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
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저자는 기업 기능 분석 및 개인 클렌징 케어 부서의 재정 지원을 크게 인정합니다. 우리는 분석 부이사 인 재스민 왕 (Jasmine Wang)과 롭 가드너 (Robb Gardner) 박사의 지도와 지원에 대해 감사드리며 데이터 수집에 대한 그녀의 도움을 준 리 양 (Li Yang)에게 감사를 표하고 싶습니다.

이 연구는 1975년 헬싱키 선언의 윤리적 지침에 따라 베이징 아동 병원의 기관 검토 위원회의 승인을 받았습니다. 좋은 임상 실습을 위한 무형유산 가이드라인에 따라 실시되었다. 이 연구는 2015년 5월부터 7월까지 진행되었습니다.
1. 아토피 성 피부염을 가진 인간 적인 피험자에게서 생체 내 공초점 라만 스펙트럼의 수집
<ol><li>다음 기준을 준수하는 과목을 포함합니다.<ol>
<l...

<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>

프로토콜의 섹션 2 및 3에 설명된 바와 같이 데이터 수집 동안, 각 깊이 프로파일은 적색 원에서 강조 표시된 미세한 이미지에서 어두운 영역을 찾아계측기 창과 피부 사이의 접촉이 있는 영역에서 수집되었습니다. 그림 2C. 이러한 영역이 위치되면, 데이터 분석 절차에 대한 피부 표면의 위치를 정확하게 결정하기 위해 피부 표면 위의 깊이 프로파일을 시작하는 ...

