+looking+for+a+quantitative+algorithm+to+reliably+estimate+human+age.">Raman spectroscopy of human skin: looking for a quantitative algorithm to reliably estimate human age.</a> Journal of Biomedical Optics. 20 (6), 065008 (2015).</li><li>Mlitz, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+filaggrin+mutations+on+Raman+spectra+and+biophysical+properties+of+the+stratum+corneum+in+mild+to+moderate+atopic+dermatitis.">Impact of filaggrin mutations on Raman spectra and biophysical properties of the stratum corneum in mild to moderate atopic dermatitis.</a> Journal of the European Academy of Dermatology and Venereology. 26 (8), 983-990 (2012).</li><li>Janssens, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lipid+to+protein+ratio+plays+an+important+role+in+the+skin+barrier+function+in+patients+with+atopic+eczema.">Lipid to protein ratio plays an important role in the skin barrier function in patients with atopic eczema.</a> British Journal of Dermatology. 170 (6), 1248-1255 (2014).</li><li>Faiman, R., Larsson, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assignment+of+the+C+H+stretching+vibrational+frequencies+in+the+Raman+spectra+of+lipids.">Assignment of the C H stretching vibrational frequencies in the Raman spectra of lipids.</a> Journal of Raman Spectroscopy. 4 (4), 387-394 (1976).</li><li>Edwards, H. G., Farwell, D. W., Williams, A. C., Barry, B. W., Rull, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+spectroscopic+deconvolution+procedure+for+complex+biological+systems:+vibrational+components+in+the+FT-Raman+spectra+of+ice-man+and+contemporary+skin.">Novel spectroscopic deconvolution procedure for complex biological systems: vibrational components in the FT-Raman spectra of ice-man and contemporary skin.</a> Journal of the Chemical Society, Faraday Transactions. 91 (21), 3883-3887 (1995).</li><li>Choe, C., Lademann, J., Darvin, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lipid+organization+and+stratum+corneum+thickness+determined+in+vivo+in+human+skin+analyzing+lipid-keratin+peak+(2820-3030+cm-+1)+using+confocal+Raman+microscopy.">Lipid organization and stratum corneum thickness determined in vivo in human skin analyzing lipid-keratin peak (2820-3030 cm- 1) using confocal Raman microscopy.</a> Journal of Raman Spectroscopy. 47 (11), 1327-1331 (2016).</li><li>Stamatas, G. N., de Sterke, J., Hauser, M., von Stetten, O., van der Pol, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lipid+uptake+and+skin+occlusion+following+topical+application+of+oils+on+adult+and+infant+skin.">Lipid uptake and skin occlusion following topical application of oils on adult and infant skin.</a> Journal of Dermatological Science. 50 (2), 135-142 (2008).</li><li>Choe, C., Lademann, J., Darvin, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Confocal+Raman+microscopy+for+investigating+the+penetration+of+various+oils+into+the+human+skin+in+vivo.">Confocal Raman microscopy for investigating the penetration of various oils into the human skin in vivo.</a> Journal of Dermatological Science. , (2015).</li><li>Zhang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+MCR+approach+revealing+protein,+water+and+lipid+depth+profile+in+atopic+dermatitis+patients'+stratum+corneum+via+in+vivo+confocal+Raman+spectroscopy.">A MCR approach revealing protein, water and lipid depth profile in atopic dermatitis patients' stratum corneum via in vivo confocal Raman spectroscopy.</a> Analytical Chemistry. , (2019).</li><li>Caspers, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> In vivo Skin Characterization by Confocal Raman Microspectroscopy. , (2003).</li><li>Jaumot, J., de Juan, A., Tauler, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MCR-ALS+GUI+2.0:+New+features+and+applications.">MCR-ALS GUI 2.0: New features and applications.</a> Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems. 140, 1-12 (2015).</li><li>Choe, C., Choe, S., Schleusener, J., Lademann, J., Darvin, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modified+normalization+method+in+in+vivo+stratum+corneum+analysis+using+confocal+Raman+microscopy+to+compensate+nonhomogeneous+distribution+of+keratin.">Modified normalization method in in vivo stratum corneum analysis using confocal Raman microscopy to compensate nonhomogeneous distribution of keratin.</a> Journal of Raman Spectroscopy. , (2019).</li><li>Wise, B. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemometrics+tutorial+for+PLS_Toolbox+and+Solo.">Chemometrics tutorial for PLS_Toolbox and Solo.</a> Eigenvector Research, Inc. 3905, 102-159 (2006).</li></ol>

