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

Författarna erkänner starkt det ekonomiska stödet från Corporate funktion analytisk och personlig rensning vårdavdelning. Vi vill uttrycka vår tacksamhet till analytiska biträdande direktörer MS Jasmine Wang och Dr Robb Gardner för deras vägledning och stöd och MS Li Yang för hennes hjälp med datainsamling.

Denna studie godkändes av den institutionella granskningskommittén för barnsjukhuset i Peking i enlighet med de etiska riktlinjerna i Helsingforsdeklarationen 1975. Den genomfördes enligt ICH-riktlinjerna för god klinisk sed. Studien ägde rum från maj till juli 2015.
1. insamling av in vivo konfokalmikroskopi Raman-spektra från försökspersoner med atopisk dermatit
<ol><li>Inkludera ämnen i enlighet med följande kriterier.<ol>
<li>Inkludera försökspersoner i åldrarna 4 – 18 ?...

<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>

Under datainsamlingen, som beskrivs i avsnitt 2 och 3 i protokollet, samlades varje djup profil i ett område med kontakt mellan instrument fönstret och huden genom att hitta de mörkare områdena från de mikroskopiska bilderna som belystes i de röda cirklarna i Figur 2C. När dessa områden var placerade var det viktigt att starta djup profilen ovanför hudytan för att exakt bestämma placeringen av hudytan för dataanalys proceduren. Placeringen av hudytan användes d...

I kliniska studier, in vivo konfokal Raman spektroskopi har visat sin unika förmåga att bestämma stratum hornlagret tjocklek och vattenhalt1,2,3,4, och spåra inträngning av aktiva material appliceras topikalt på huden5,6. Som icke-invasiv metod detekterar konfokal Raman-spektroskopi molekylära signaler baserade på vibrationella lägen. Sålunda, märkning behövs inte7. In vivo konfokal Raman spektroskopi ger kemisk information med djup upplösning baserad på den konfokala karaktären av tekniken. Denna djup-beroendeinformation är mycket användbar för att studera effekterna av hudvårdsprodukter4,8, åldrande9,10, säsongsbetingade förändringar3, samt hudbarriär funktion sjukdomar, såsom atopisk dermatit11,12. Det finns en hel del information i hög frekvens regionen av konfokala Raman spektroskopi (2500-4000 cm-1), där vatten producerar distinkta toppar i regionen mellan 3250-3550 cm-1. Men de Raman toppar av proteiner och lipider, som är centrerad mellan cirka 2800-3000 cm-1, överlappar varandra eftersom signalerna huvudsakligen produceras från metylenblått (-CH2-) och metyl (-CH3) grupper13 . Denna överlappande information utgör en teknisk utmaning när man erhåller relativa mängder av enskilda molekylära arter. Peak fitting14,15 och selektiv topp position12,16 metoder har använts för att lösa denna utmaning. Det är dock svårt för dessa Single Peak-baserade metoder för att extrahera ren komponentinformation eftersom flera Raman toppar från samma komponent ändras samtidigt17. I vår senaste publikation18föreslogs en MCR-strategi för att belysa den rena komponentinformationen. Med denna metod har tre komponenter (vatten, proteiner och lipider) extraherats från en stor in vivo konfokal Raman spektroskopisk DataSet.
Utförandet av stora kliniska studier kan vara krävande för individer som samlar in vivo spektroskopiska data. I vissa fall, spektralförvärv kan kräva operativ utrustning för många timmar på en dag och studien kan sträcka sig upp till veckor eller månader. Under dessa förhållanden kan spektroskopiska data genereras av utrustnings operatörer som saknar teknisk expertis för att identifiera, utesluta och korrigera för alla källor till spektroskopiska artefakter. Den resulterande datamängden kan innehålla en liten del av spektroskopiska extremvärden som måste identifieras och uteslutas från data före analys. Denna uppsats illustrerar i detalj en kemometriska analys process för att "städa upp" en klinisk Raman dataset innan du analyserar data med MCR. För att framgångsrikt ta bort avvikare, typer av extremvärden och den potentiella orsaken till generering av avvikare Spectra måste identifieras. Sedan kan ett specifikt tillvägagångssätt utvecklas för att ta bort riktade avvikare. Detta kräver förkunskaper i datauppsättningen, inklusive en detaljerad förståelse för data generations processen och studiens utformning. I den här datauppsättningen är de flesta avvikare låga signal-till-brus-spektra och kommer primärt från 1) spektra som samlats in ovanför hudytan (6 208 av 30 862) och 2) starkt bidrag till spektrumet från fluorescerande rums ljus (67 av 30 862). Spektra som samlats över hudytan ger ett svagt Raman-svar, eftersom laser brännpunkten närmar sig hudytan och är mestadels i instrument fönstret under huden. Spektra med ett starkt bidrag från Lysrörs rum ljus genereras på grund av antingen instrument operatör fel eller ämne rörelse, som producerar ett tillstånd där den konfokala Raman Collection fönstret inte är helt täckt av försöks platsens kropps plats. Även om dessa typer av spektralartefakter kunde identifieras och åtgärdas under spektralförvärvet av en spektroskopisk expert vid tidpunkten för datainhämtningen, instruerades de utbildade instrument operatörerna som användes i denna studie att samla in alla data om inte en oåterkalleligt misslyckande observerades. Uppgiften att identifiera och utesluta extremvärden införlivas i dataanalys protokollet. Det protokoll som presenteras är utvecklat för att lösa denna utmaning. För att ta itu med de låga signal-till-brus-spektra ovanför hudytan måste placeringen av hudytan bestämmas först för att tillåta avlägsnande av spektra som samlats upp ovanför hudytan. Placeringen av hudytan definieras som det djup där Raman laser brännpunkt är hälften i huden och hälften ut ur huden som illustreras i kompletterande figur 1. Efter att ha avlägsnat låg signal-till-brus Spectra, en huvudsaklig komponent analys (PCA) genomförs för att extrahera faktorn domineras av fluorescerande rum ljus toppar. Dessa avvikare tas bort baserat på poängvärdet för motsvarande faktor.
Det här protokollet innehåller detaljerad information om hur sex huvudkomponenter bestäms i MCR-processen. Detta görs genom en PCA-analys följt av spektralform jämförelse mellan belastningar för modeller som genereras med olika antal huvudkomponenter. Även försöks processen för datainsamling av referensmaterial och de mänskliga ämnena förklaras i detalj.