임상 연구에서 생체 내 공초점 라만 분광법은 각질층 의 두께와 수분함량을1,2,3,4,및 의 침투를 추적하는 독특한 능력을 보여주었습니다. 활성 물질은 피부에 국소적으로 적용5,6. 비침습적 접근법으로, 공초점 라만 분광법은 진동 모드에 기초하여 분자 신호를 검출합니다. 따라서,라벨링7이필요하지 않습니다. 생체 내 공초점 라만 분광법은 기술의 공초점 특성에 따라 깊이 분해능으로 화학 적 정보를 제공합니다. 이 깊이 의존정보는 피부보호제품4,8,노화9,10,계절변화3, 피부장벽기능질환, 아토피 성 피부염11,12등 . 공초점 라만 분광법 (2,500-4,000cm-1)의고주파 영역에 는 물이 3,250-3,550 cm-1사이의 지역에서 뚜렷한 피크를 생성하는 많은 정보가 있습니다. 그러나, 약 2,800-3,000 cm-1사이에서 중앙에 있는 단백질과 지질의 라만 피크는, 신호가 주로 메틸렌 (-CH2-) 및 메틸 (-CH3) 군13에서 생성되기 때문에 서로 겹칩니다. . 이 중첩된 정보는 개별 분자 종의 상대적인 양을 얻을 때 기술적 인 도전을 제시합니다. 피크 피팅14,15 및 선택적 피크 위치12,16 접근법이 이 문제를 해결하기 위해 사용되었습니다. 그러나, 이러한 단일 피크 기반 방법은 동일한 성분으로부터 다중 라만 피크가 동시에17변화되기때문에 순수한 성분 정보를 추출하기가 어렵다. 최근 간행물18에서,MCR 접근법은 순수한 성분 정보를 해명하기 위하여 제안되었습니다. 이 접근법을 사용하여, 3가지 성분(물, 단백질 및 지질)을 생체 내 의 큰 공초점 라만 분광 데이터 세트로부터 추출하였다.
대규모 임상 연구의 실행은 생체 내 분광 데이터를 수집하는 개인에게 요구 될 수 있습니다. 경우에 따라 스펙트럼 수집은 하루에 여러 시간 동안 운영 장비를 필요로 할 수 있으며 연구는 몇 주 또는 몇 달까지 연장 될 수 있습니다. 이러한 조건하에서 분광 데이터는 분광 아티팩트의 모든 소스를 식별, 제외 및 수정할 수 있는 기술 적 전문 지식이 부족한 장비 운영자에 의해 생성될 수 있습니다. 결과 데이터 세트에는 분석 전에 데이터에서 식별하고 제외해야 하는 분광 이상값의 작은 부분이 포함될 수 있습니다. 이 백서는 MCR로 데이터를 분석하기 전에 임상 라만 데이터 세트를 "정리"하는 화학 분석 프로세스를 자세히 설명합니다. 이상값을 성공적으로 제거하려면 이상값의 유형과 이상값 분광기 생성의 잠재적 원인을 식별해야 합니다. 그런 다음 대상 이상값을 제거하기 위해 특정 접근 방식을 개발할 수 있습니다. 이를 위해서는 데이터 생성 프로세스 및 스터디 설계에 대한 자세한 이해를 포함하여 데이터 집합에 대한 사전 지식이 필요합니다. 이 데이터 집합에서 이상값의 대부분은 신호 대 잡음 스펙트럼이 낮으며 주로 1에서 유래하며 피부 표면 위에 수집된 스펙트럼(30,862개 중 6,208개) 및 2) 형광실 광(30,862개 중 67개)의 스펙트럼에 대한 강력한 기여도를 나타냅니다. 피부 표면 위에 수집 된 스펙트럼은 레이저 초점이 피부 표면에 접근하고 주로 피부 아래의 기기 창에 있기 때문에 약한 라만 반응을 생성합니다. 형광실내 광의 강한 기여도를 가진 스펙트럼은 계기판 작업자 오류 또는 피사체 이동으로 인해 생성되며, 이는 공초점 라만 수집 창이 피사체의 신체 부위에 완전히 가려지지 않는 조건을 생성합니다. 이러한 유형의 스펙트럼 아티팩트는 데이터 수집 당시 분광 전문가가 스펙트럼 수집 중에 식별하고 수정할 수 있지만, 이 연구에 사용된 훈련된 계측기 운영자는 치명적인 실패가 관찰되었습니다. 이상값을 식별하고 제외하는 작업은 데이터 분석 프로토콜에 통합됩니다. 제시된 프로토콜은 이 문제를 해결하기 위해 개발되었습니다. 피부 표면 위의 낮은 신호 대 잡음 스펙트럼을 해결하려면 피부 표면 위에 수집된 스펙트럼을 제거할 수 있도록 먼저 피부 표면의 위치를 결정해야 합니다. 피부 표면의 위치는 보충 도면 1에도시된 바와 같이 라만 레이저 초점이 피부의 절반과 피부의 절반인 깊이로 정의됩니다. 낮은 신호 대 잡음 스펙트럼을 제거한 후, 주요 성분 분석(PCA)이 구현되어 형광실 광피크가 지배하는 계수를 추출합니다. 이러한 이상값은 해당 요인의 점수 값에 따라 제거됩니다.
이 프로토콜은 MCR 프로세스에서 6개의 주요 구성 요소가 어떻게 결정되는지에 대한 자세한 정보를 제공합니다. 이 작업은 PCA 분석을 통해 수행된 다음 다른 수의 주 구성 요소로 생성된 모델에 대한 하중 간의 스펙트럼 모양 비교를 수행합니다. 인간 피험자뿐만 아니라 참고 자료의 데이터 수집을 위한 실험 과정도 자세히 설명되어 있습니다.