أثناء جمع البيانات، كما هو موضح في القسمين 2 و3 من البروتوكول، تم جمع كل ملف عمق في منطقة مع اتصال بين نافذة الصك والجلد من خلال العثور على المناطق الداكنة من الصور المجهرية التي تم تسليط الضوء عليها في الدوائر الحمراء في الشكل 2جيم وبمجرد تحديد هذه المناطق، كان من ...

في الدراسات السريرية، في الجسم الحي البؤري رامان مطياف أظهرت قدرتها الفريدة لتحديد سمك القرنية الطبقة ومحتوى المياه1،2،3،4،وتتبع اختراق المواد النشطة تطبق موضعيا على الجلد5،6. كنهج غير الغازية، يكشف مطياف رامان البؤري الإشارات الجزيئية على أساس أوضاع الاهتزاز. وبالتالي، لا حاجة لوضع العلامات7. في الجسم الحي البؤري رامان مطيافييوفر المعلومات الكيميائية مع دقة عمق استنادا إلى الطبيعة البؤرية لهذه التقنية. هذه المعلومات التي تعتمد على العمق مفيدة جدا في دراسة آثار منتجات العناية بالبشرة4،8، الشيخوخة9،10، التغيرات الموسمية3، فضلا عن الأمراض وظيفة حاجز الجلد ، مثل التهاب الجلد التأتبي11،12. هناك الكثير من المعلومات في منطقة التردد العالي من مطياف رامان البؤري (2500-4000 سم-1)،حيث تنتج المياه قمم متميزة في المنطقة بين 3,250-3,550 سم-1. ومع ذلك، فإن قمم رامان من البروتينات والدهون، والتي تتركز بين ما يقرب من 2800-3000 سم-1،تتداخل مع بعضها البعض لأن الإشارات تنتج أساسا من الميثيلين (-CH2-) والميثيل (-CH3)مجموعات13 . وتمثل هذه المعلومات المتراكبة تحديا تقنيا عند الحصول على كميات نسبية من الأنواع الجزيئية الفردية. وقد استخدمت الذروة المناسب14،15 وانتقائية موقف الذروة12،16 النهج لحل هذا التحدي. ومع ذلك، فإنه من الصعب على هذه الطرق المستندة إلى الذروة واحدة لاستخراج معلومات المكون النقي لأن قمم رامان متعددة من نفس المكون تغيير في نفس الوقت17. في المنشور الأخير18، اقترح نهج MCR لتوضيح المعلومات المكون النقي. باستخدام هذا النهج، تم استخراج ثلاثة مكونات (الماء والبروتينات والدهون) من مجموعة بيانات مطيافية كبيرة في الجسم الحي.
تنفيذ الدراسات السريرية الكبيرة يمكن أن تكون صعبة على الأفراد جمع في البيانات الطيفية الجسم الحي. وفي بعض الحالات، يمكن أن يتطلب الاكتساب الطيفي معدات تشغيل لعدة ساعات في اليوم، ويمكن أن تمتد الدراسة إلى أسابيع أو أشهر. وفي ظل هذه الظروف، يمكن أن يتم توليد البيانات الطيفية من قبل مشغلي المعدات الذين يفتقرون إلى الخبرة التقنية لتحديد واستبعاد وتصحيح جميع مصادر القطع الأثرية الطيفية. وقد تحتوي مجموعة البيانات الناتجة على جزء صغير من القيم الخارجية الطيفية التي يلزم تحديدها واستبعادها من البيانات قبل التحليل. توضح هذه الورقة بالتفصيل عملية تحليل قياس كيميائي "لتنظيف" مجموعة بيانات رامان السريرية قبل تحليل البيانات مع MCR. ولإزالة القيم الخارجية بنجاح، يلزم تحديد أنواع القيم الخارجية والسبب المحتمل لتوليد الأطياف الخارجية. ثم، يمكن تطوير نهج محدد لإزالة القيم الخارجية المستهدفة. ويتطلب ذلك معرفة مسبقة بمجموعة البيانات، بما في ذلك فهم مفصل لعملية توليد البيانات وتصميم الدراسة. في مجموعة البيانات هذه، فإن غالبية القيم الخارجية هي أطياف منخفضة من الإشارة إلى الضوضاء وتنشأ في المقام الأول من 1) الأطياف التي تم جمعها فوق سطح الجلد (6,208 من أصل 30,862)، و 2) مساهمة قوية في الطيف من ضوء غرفة الفلورسنت (67 من أصل 30,862). الأطياف التي تم جمعها فوق سطح الجلد تنتج استجابة رامان ضعيفة، كما يقترب نقطة الاتصال الليزر سطح الجلد، ومعظمها في نافذة الصك تحت الجلد. يتم إنشاء Spectra مع مساهمة قوية من ضوء غرفة الفلورسنت بسبب إما خطأ مشغل الصك أو حركة الموضوع، والتي تنتج حالة حيث لا يتم تغطية إطار جمع رامان البؤري ة بالكامل من قبل موقع الجسم للموضوع. وعلى الرغم من أنه يمكن تحديد هذه الأنواع من القطع الأثرية الطيفية ومعالجتها أثناء اكتساب الطيفية من قبل خبير مطيافي وقت الحصول على البيانات، فقد صدرت تعليمات لمشغلي الأجهزة المدربين المناوّقين المناوّقين في هذه الدراسة بجمع جميع البيانات ما لم يكن هناك ولوحظ فشل كارثي. وتدرج