<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

Utveckling av detta in vivo konfokala Raman spektroskopiska metod möjliggör direkt mätning av vatten, proteiner och lipider med djup upplösning hos försökspersoner. Denna information är mycket viktigt för hudrelaterade sjukdomar och karakterisera hudvård produktprestanda. Detta protokoll illustrerar en metod för konfokalmikroskopi Raman spectra Collection och den efterföljande analysen av spektraldata uppsättningen som utnyttjar kemometri. Målet med den här metoden är att etablera ett standardprotokoll för datainsamling och ge allmän vägledning för dataanalys. Förbehandling (t. ex. avlägsnande av avvikare Spectra) är ett kritiskt steg vid bearbetning av stora datamängder från kliniska studier. Som ett exempel ger vi vägledning baserat på tidigare kunskaper om en datauppsättning för att identifiera typer av extremvärden och utveckla specifika strategier för att ta bort dem. En huvudkomponent analys utförs och belastnings spektra jämförs med spektra från referensmaterial för att välja det antal komponenter som används i den slutliga MCR-analysen (multivariat Curve resolution). Den här metoden är lyckad för att extrahera meningsfull information från en stor spektraldata uppsättning.

I denna kliniska studie insamlades in vivo konfokalmikroskopi Raman spectra från 28 försökspersoner från 4 – 18 år. Sammanlagt 30 862 Raman spectra samlades in med datainsamlings protokollet som nämns ovan. Denna stora spektrala dataset innehåller 20% spektrala extremvärden som visas i figur 4A. Det låga signal-till-brus avvikare spektrat avlägsnades efter bestämning av hudytan, följt av PCA för att identifiera spektra med rum ljusfunktioner. Den tredje faktorn i denna PCA...

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

Här presenterar vi ett protokoll för insamling av konfokala Raman-spektra från försökspersoner i kliniska studier kombinerat med chemometriska metoder för avlägsnande av spektral avvikare och efterföljande extraktion av viktiga funktioner.