<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

생체 내 공초점 라만 분광법의 개발은 인간 피험자의 깊이 분해능으로 물, 단백질 및 지질을 직접 측정할 수 있게 합니다. 이 정보는 피부 관련 질병 및 스킨 케어 제품 성능 특성화에 매우 중요합니다. 이 프로토콜은 화학측정을 활용하는 스펙트럼 데이터 세트의 공초점 라만 스펙트럼 수집 및 후속 분석을 위한 방법을 보여 준다. 이 방법의 목표는 데이터 수집을 위한 표준 프로토콜을 설정하고 데이터 분석을 위한 일반적인 지침을 제공하는 것입니다. 전처리(예: 이상값 스펙트럼 제거)는 임상 연구에서 대용량 데이터 세트를 처리할 때 중요한 단계입니다. 예를 들어 데이터 집합에 대한 사전 지식을 바탕으로 이상값 유형을 식별하고 이를 제거하기 위한 특정 전략을 개발하는 지침을 제공합니다. 주 성분 해석이 수행되고 하중 스펙트럼은 참조 재료의 스펙트럼과 비교하여 최종 다변량 곡선 분해능(MCR) 해석에 사용되는 구성요소 수를 선택합니다. 이 방법은 큰 스펙트럼 데이터 집합에서 의미 있는 정보를 추출하는 데 성공적입니다.

본 임상 연구에서, 생체 내 공초점 라만 스펙트럼은 4-18세부터 28명의 피험자로부터 수집되었다. 위에서 언급한 데이터 수집 프로토콜로 총 30,862개의 라만 스펙트럼이 수집되었습니다. 이 큰 스펙트럼 데이터 집합에는 그림 4A와같이 20% 스펙트럼 이상값이 포함되어 있습니다. 낮은 신호 대 잡음 이상치 스펙트럼은 피부 표면을 결정한 후 제거된 다음 PCA를 통해 실내 조명 ?...

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

여기에서, 우리는 스펙트럼 이상치 제거및 주요 특징의 연속적인 추출을 위한 화학측정 접근과 결합된 임상 연구에서 인간 적인 과목에서 공초점 라만 스펙트럼의 수집을 위한 프로토콜을 제시합니다.