مهمة تحديد واستبعاد القيم الخارجية في بروتوكول تحليل البيانات. وقد وضع البروتوكول المقدم لمواجهة هذا التحدي. لمعالجة الأطياف المنخفضة للإشارة إلى الضوضاء فوق سطح الجلد، يجب تحديد موقع سطح الجلد أولاً للسماح بإزالة الأطياف التي تم جمعها فوق سطح الجلد. يتم تعريف موقع سطح الجلد على أنه العمق حيث تكون نقطة الاتصال ليزر رامان نصف في الجلد ونصف من الجلد كما هو موضح في الشكل التكميلي 1. بعد إزالة الأطياف المنخفضة من الإشارة إلى الضوضاء، يتم تنفيذ تحليل مكون رئيسي (PCA) لاستخراج العامل الذي تهيمن عليه قمم ضوء غرفة الفلورسنت. تتم إزالة هذه القيم الخارجية استناداً إلى قيمة النتيجة للعامل المقابل.
يوفر هذا البروتوكول معلومات مفصلة عن كيفية تحديد ستة مكونات رئيسية في عملية MCR. ويتم ذلك من خلال تحليل الأنيكل الخماسي الكلور متبوعاً بمقارنة الشكل الطيفي بين عمليات التحميل للنماذج التي يتم إنشاؤها بعدد مختلف من المكونات الرئيسية. كما أن العملية التجريبية لجمع البيانات من المواد المرجعية فضلا عن المواضيع البشرية موضحة بالتفصيل أيضا.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1055px;" width="1054">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="33">
			<td height="33" style="height:34px;width:319px;">Bovine Serum Albumin</td>
			<td style="width:360px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:240px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Cholesterol</td>
			<td style="width:360px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Cholesterol 3-sulfate sodium</td>
			<td style="width:360px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">D-Erythro-Dihydrosphingosine</td>
			<td style="width:360px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">DI water</td>
			<td style="width:360px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>Purified with Milipore(18.2M&#937;)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Gen2-SCA skin analyzer</td>
			<td style="width:360px;">River Diagnostics, Rotterdam, The Netherlands</td>
			<td style="width:136px;">Gen2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Matlab 2018b</td>
			<td style="width:360px;">Mathwork</td>
			<td style="width:136px;">2018b</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">N-behenoyl-D-erythro-sphingosine</td>
			<td style="width:360px;">Avanti Polar Lipids, Inc.</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:319px;">N-Lignoceroyl-D-erythro-sphinganine(ceramide)</td>
			<td style="width:360px;">Avanti Polar Lipids, Inc.</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Oleic Acid</td>
			<td style="width:360px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Palmitic Acid</td>
			<td style="width:360px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Palmitoleic Acid</td>
			<td style="width:360px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">PLS_Toolbox version 8.2</td>
			<td style="width:360px;">Eigenvector Research Inc.</td>
			<td align="right" style="width:136px;">8.2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">RiverICon</td>
			<td style="width:360px;">River Diagnostics, Rotterdam, The Netherlands</td>
			<td style="width:136px;">version 3.2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Squalene</td>
			<td style="width:360px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Stearic Acid</td>
			<td style="width:360px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

resolving water, proteins, and lipids from in vivo confocal raman spectra of stratum corneum through a chemometric approach