Lösning av vatten, proteiner och lipider från in vivo konfokala Raman-spektra av stratum corneum genom en Chemometrisk metod

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

Direkt mätning av vatten, proteiner, och lipider med djupupplösning i försökspersoner är mycket viktigt för hudrelaterade sjukdomar, för karakterisering av hudvårdsproduktprestanda. Denna metod, tillsammans med den efterföljande analysen, utnyttjar chemometrics att extrahera kemisk information. Den största fördelen med denna teknik är att det gör det möjligt för den kliniska Raman datamängden som ska samlas in av utbildade instrument operatörer som saknar teknisk expertis för att identifiera, utesluta och åtgärda alla källor till spektroskopiska artefakter.Den resulterande datamängden kan sedan bearbetas för att identifiera extremvärden som måste undantas från datumet före analys. Under dataanalysen är en viktig utmaning att avlägsna extremvärdena och identifiering av antalet nyckelkomponenter i datamängden. Tillvägagångssättet visar i denna video utnyttjar förkunskaper om kliniska data som och chemometrics strategi för att framgångsrikt extrahera vatten, protein och lipid med djup upplösning.Demonstrerar proceduren blir Li Yang, tekniker från vårt C&T-labb. Till att börja med har motivet placera en markerad lesion kropp webbplats eller kontroll plats i nära kontakt med bildframställning fönster in vivo confocal Raman instrumentet. Var noga med att de täcker hela fönstret för att undvika inverkan av rumsljus på bildbehandling.Öppna sedan programvaran och flytta fokus tills ett spektrum som liknar det som visas här, ses. Efteråt, flytta fokus 10 mikron bort från hudytan. Samla in data för 26 steg med en stegstorlek på två mikron i frekvensregionen som visas här, med hjälp av en exponeringstid på en sekund.Mät åtta replikat för varje område, varar upp till 15 minuter totalt. Använd först kommandofönstret och MATLAB för att ändra filändelsen för de insamlade uppgifterna från RIC till mat. Ladda sedan matfilen till MATLAB:s mjukvaruplattform, som visas här.Korrigera datauppsättningens baslinje med metoden för automatiska viktade minst kvadrater, genom att gå till PLS_Workspace-fönstret och högerklicka på den importerade datamängden, bläddra till Analysera, välja Andra verktyg och klicka på Förbearbetning. I fönstret som dyker upp klickar du på Visa. Sedan rullar du ned i verktygsfältet Tillgängliga metoder till filtreringen Automatisk viktad uthyrd kvadratisk originalplan och väljer Lägg till.Därefter klickar du på Ok för att ställa in alternativen och för att tillämpa förbearbetning på data. Spara detta som Spectra_baseline. Därefter återgår du till kommandofönstret och ersätter data med hjälp av det baslinjerättade korrigerade resultatet.Nu, gå till Textredigeraren och kör programmet som visas här. Detta kommer att summera värdena mellan 2910 och 2965 omvänd centimeter för att erhålla intensitetsvärdena under varje Raman spektrum från 26 på varandra följande steg mätning, och lagra dem i en Excel-fil. Gå till Arbetsytan i MATLAB och ange sökvägen för data i Depth_save, som visas.Därefter använder processen som beskrivs här för att interpolera instrumentets förskjutningsvärde från 26 till 260 med hjälp av linspace-funktionen i MATLAB. Denna process kommer att interpolera intensitetsvärdet från 26 till 260 med hjälp av spline-metoden, med hävstångseffekt på de nyligen genererade 260-positionsvärdena. Dessutom kommer den att använda 260-position och intensitetsvärden som x och y ingångar för polyfit-funktionen respektive, ställa gradens värde till 20.Sedan kommer den att använda utgångskoefficienterna och de 260 utökade positionsvärdena som ingång för polyval, för att erhålla de slutliga 260-intensitetsvärdena. Därefter kommer det att beräkna medelintensiteten och hitta den punkt i kurvan som är närmast medelintensiteten. Det kommer också att ändra djupvärdet enligt hudytan, i den kända två-micron stegstorlek.Kör programmet nu. Ladda Raman spektra datamängden efter borttagning av den yttre huden spektra i PLS_Toolbox programvara, under MATLAB plattformen och högerklicka på datamängden för att välja Analysera och sedan välja PCA. Klicka sedan på Välj Förbearbetning.Välj Normalisera som förbearbetningstillvägagångssätt. Välj sedan ingen för korsvalideringen. Bygg sedan modellen med hjälp av de tre komponenterna för PCA-nedbrytningsanalysen.Nu, ta bort locket på in vivo Ramen instrument samlingsfönstret, och samla in rummet ljusspektra i högfrekvensregionen med hjälp av samma parametrar som