화학 측정 접근을 통해 지층 각막의 생체 내 공초점 라만 스펙트럼에서 물, 단백질 및 지질을 해결

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

인간의 피험자의 깊이 해상도를 가진 물, 단백질 및 지질의 직접 측정은 스킨케어 제품 성능의 특성화를 위해 피부 관련 질병에 매우 중요합니다. 이 방법은 후속 분석과 함께 화학 적 정보를 추출하기 위해 화학 적 메트릭을 활용합니다. 이 기술의 주요 장점은 임상 라만 데이터 세트를 기술 적 전문 지식이 부족한 숙련 된 계기 운영자가 수집하여 모든 분광 유물을 식별, 배제 및 수정 할 수 있다는 것입니다.그런 다음 결과 데이터 집합을 처리하여 분석 전 날짜에서 제외해야 하는 이상값을 식별할 수 있습니다. 데이터 분석 중에 중요한 과제는 이상값을 제거하고 데이터 집합의 주요 구성 요소 수를 식별하는 것입니다. 이 비디오에서 는 임상 데이터 세트 및 화학 요법 접근 방식에 대한 사전 지식을 활용하여 깊이 해상도로 물, 단백질 및 지질을 성공적으로 추출합니다.시술을 시연하는 것은 C&T 연구소의 기술자인 리양(Li Yang)이 될 것입니다. 시작하려면, 피험자가 생체 내 공초점 라만 기기의 이미징 창과 밀접한 접촉으로 표시된 병변 본체 사이트 또는 제어 부위를 배치하게 한다. 방 빛이 이미징에 미치는 영향을 피하기 위해 전체 창을 덮는지 확인하십시오.그런 다음 소프트웨어를 열고 여기에 표시된 스펙트럼과 유사한 스펙트럼이 보일 때까지 초점을 이동합니다. 그 후, 초점 10 미크론을 피부 표면에서 멀리 이동합니다. 여기에 표시된 주파수 영역에서 2-미크론 단계 크기로 26 단계에 대한 데이터를 수집하여 1초의 노출 시간을 이용하여 수집합니다.각 영역에 대해 8개의 복제를 측정하여 총 15분까지 지속됩니다. 먼저 명령 창과 MATLAB을 사용하여 수집된 데이터의 파일 확장을 ric에서 매트로 변경합니다. 그런 다음 매트 파일을 여기에 표시된 대로 MATLAB 소프트웨어 플랫폼에 로드합니다.자동 가중 최소 사각형 메서드를 사용하여 데이터 세트의 기준을 수정하고, PLS_Workspace 창으로 이동하여 가져온 데이터 집합을 마우스 오른쪽 단추로 클릭하고, 스크롤하여 분석하고, 다른 도구를 선택하고, 전처리를 클릭합니다. 팝업 창에서 쇼를 클릭합니다. 그런 다음 사용 가능한 메서드 도구 모음을 자동 가중 임대 사각형 기준 필터링으로 스크롤하고 추가를 선택합니다.다음으로 확인을 클릭하여 옵션을 설정하고 데이터에 전처리를 적용합니다. 이 것을 Spectra_baseline 저장합니다. 다음으로 명령 창으로 돌아가 수정된 결과를 사용하여 데이터를 대체합니다.이제 텍스트 편집기로 이동하여 여기에 표시된 대로 프로그램을 실행합니다. 이렇게 하면 2910년에서 2965년 역센티미터 사이의 값을 요약하여 26개의 연속 단계 측정에서 각 Raman 스펙트럼의 강도 값을 얻고 Excel 파일에 저장합니다. MATLAB에서 작업 영역으로 이동하여 그림과 같이 Depth_save 데이터에 대한 경로를 설정합니다.다음으로, 여기에 설명된 프로세스를 사용하여 MATLAB의 린스페이스 함수를 사용하여 계측기 오프셋 값을 26에서 260으로 보간합니다. 이 프로세스는 스프라인 방법을 사용하여 강도 값을 26에서 260으로 보간하여 새로 생성된 260 위치 값을 활용합니다. 또한 260개의 위치 및 강도 값을 각각 다립 함수에 대한 x 및 y 입력으로 사용하여 도 값을 20으로 설정합니다.이어서, 출력 계수와 260개의 확장된 위치 값을 다발용 입력으로 사용하고, 최종 260강도 값을 얻을 것이다. 그런 다음 평균 강도를 계산하고 평균 강도에 가장 가까운 곡선의 점을 찾습니다. 또한 알려진 2미크론 스텝 크기에서 피부 표면에 따라 깊이 값을 변경합니다.이제 프로그램을 실행합니다. 외부 피부 스펙트럼을 제거한 후 MATLAB 플랫폼 에서 라만 스펙트럼 데이터 세트를 PLS_Toolbox 소프트웨어에 로드한 다음 데이터 집합을 마우스 오른쪽 단추로 클릭하여 분석을 선택한 다음 PCA를 선택합니다. 다음으로 전처리를 선택하십시오.전처리 접근 법으로 정규화를 선택합니다. 그런 다음 교차 유효성 검사에 대해 없음을 선택합니다. 그런 다음 PCA 분해 해석을 위한 세 가지 구성 요소를 사용하여 모델을 구축합니다.이제 생체 내 라멘 계측기 컬렉션 창의 커버를 제거하고 참조 재료의 데이터 수집에 사용되는 것과 동일한 매개 변수를 사용하여 고주파 영역에서 실내 광 스펙트럼을 수집합니다. 방 광 배경과의 비교를 통해 방 광 효과 계수를 식별합니다. 이제 점수를 검토하고 표준보다 훨씬 높은 해당 점수 값으로 스펙트럼을 제거합니다.즉, 전체 데이터 집합의 99.8% 이상의 점수 값을 제거하는 것을 의미하며, 이는 이 연구에서 0.16입니다. 