تطوير هذا في الجسم الحي البؤري رامان طريقة مطيافية تمكن من القياس المباشر للمياه والبروتينات والدهون مع دقة عمق في البشر. هذه المعلومات مهمة جدا للأمراض المتصلة بالبشرة وتميز أداء منتجات العناية بالبشرة. ويوضح هذا البروتوكول طريقة لجمع أطياف رامان البؤرية والتحليل اللاحق لمجموعة البيانات الطيفية التي تستفيد من المقاييس الكيميائية. والهدف من هذه الطريقة هو وضع بروتوكول موحد لجمع البيانات وتوفير التوجيه العام لتحليل البيانات. المعالجة المسبقة (على سبيل المثال، إزالة الأطياف الخارجية) هي خطوة حاسمة عند معالجة مجموعات البيانات الكبيرة من الدراسات السريرية. وعلى سبيل المثال، نقدم إرشادات تستند إلى المعرفة المسبقة لمجموعة البيانات لتحديد أنواع القيم الخارجية ووضع استراتيجيات محددة لإزالتها. يتم إجراء تحليل مكون رئيسي، ويتم مقارنة أطياف التحميل بالأطياف من المواد المرجعية لتحديد عدد المكونات المستخدمة في التحليل النهائي لدقة منحنى المتغيرات المتعددة (MCR). وقد نجح هذا النهج في استخراج معلومات ذات مغزى من مجموعة بيانات طيفية كبيرة.

في هذه الدراسة السريرية، تم جمع الأطياف رامان في الجسم الحي البؤري من 28 موضوعا ً تتراوح أعمارهم بين 4 و18 سنة. وقد جُمع ما مجموعه 862 30 أطياف رامان مع بروتوكول جمع البيانات المذكور أعلاه. تحتوي مجموعة البيانات الطيفية الكبيرة هذه على 20% من القيم الخارجية الطيفية كما هو موضح في الشكل 4<s...

Watch this Scientific Journal Video about Resolving Water, Proteins, and Lipids from In Vivo Confocal Raman Spectra of Stratum Corneum through a Chemometric Approach at JoVE.com

Resolving Water, Proteins, and Lipids from In Vivo Confocal Raman Spectra of Stratum Corneum through a Chemometric Approach

هنا، نقدم بروتوكول لجمع أطياف رامان البؤرية من البشر في الدراسات السريرية جنبا إلى جنب مع النهج الكيميائية للإزالة الطيفية الخارجية واستخراج لاحق ة من السمات الرئيسية.

حل المياه والبروتينات والدهون من في فيفو الأطياف رامان البؤرية من الطبقة القرنية من خلال نهج قياس كيميائي

Development of this in vivo confocal Raman spectroscopic method enables the direct measurement of water, proteins, and lipids with depth resolution in ...

