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

המחברים מכירים במידה רבה את התמיכה הכספית ממחלקת הטיפול האנליטי והאישי של הארגון. אנו רוצים להביע את הכרת התודה שלנו לבמאים המנהלים האנליטיים גב' יסמין וואנג וד ר רוב גרדנר על הדרכתו והתמיכה שלהם ועל הגברת לי יאנג לעזרתה באיסוף מידע.

מחקר זה אושר על ידי ועדת הסקירה המוסדית של בית החולים לילדים של בייג בציות להנחיות האתיות של 1975 הצהרת הלסינקי. היא נערכה על פי ההנחיות לפרקטיקה קלינית טובה. המחקר התקיים ממאי עד יולי 2015.
1. אוסף של vivo קונפוקלית ראמאן ספקטרום מתוך נושאים אנושיים עם דרמטיטיס אטופית
<ol><li>כלול נו...

<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>

במהלך איסוף הנתונים, כפי שמתואר בסעיף 2 ו-3 של הפרוטוקול, כל פרופיל עומק נאסף באזור עם מגע בין חלון המכשיר לבין העור על ידי מציאת האזורים הכהים יותר מהתמונות המיקרוסקופיים המסומנים בעיגולים האדומים ב איור 2ג. ברגע שאזורים אלה היו ממוקמים, זה היה קריטי להתחיל את פרופ...