결과 교정 X 블록 데이터를 저장합니다. 마지막으로 PLS_Workspace 브라우저로 이동하여 새 파일을 편집합니다.행 레이블을 선택하고 파일을 다시 저장하기 전에 제외된 데이터를 영구적으로 삭제하려면 제외된 하드 삭제로 이동합니다. 먼저 표시된 것과 동일한 것을 사용하여 라만 스펙트럼 기준선을 수정합니다. 다음으로, 미리 처리된 데이터 집합에 대한 PCA 분석을 수행합니다.구성 요소 선택 단추를 클릭하여 구성 요소 수와 함께 eigenvalue를 로그리스믹 스케일로 플롯하고 로그(eigenvalue)를 y 값으로 선택합니다. 다변량 곡선 해상도 분석을 수행하려면 먼저 데이터 선택 버튼을 사용하여 데이터 집합을 MCR_main 소프트웨어에 로드합니다. 수동으로 구성 요소 수를 선택하고 구성 요소 번호를 3개에서 8개 사이로 설정합니다.그런 다음 초기 추정 탭에서 퓨어 버튼을 클릭합니다. 다음으로 농도를 선택하고 Do 버튼을 클릭합니다. 화면이 새로 고쳐지면 확인 단추를 클릭한 다음 계속 하여 다음 페이지로 이동합니다.이제 계속을 클릭하고 구현 에서 fnnl을 적용합니다. 그런 다음 부정성 프로파일이 있는 종 수에 대해 드롭다운 메뉴에서 6을 선택하고 계속을 클릭합니다. 다음 페이지에서 동일한 매개 변수를 선택하고 계속을 클릭합니다.피부 표면에서의 위치를 결정하기 위해 단백질의 라만 피크 아래의 영역이 통합되어 단백질 신호의 깊이 프로파일을 얻었다. 피부 표면은 보간 깊이 프로파일의 강도 값이 평균 강도에 가장 가까운 위치로 정의되었습니다. 피부 표면의 정확한 위치는 실험 데이터 포인트와 일치할 필요가 없습니다.총 30, 862 라만 스펙트럼은 이 비디오에 설명된 데이터 수집 프로토콜과 함께 수집되었다. 이 큰 스펙트럼 데이터 집합에는 20%의 스펙트럼 이상치가 포함되어 있습니다. 적절한 데이터 집합을 달성하는 데 이상한 스펙트럼을 적절히 식별하고 제거하는 것이 중요합니다.룸라이트의 기준 스펙트럼에 겹쳐진 룸라이트의 기여도를 볼 수 있습니다. 원리 성분 분석은 미리 처리된 공초점 라만 데이터 세트에서 수행되었으며, 에이젠밸은 사용되는 요인수와 함께 여기에 플롯된다. 에이겐밸류에 현저한 감소는 인자 9를 위해 관찰되었다.이 관찰은 다변량 곡선 해상도 모델에 포함하기 위한 3~8개의 요소 사이에 다양한 원리 구성 요소 수를 가진 모델을 조사하는 것을 제안합니다. 이 절차를 시도할 때 피부 표면 위의 깊이 프로파일을 시작하여 피부 표면의 위치를 정확하게 결정하는 것이 중요합니다. 이 방법론은 물, 단백질 및 지질을 포함한 주요 피부 구성 요소에 대한 스킨케어 제품의 영향에 대한 조사를 가능하게 합니다.

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

Ultraperformance 액체 크로마토 그래피 고해상도 질량 분석 (UPLC-HRMS)를 사용하여 생물 소스에서 타겟이 불분명 한 대사

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

연구

화학

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

CO의 상 평형 측정을위한 고압 사파이어 셀<sub&gt; 2</sub&gt; / 유기농 / 물 시스템

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

형광을 사용하여 조류 세포에서 중성 지질을 측정하기위한 간단하고 빠른 프로토콜

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

페인트의 화학 물질 운송의 특성을 역 분석 접근

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

오일 유제에서 물 : 소수성 안료와 수용성 엽록소 결합 단백질을 조립하기위한 새로운 시스템

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

SALVI 및으로 ToF-SIMS에 의해 물에 수화 된 단백질의 제자리의 특성에

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

녹색 용매를 사용하여 생체 고분자 에어로젤의 제조

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

접촉 분해 변환을 통해 유채 기름에서 바이오 연료와 바이오 케미컬의 실험실 생산

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

표준 마이크로 라만 분광계를 사용하여 높은 방사성 샘플의 라만 분석을위한 소설 기법

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