القياس المباشر للمياه والبروتينات والدهون مع دقة العمق في البشر مهم جدا للأمراض المرتبطة بالجلد، لتوصيف أداء منتجات العناية بالبشرة. وهذه الطريقة، إلى جانب التحليل اللاحق، تعزز القياسات الكيميائية لاستخراج المعلومات الكيميائية. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنها تسمح لجمع مجموعة بيانات Raman السريرية من قبل مشغلي الأجهزة المدربين الذين يفتقرون إلى الخبرة التقنية لتحديد واستبعاد وعلاج جميع مصادر القطع الأثرية الطيفية.ويمكن بعد ذلك معالجة مجموعة البيانات الناتجة لتحديد القيم المتطرفة التي يتعين استبعادها من التاريخ السابق للتحليل. 11- ويتمثل أحد التحديات الرئيسية أثناء تحليل البيانات في إزالة القيم المتطرفة وتحديد عدد المكونات الرئيسية في مجموعة البيانات. النهج تظهر في هذا الفيديو روافع من المعرفة السابقة لمجموعة البيانات السريرية ونهج chemometrics لاستخراج المياه بنجاح, البروتين والدهون مع دقة العمق.إثبات الإجراء سيكون لي يانغ، فني من مختبرنا C & T. للبدء، يكون الموضوع مكان موقع جسم الآفة ملحوظ أو موقع التحكم في اتصال وثيق مع نافذة التصوير في صك vivo confocal Raman. تأكد من أنها تغطي النافذة بأكملها لتجنب تأثير ضوء الغرفة على التصوير.ثم، يتم رؤية البرنامج وفتح نقل التركيز حتى الطيف مماثلة لتلك التي تظهر هنا. بعد ذلك، حرك التركيز 10 ميكرون بعيدا عن سطح الجلد. جمع البيانات ل 26 خطوة مع حجم خطوة اثنين ميكرون في منطقة التردد هو مبين هنا، وذلك باستخدام وقت التعرض لثانية واحدة.قياس ثمانية يكرر لكل منطقة، وتستمر حتى 15 دقيقة في المجموع. أولاً، استخدم إطار الأوامر MATLAB لتغيير امتداد الملف من البيانات التي تم جمعها من ric إلى حصيرة. ثم قم بتحميل ملف الحصيرة إلى منصة برامج MATLAB ، كما هو موضح هنا.قم بتصحيح خط الأساس لمجموعة البيانات باستخدام طريقة المربعات الأقل المرجحة التلقائية ، من خلال الانتقال إلى نافذة PLS_Workspace والنقر بزر الماوس الأيمن فوق مجموعة البيانات المستوردة ، والتمرير إلى Analyze ، وتحديد أدوات أخرى والنقر على المعالجة المسبقة. في النافذة التي تظهر، انقر على إظهار. ثم قم بالتمرير لأسفل شريط الأدوات "الأساليب المتوفرة" إلى تصفية "الأساس التلقائي للأقواد المؤجرة" الموزونة، ثم حدد إضافة.بعد ذلك، انقر على موافق لتعيين الخيارات وتطبيق المعالجة المسبقة للبيانات. حفظ هذا كما Spectra_baseline. بعد ذلك، ارجع إلى نافذة الأوامر واستبدل البيانات باستخدام النتيجة تصحيح الأساس.الآن، انتقل إلى محرر النصوص وتشغيل البرنامج كما هو موضح هنا. هذا سوف يلخص القيم بين سنتيمترين عكسي 2910 و2965 للحصول على قيم الكثافة ضمن كل طيف Raman من قياس الخطوات المتتالية 26 ثم تخزينها في ملف Excel. في MATLAB، انتقل إلى مساحة العمل وتعيين مسار البيانات في Depth_save، كما هو موضح.بعد ذلك ، استخدم العملية الموضحة هنا لالتدهاب قيمة إزاحة الصك من 26 إلى 260 باستخدام وظيفة linspace في MATLAB. هذه العملية سوف interpolate قيمة الكثافة من 26 إلى 260 باستخدام أسلوب spline، الاستفادة من قيم موضع 260 التي تم إنشاؤها حديثا. بالإضافة إلى ذلك، فإنه سيتم استخدام 260 موضع و قيم الكثافة كمدخلات س و ص الدالة بوليفيت على التوالي، تعيين قيمة درجة إلى 20.ثم، فإنه سيتم استخدام معاملات الإخراج و 260 قيم الموضع الموسعة كمدخل لـ polyval، للحصول على قيم كثافة 260 النهائية. بعد ذلك، فإنه سيتم حساب شدة المتوسط والعثور على نقطة في منحنى الذي هو الأقرب إلى شدة المتوسط. وسوف تغير أيضا قيمة العمق وفقا لسطح الجلد، في حجم الخطوة اثنين ميكرون المعروفة.