במחקרים קליניים, ב vivo קונפוקלית ראמאן ספקטרוסקופית הראה את היכולת הייחודית שלה לקביעת שכבה עובי של הקרנית ותוכן מים1,2,3,4, מעקב אחר חדירת חומרים פעילים למריחה על העור,5,6. כגישה שאינה פולשנית, ספקטרוסקופיית ראמאן מזהה אותות מולקולריים המבוססים על מצבי רטט. לכן, אין צורך בתוויות7. ב vivo קונפוקלית וקד ראמאן ספקטרוסקופית מספק מידע כימי עם רזולוציה עומק מבוסס על האופי הקונקמוקד של הטכניקה. מידע זה תלוי עומק שימושי מאוד ללמוד את ההשפעות של מוצרי טיפוח העור4,8, הזדקנות9,10, שינויים עונתיים3, כמו גם מכשול העור פונקציה מחלות, כגון אטופיק דרמטיטיס11,12. יש הרבה מידע באזור בתדר גבוה של מיקוד ראמאן (2500 – 4000 ס"מ-1), שם המים מייצרת פסגות נפרדות באזור בין 3250 – 3550 ס"מ-1. עם זאת, פסגות ראמאן של חלבונים ושומנים, אשר ממורכזים בין כ 2800 – 3000 ס"מ-1, חופפים זה לזה כי האותות מיוצרים בעיקר מ מתילן (-ch2-) ו מתיל (-ch3) קבוצות13 . מידע חופף זה מציג אתגר טכני בעת קבלת כמויות יחסיות של מינים מולקולריים בודדים. התאמת שיא14,15 ו שיא סלקטיבי מיקום12,16 גישות שימשו כדי לפתור את האתגר הזה. עם זאת, קשה לשיטות מבוססות-שיא אלה לחלץ מידע של רכיבים טהורים משום שפסגות ראמאן מרובות משינוי אותו רכיב בו17. בפרסום האחרון שלנו18, הציעו גישת mcr להבהיר את מידע הרכיבים הטהורים. באמצעות גישה זו, שלושה מרכיבים (מים, חלבונים, ושומנים) חולצו מ vivo קונפוקלית וקד הנתונים הספקטרוסקופית ראמאן.
ההוצאה להורג של מחקרים קליניים גדולים יכול להיות תובעני על אנשים האוספים נתונים vivo ספקטרוסקופיים. במקרים מסוימים, רכישה ספקטרלית יכולה לדרוש ציוד הפעלה במשך שעות רבות ביום והמחקר יכול להאריך עד שבועות או חודשים. בתנאים אלה, נתונים ספקטרוסקופיים עשויים להיווצר על ידי מפעילי ציוד כי חוסר המומחיות הטכנית לזהות, לכלול, ונכון עבור כל המקורות של ממצאים ספקטרוסקופיים. ערכת הנתונים שתיווצר עשויה להכיל חלק קטן מהמידע הספקטרוסקופי הדרוש לזיהוי ולהוצאה מהנתונים לפני הניתוח. נייר זה ממחיש בפרוטרוט תהליך ניתוח כימומטרי כדי "לנקות" ערכת נתונים של ראמאן קלינית לפני ניתוח הנתונים עם MCR. כדי להסיר בהצלחה את החלק החיצוני, את סוגי המיירס ואת הסיבה הפוטנציאלית עבור הדור של ספקטרום outliers צריך להיות מזוהה. אז, גישה מסוימת ניתן לפתח כדי להסיר את היעד המיועד. זה דורש ידע מוקדם של הנתונים, כולל הבנה מפורטת על תהליך יצירת הנתונים ועיצוב המחקר. בערכת נתונים זו, רוב המכריע של החוצה הם האותות האות אל הרעש, מקורם בעיקר 1) ספקטרום שנאסף מעל פני העור (6,208 מתוך 30,862), ו 2) תרומה חזקה לספקטרום של אור בחדר