används för referensmaterialets datainsamling. Identifiera rumsljuseffektsfaktorn genom jämförelse med rumsljusbakgrunden. Nu, granska poängen och ta bort spektra med betydligt högre motsvarande poäng värde än normalt.Detta innebär att ta bort poängvärden på mer än 99,8%av hela datamängden, vilket är 0,16 i denna studie. Spara den resulterande kalibreringen X-block data. Slutligen, gå till PLS_Workspace och redigera den nya filen.Markera radetiketterna och gå till Hard Delete Excluded för att ta bort undantagna data permanent innan filen sparas på något på något sätt. Börja med att korrigera Raman spektra baslinjen med samma just visade. Därefter utför pca-analysen på den förbearbetade datamängden.Rita ut eigenvärdena i logaritmisk skala tillsammans med antalet komponenter genom att klicka på knappen Välj komponent, och välj log(eigenvalues)som y-värdet. Om du vill utföra analys av kurvaupplösning i flera olika format använder du först knappen för att välja data för att läsa in datamängden i MCR_main programvaran. Välj manuellt antal komponenter och ställ in komponentnumret till mellan tre och åtta.Klicka sedan, under fliken Inledande uppskattning, på knappen Pure. Därefter väljer du Koncentration och klickar på knappen Do . När skärmen uppdateras klickar du på knappen Ok och sedan på Fortsätt för att gå vidare till nästa sida.Klicka nu på Fortsätt, och tillämpa fnnls under Implementering. Välj sedan sex på rullgardinsmenyn för antalet arter med icke-negativitetsprofiler och klicka på Fortsätt. På nästa sida väljer du samma parametrar och klickar på Fortsätt.För att bestämma platsen vid hudytan integrerades området under proteinets Raman-topp för att erhålla proteinsignalens djupprofil. Hudytan definierades som den plats där intensitetsvärdet från den interpolerade djupprofilen låg närmast medelintensiteten. Den exakta platsen för hudytan behöver inte sammanfalla med en experimentell datapunkt.Totalt 30, 862 Raman spektra samlades in med datainsamlingsprotokollet som beskrivs i denna video. Denna stora spektrala datamängd innehåller 20%spektrala extremvärden. Korrekt identifiering och borttagning av den avvikare spektra är viktigt att uppnå en korrekt datamängd.Här kan man se bidraget från rumsljus, ovanpå en referensspektra av Roomlight. Principkomponentanalys utfördes på den förbehandlade confocal Raman-datauppsättningen, och eigenvaluen, tillsammans med antalet faktorer som används, ritas här. En signifikant minskning av eigenvaluen observerades för faktor nio.Denna iakttagelse föreslår att undersöka modeller med antalet principkomponenter som varierar mellan tre och åtta faktorer för införande i multivariate kurvan upplösning modell. Vid försök med detta förfarande är det avgörande att starta en djupprofil ovanför hudytan, för att exakt bestämma placeringen av hudytan. Denna metod möjliggör undersökningen av hudvårdsprodukternas inverkan på viktiga hudkomponenter, inklusive vatten, proteiner och lipider.

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

Oriktade Metabolomics från biologiska källor Använda Ultraperformance vätskekromatografi-högupplösande masspektrometri (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

Högtrycks Sapphire Cell för fasjämvikter Mätningar av CO<sub&gt; 2</sub&gt; / Ekologisk / Water Systems

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

En enkel och snabb protokoll för mätning av neutrala lipider i algceller Använda Fluorescens

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

En Inverse Analys Närma till karakterisering av kemiska Transport i Färger

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

Vatten i oljeemulsioner: Ett nytt system för montering Vattenlösliga klorofyllbindande proteiner med hydrofoba pigment

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

In Situ karakterisering av Hydratiserade proteiner i vatten av Salvi och 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

Framställning av Biopolymer Aerogel använda grön Lösningsmedel

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

Laboratorium produktionen av biobränslen och biokemikalier från en rapsolja genom katalytisk krackning Conversion

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

En ny teknik för Raman Analys av högradioaktivt Prover Använda Alla Standard Micro-Raman-spektrometer

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

Vibrational spektra av en N719-Chromophore/Titania Gränssnitt från empirisk-potential molekylär-dynamik simulering, Solvated av en rumstemperatur jonisk vätska