الآن، تشغيل البرنامج. قم بتحميل مجموعة بيانات أطياف Raman بعد إزالة أطياف البشرة الخارجية في برنامج PLS_Toolbox، تحت منصة MATLAB وانقر بزر الماوس الأيمن فوق مجموعة البيانات لاختيار تحليل ثم حدد PCA. بعد ذلك، انقر على اختيار المعالجة المسبقة.حدد تطبيع كـ نهج المعالجة المسبقة. ثم اختر لا شيء للتحقق من صحة عبر. ثم، بناء النموذج باستخدام المكونات الثلاثة لتحليل التحليل PCA.الآن، وإزالة الغطاء على في نافذة جمع صك vivo رامين، وجمع أطياف ضوء الغرفة في منطقة التردد العالي باستخدام نفس المعلمات المستخدمة لجمع البيانات المواد المرجعية. تحديد عامل تأثير الضوء من خلال المقارنة مع خلفية ضوء الغرفة. الآن، راجع النقاط وإزالة الأطياف مع قيمة درجة المقابلة أعلى بكثير من المعتاد.وهذا يعني إزالة قيم النقاط لأكثر من 99.8٪ من مجموعة البيانات بأكملها، وهي 0.16 في هذه الدراسة. حفظ بيانات كتلة X المعايرة الناتجة. وأخيراً، انتقل إلى PLS_Workspace المستعرض ثم قم بتحرير الملف الجديد.حدد تسميات الصفوف ثم انتقل إلى حذف القرص الثابت المستبعد لحذف البيانات المستبعدة نهائياً قبل إعادة حفظ الملف. تبدأ بتصحيح خط الأساس أطياف رامان باستخدام نفس هو موضح فقط. بعد ذلك، قم بإجراء تحليل PCA على مجموعة البيانات المعالجة مسبقًا.رسم القيم الذاتية في مقياس لوغاريتمي جنبا إلى جنب مع عدد من المكونات عن طريق النقر على اختيار عنصر زر، وحدد log(eigenvalues) كقيمة y. لإجراء تحليل دقة المنحنى متعدد المتغيرات، استخدم زر تحديد البيانات أولاً لتحميل مجموعة البيانات في برنامج MCR_main. اختر يدوياً عدد المكونات وتعيين رقم المكون إلى ما بين ثلاثة وثمانية.ثم، ضمن علامة التبويب التقدير الأولي، انقر على الزر نقي. بعد ذلك، حدد التركيز وانقر على زر "القيام". بمجرد تحديث الشاشة، انقر فوق الزر موافق، ثم على متابعة للانتقال إلى الصفحة التالية.الآن، انقر فوق متابعة، وتحت تنفيذ تطبيق fnnls. ثم حدد ستة من القائمة المنسدلة لعدد الأنواع ذات التشكيلات الجانبية غير السلبية، وانقر على متابعة. في الصفحة التالية، اختر نفس المعلمات وانقر على متابعة.لتحديد الموقع على سطح الجلد، تم دمج المنطقة الواقعة تحت ذروة رامان البروتين للحصول على ملف عمق إشارة البروتين. تم تعريف سطح الجلد بأنه الموقع الذي كانت فيه قيمة الكثافة من ملف العمق الـمستقر أقرب إلى شدة المتوسط. لا يحتاج الموقع الدقيق لسطح الجلد إلى أن يتزامن مع نقطة بيانات تجريبية.تم جمع ما مجموعه 30,862 أطياف رامان مع بروتوكول جمع البيانات الموصوفة في هذا الفيديو. هذه مجموعة البيانات الطيفية الكبيرة تحتوي على 20٪ من القيم الطيفية. تحديد سليم وإزالة الأطياف المتطرفة مهم لتحقيق مجموعة بيانات مناسبة.هنا ، يمكن للمرء أن يرى المساهمة من أضواء الغرفة ، فوق أطياف مرجعية من Roomlight. وقد تم إجراء تحليل المكونات المبدئية على مجموعة بيانات Raman confocal المعالجة مسبقًا، ويتم رسم القيمة الذاتية، بالإضافة إلى عدد العوامل المستخدمة، هنا. ولوحظ انخفاض كبير في القيمة الذاتية للعامل التاسع.وتقترح هذه الملاحظة دراسة النماذج التي يتراوح عدد عناصرها الرئيسية بين ثلاثة وثمانية عوامل لإدراجها في نموذج القرار المنحنى المتعدد المتغيرات. عند محاولة هذا الإجراء، من المهم بدء تشكيل جانبي العمق فوق سطح الجلد، لتحديد موقع سطح الجلد بدقة. تمكن هذه المنهجية من إجراء تحقيق في تأثير منتجات العناية بالبشرة على مكونات البشرة الرئيسية، بما في ذلك المياه والبروتينات والدهون.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Untargeted Metabolomics from Biological Sources Using Ultraperformance Liquid Chromatography-High Resolution Mass Spectrometry (UPLC-HRMS)