פלורסנט (67 מתוך 30,862). ספקטרה נאסף מעל פני השטח העור לייצר תגובה ראמאן חלשה, כמו נקודת מוקד לייזר מתקרב למשטח העור הוא בעיקר בחלון המכשיר מתחת לעור. ספקטרה עם תרומה חזקה של אור בחדר הפלורסנט נוצרות עקב שגיאה או אופרטור המכשיר או התנועה הנושא, אשר מייצרת מצב שבו חלון אוסף ראמאן מוקד לא מכוסה במלואו על ידי אתר הגוף של הנושא. למרות סוגים אלה של ממצאים ספקטרלים יכול להיות מזוהה לתיקון במהלך רכישת ספקטרלי על ידי מומחה ספקטרוסקופי בזמן רכישת נתונים, מפעילי כלי מיומן המשמשים במחקר זה הונחו לאסוף את כל הנתונים אלא אם כן כישלון קטסטרופלי נצפתה. המשימה לזיהוי וללא כלילת החוצה משולבת בפרוטוקול ניתוח הנתונים. הפרוטוקול שהוצג פותח כדי לפתור את האתגר הזה. כדי לטפל בספקטרום של האות לרעש הנמוך מעל פני העור, המיקום של משטח העור צריך להיקבע תחילה כדי לאפשר הסרה של ספקטרום שנאסף מעל פני השטח של העור. מיקומו של משטח העור מוגדר כמו עומק שבו נקודת מוקד לייזר ראמאן הוא חצי בעור וחצי מתוך העור כפי שמודגם באיור המשלים 1. לאחר הסרת ספקטרום של אות לרעש נמוך, ניתוח מרכיב ראשי (PCA) מיושם כדי לחלץ את הפקטור הנשלט על ידי פסגות אור בחדר פלורסנט. מיירס זה מוסרים על בסיס ערך הניקוד של הפקטור המקביל.
פרוטוקול זה מספק מידע מפורט לגבי האופן שבו שישה רכיבים עיקריים נקבעים בתהליך MCR. הדבר נעשה באמצעות ניתוח pca ואחריו השוואת צורה ספקטרלית בין עמסות עבור מודלים שנוצרו עם מספר שונה של רכיבים עיקריים. התהליך הניסיוני לאיסוף נתונים של חומרי ייחוס, כמו גם לנושאים אנושיים מוסבר בפרוטרוט.

<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

פיתוח זה ב vivo קונפוקלית וקד ראמאן הספקטרוסקופית השיטה מאפשרת מדידה ישירה של מים, חלבונים, ושומנים עם רזולוציה עומק בנושאים אנושיים. מידע זה חשוב מאוד למחלות הקשורות לעור ולאפיון ביצועי מוצר לטיפוח העור. פרוטוקול זה ממחיש שיטה לאוסף ראמאן ספקטרום מוקד ואת הניתוח הבא של ערכת הנתונים ספקטרלית מינוף כימומטריקה. מטרת שיטה זו היא ליצור פרוטוקול סטנדרטי עבור איסוף נתונים ולספק הדרכה כללית לניתוח נתונים. עיבוד מקדים (למשל, הסרת ספקטרום חריג חשוד טעות) הוא צעד קריטי בעת עיבוד ערכות נתונים גדולים ממחקרים קליניים. כדוגמה, אנו מספקים הנחיה המבוססת על ידע מוקדם של ערכת נתונים כדי לזהות את סוגי הoutliers ולפתח אסטרטגיות ספציפיות כדי להסירם. מבוצעת ניתוח של רכיב ראשי, וספקטרום הטעינה מושווה לספקטרום מחומרי התייחסות כדי לבחור את מספר הרכיבים המשמשים בניתוח רזולוציית עקומת העקומות הסופית (MCR). גישה זו מוצלחת להפקת מידע משמעותי מערכת נתונים ספקטרלית גדולה.