Untargeted Metabolomics from Biological Sources Using Ultraperformance Liquid Chromatography-High Resolution Mass Spectrometry UPLC-HRMS

الايض غير مستهدفة من مصادر بيولوجية عن طريق Ultraperformance اللوني السائل عالية الدقة الطيف الكتلي (UPLC-HRMS)

Here we present a workflow to analyze the metabolic profiles for biological samples of interest including; cells, serum, or tissue. The sample is first ...

High-pressure Sapphire Cell for Phase Equilibria Measurements of CO2/Organic/Water Systems

High-pressure Sapphire Cell for Phase Equilibria Measurements of CO2/Organic/Water Systems

ارتفاع ضغط سيل الياقوت للمرحلة التوازنات قياسات CO<sub&gt; 2</sub&gt; / العضوية / أنظمة المياه

The high pressure sapphire cell apparatus was constructed to visually determine the composition of multiphase systems without physical sampling. ...

A Simple and Rapid Protocol for Measuring Neutral Lipids in Algal Cells Using Fluorescence

بسيط وبروتوكول السريع لقياس الدهون في خلايا الطحالب المحايدة عن طريق الإسفار

Algae are considered excellent candidates for renewable fuel sources due to their natural lipid storage capabilities. Robust monitoring of algal ...

An Inverse Analysis Approach to the Characterization of Chemical Transport in Paints

منهج تحليل معكوس لتوصيف النقل الكيميائية في مواد الطلاء

The ability to directly characterize chemical transport and interactions that occur within a material (i.e., subsurface dynamics) is a vital component in ...

Water in Oil Emulsions: A New System for Assembling Water-soluble Chlorophyll-binding Proteins with Hydrophobic Pigments

الماء في مستحلب النفط: نظام جديد لتجميع البروتينات ملزم الكلوروفيل المياه القابلة للذوبان مع أصباغ مسعور

Chlorophylls (Chls) and bacteriochlorophylls (BChls) are the primary cofactors that carry out photosynthetic light harvesting and electron transport. ...

In Situ Characterization of Hydrated Proteins in Water by SALVI and ToF-SIMS

In Situ Characterization of Hydrated Proteins in Water by SALVI and ToF-SIMS

في الموقع توصيف المطفأ البروتينات في المياه التي SALVI وTOF-سيمز

This work demonstrates in situ characterization of protein biomolecules in the aqueous solution using the System for Analysis at the Liquid Vacuum ...

Preparation of Biopolymer Aerogels Using Green Solvents

إعداد BIOPOLYMER Aerogels عن طريق المذيبات الخضراء

Although the first reports on aerogels made by Kistler1 in the 1930s dealt with aerogels from both inorganic oxides (silica and others) and biopolymers ...

Laboratory Production of Biofuels and Biochemicals from a Rapeseed Oil through Catalytic Cracking Conversion

إنتاج المختبر من الوقود الحيوي والمواد الكيميائية الحيوية من زيت بذور اللفت من خلال التحفيز تكسير التحويل

The work is based on a reported study which investigates the processability of canola oil (bio-feed) in the presence of bitumen-derived heavy gas oil ...

A Novel Technique for Raman Analysis of Highly Radioactive Samples Using Any Standard Micro-Raman Spectrometer

تقنية جديدة لتحليل رامان من العينات المشعة عالية عن طريق أي ستاندرد مايكرو رامان الطيفي

A novel approach for the Raman measurement of nuclear materials is reported in this paper. It consists of the enclosure of the radioactive sample in a ...

Vibrational Spectra of a N719-Chromophore/Titania Interface from Empirical-Potential Molecular-Dynamics Simulation, Solvated by a Room Temperature Ionic Liquid