במחקר קליני זה, vivo קונפוקלית וקד ראמאן ספקטרום נאספו מ 28 נושאים מ 4 – 18 בן. סך של 30,862 ספקטרום ראמאן נאספו עם פרוטוקול איסוף נתונים שהוזכרו לעיל. זו ערכת נתונים ספקטרלית גדולה מכיל 20%החוצהספקטרלי כפי שמוצג באיור 4א. לאחר קביעת משטח העור ולאחריה PCA הוסרו האותות הנמוכים של האו?...

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

כאן, אנו מציגים פרוטוקול עבור אוסף של מוקד ראמאן ספקטרום מן הנושאים האנושיים במחקרים קליניים בשילוב עם גישות כימומטרי עבור הסרת ספקטרליר להסרת ואת החילוץ הבא של תכונות מפתח.

פתרון מים, חלבונים ושומנים מ ב Vivo Confocal ראמאן ספקטרום של שכבה הקרנית באמצעות גישה כימומטרית

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

מדידה ישירה של מים, חלבונים ושומנים עם רזולוציית עומק בנושאים אנושיים חשובה מאוד למחלות הקשורות לעור, לאפיון ביצועי המוצר לטיפוח העור. שיטה זו, יחד עם הניתוח הבא, ממנפת כימומטריה כדי לחלץ מידע כימי. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא מאפשרת את ערכת הנתונים הקלינית של Raman שנאספה על ידי מפעילי מכשירים מיומנים חסרי מומחיות טכנית לזהות, לא לכלול ולתקנן את כל המקורות של חפצים ספקטרוסקופיים.לאחר מכן ניתן לעבד את ערכת הנתונים המתקבלת כדי לזהות חריגים שיש לא לכלול בתאריך שלפני הניתוח. במהלך ניתוח הנתונים, אתגר מרכזי הוא הסרת החריגים וזיהוי מספר רכיבי המפתח ב ערכת הנתונים. הגישה מראה בסרטון זה מינוף של ידע מוקדם של ערכת נתונים קליניים וגישה כימומטרית כדי לחלץ בהצלחה את המים, חלבון ושומנים עם רזולוציית עומק.מדגים את ההליך יהיה לי יאנג, טכנאי ממעבדת C&T שלנו. כדי להתחיל, יש את הנושא למקם אתר גוף הנגע מסומן או אתר בקרה במגע הדוק עם חלון ההדמיה של מכשיר אינפוקל רמאן in vivo. ודא שהם מכסים את כל החלון כדי למנוע את ההשפעה של אור החדר על הדמיה.לאחר מכן, לפתוח את התוכנה ולהזיז את המיקוד עד ספקטרום דומה לזה המוצג כאן, נראה. לאחר מכן, להזיז את המיקוד 10 מיקרון מפני העור. אסוף נתונים עבור 26 שלבים עם גודל צעד של שני מיקרון באזור התדר המוצג כאן, תוך שימוש בזמן חשיפה של שנייה אחת.למדוד שמונה שכפולים עבור כל אזור, שנמשך עד 15 דקות בסך הכל. תחילה, השתמש בחלון הפקודה וב- MATLAB כדי לשנות את סיומת הקובץ של הנתונים שנאספו מ- ric למזרן. לאחר מכן טען את קובץ המחצלת לפלטפורמת התוכנה MATLAB, כפי שמוצג כאן.תקן את תוכנית הבסיס של ערכת הנתונים באמצעות שיטת הריבועים האוטומטית המשוקללת פחות, על-ידי מעבר לחלון PLS_Workspace ולחיצה באמצעות לחצן העכבר הימני על ערכת הנתונים המיובלת, גלילה אל Analyze, בחירת כלים אחרים ולחיצה על עיבוד מקדים. בחלון שצץ, לחץ על הצג. לאחר מכן, גלול מטה בסרגל הכלים שיטות זמינות לסינון הבסיסי של ריבועים משוקללים אוטומטיים ובחר הוסף.לאחר מכן, לחץ על אישור כדי להגדיר את האפשרויות ולהחיל מעבד מקדים על הנתונים. שמור את זה Spectra_baseline. לאחר מכן, חזור לחלון הפקודה והחלף את הנתונים באמצעות התוצאה המתוקנה הבסיסית.עכשיו, עבור אל עורך הטקסט והפעל את התוכנית כפי שמוצג כאן. פעולה זו תסכם את הערכים בין 2910 ל- 2965 סנטימטרים הפוכים כדי לקבל את ערכי העוצמה תחת כל ספקטרום של Raman ממדידת 26 השלבים הרצופים ולאחסן אותם בקובץ Excel. ב- MATLAB, עבור אל סביבת העבודה והגדר את הנתיב עבור הנתונים Depth_save, כפי שמוצג.לאחר מכן, השתמש בתהליך המתואר כאן כדי לאינטרפולציה של ערך היסט המכשיר מ- 26 עד 260 באמצעות פונקציית linspace ב- MATLAB. תהליך זה יהפוך את ערך העוצמה מ- 26 ל- 260 לאינטרפולציה באמצעות שיטת spline, תוך מינוף ערכי המיקום החדשים שנוצרו ב- 260. בנוסף, הוא ישתמש בערכי המיקום והעוצמה של 260 כתשומות x ו- y עבור פונקציית הפוליפיט בהתאמה, ויהפוך את ערך התואר ל- 20.לאחר מכן, הוא ישתמש במקדמי הפלט וב-260 ערכי המיקום המורחבים כקלט לפוליבל, כדי להשיג את 260 ערכי העוצמה הסופיים. לאחר מכן, הוא יחשב את העוצמה הממוצעת וימצא את הנקודה בעקומה הקרובה ביותר לעוצמה הממוצעת. זה גם ישנה את ערך העומק על פי פני העור, בגודל הידוע של שני מיקרון צעד.עכשיו, להפעיל את התכנית. טען את ערכת הנתונים ספקטרום Raman לאחר הסרת ספקטרום העור החיצוני לתוכנה PLS_Toolbox, תחת פלטפורמת MATLAB ולחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על ערכת הנתונים כדי לבחור לנתח ולאחר מכן לבחור PCA. לאחר מכן, לחץ על בחר מעבד מקדים.בחר נרמול כגישה של קדם-מעבד. לאחר מכן, בחר באפשרות ללא עבור האימות הנגדי. לאחר מכן, בנה את המודל באמצעות שלושת הרכיבים לניתוח הפירוק של PCA.עכשיו, להסיר את הכיסוי על חלון איסוף מכשיר in vivo ראמן, ולאסוף את ספקטרום אור החדר באזור התדר הגבוה באמצעות אותם פרמטרים המשמשים לאיסוף הנתונים של חומר הייחוס. זהה את גורם אפקט אור החדר באמצעות השוואה לרקע האור בחדר. עכשיו, לסקור את הציונים ולהסיר את הספקטרום עם ערך הציון המתאים גבוה באופן משמעותי מהרגיל.משמעות הדבר היא הסרת ערכי ציון של יותר מ- 99.8% מערכת הנתונים כולה, שהיא 0.16 במחקר זה. שמור את נתוני בלוק X של הכיול המתקבל. לבסוף, עבור אל PLS_Workspace וערוך את הקובץ החדש.בחר את תוויות השורה ולעבור למחיקה קשיחה לא כלולה כדי למחוק לצמיתות את הנתונים שלא ייכללו לפני שמירה מחדש של הקובץ. התחל בתיקון תוכנית הבסיס של ספקטרום Raman באמצעות אותו הדבר המוצג זהה זהה. לאחר מכן, בצע את ניתוח ה- PCA על ערכת הנתונים המזורעת מראש.התווה את ערכי האייגן בקנה מידה לוגריתמי יחד עם מספר הרכיבים על-ידי לחיצה על לחצן בחר רכיב ובחר יומן רישום (eigenvalues) כערך y. כדי לבצע ניתוח רזולוציית עקומה רב-תכליתית, השתמש תחילה בלחצן בחירת הנתונים כדי לטעון את ערכת הנתונים MCR_main התוכנה. בחר באופן ידני את מספר הרכיבים והגדר את מספר הרכיב בין שלוש לשמונה.לאחר מכן, תחת הכרטיסיה הערכה ראשונית, לחץ על לחצן טהור. לאחר מכן, בחרו 'ריכוז' ולחצו על הלחצן 'בצע'. לאחר רענון המסך, לחץ על לחצן אישור ולאחר מכן על המשך כדי לעבור לעמוד הבא.כעת, לחץ על המשך ותחת יישום, החל fnnls. לאחר מכן, בחרו שישה מהתפריט הנפתח עבור מספר המינים עם פרופילים שאינם שליליות ולחצו על 'המשך'. בעמוד הבא, בחר באותם פרמטרים ולחץ על המשך.כדי לקבוע את המיקום על פני העור, האזור מתחת לשיא הראמאן של החלבון שולבו כדי להשיג את פרופיל העומק של אות החלבון. משטח העור הוגדר כמיקום שבו ערך העוצמה מפרופיל העומק האינטרפולציה היה הקרוב ביותר לעוצמה הממוצעת. המיקום המדויק של פני העור אינו צריך לחפוף לנקודת נתונים ניסיונית.בסך הכל נאספו 30, 862 ספקטרום אמן עם פרוטוקול איסוף הנתונים המתואר בסרטון זה. ערכת נתונים ספקטרלית גדולה זו מכילה חריגים ספקטרליים של 20%. זיהוי והסרה נאותים של הספקטרום החריג חשובים להשגת ערכת נתונים נכונה.כאן, ניתן לראות את התרומה מאורות החדר, על פני ספקטרום התייחסות של Roomlight. ניתוח רכיבים עקרוני בוצע בערכת הנתונים הקונפוקל ראמן המנוסה מראש, וה- eigenvalue, יחד עם מספר הגורמים המשמשים, מותווים כאן. ירידה משמעותית ב eigenvalue נצפתה עבור גורם תשע.תצפית זו מציעה לחקור מודלים עם מספר הרכיבים העיקריים המשתנים בין שלושה לשמונה גורמים להכללה במודל רזולוציית העקומה הרב-משתנית. בעת ניסיון הליך זה, חיוני להתחיל פרופיל עומק מעל פני העור, כדי לקבוע במדויק את המיקום של פני העור. מתודולוגיה זו מאפשרת חקירה של ההשפעה של מוצרי טיפוח העור על רכיבי עור מרכזיים, כולל מים, חלבונים ושומנים.

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

Metabolomics לא ממוקדים ממקורות ביולוגיים באמצעות Ultraperformance כרומטוגרפיה נוזלית-רזולוציה גבוהה ספקטרומטריית מסה (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

תא ספיר בלחץ גבוהים למדידות שלב שיווי משקל של CO<sub&gt; 2</sub&gt; מערכות אורגניות / / מים

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

פשוט ומהיר פרוטוקול למדידת שומנים ניטרלי בתאי אצות באמצעות הקרינה

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

גישה הפוכה ניתוח לאפיון כימי תחבורה בצבעים

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

המים אמולסיות שמן: מערכת חדשה להרכבת חלבונים מסיסים במים כלורופיל מחייב עם פיגמנטים הידרופובי

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

באפיון באתרו של חלבונים מימה במים על ידי Salvi ו TOF-SIMS

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

הכנת Aerogels biopolymer בעזרת ממיסים גרין

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

הפקת מעבדה של דלק ביולוגי ביוכימיים מתוך שמן לפתית באמצעות מרת פיצוח קטליטי

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

שיטה חדשנית עבור ראמאן ניתוח של דוגמאות רדיואקטיבי באמצעות כל ספקטרומטר מיקרו-ראמאן רגיל

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