Mikrospektroskopia w podczerwieni z transformacją Fouriera w diagnostyce medycznej

• Autorzy: Szczerbowska-Boruchowska M.

Warianty tytułu

EN

Fourier Transform Infrared Microspectroscopy in Medical Diagnostic

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Mikrospektroskopia w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR) łączy w sobie dwie techniki badawcze, tj. spektroskopię w podczerwieni i mikroskopię. Umożliwia tym samym jednoznaczną analizę związków chemicznych w mikroobszarach badanego materiału. Szybki postęp techniki a przede wszystkim wykorzystanie synchrotronu jako źródła podczerwieni umożliwia prowadzenie badań z rozdzielczością przestrzenną rzędu pojedynczych mikrometrów. Oprócz oznaczeń składu chemicznego próbki istnieje również możliwość analizy topograficznej związków chemicznych zawartych w badanym materiale. Dzięki temu mikrospektroskopia w podczerwieni znalzła nowe zastosowanie jako narzędzie analityczne w badaniach tkanek i pojedynczych komórek. Niejednokrotnie jest wykorzystywana przez jednostki naukowe dla celów diagnostyki medycznej. Wśród zalet techniki jako narzędzia diagnostycznego należy wymienić możliwość rejestracji anomalii składu chemicznego z mikrometrową rozdzielczością przy minimalnej preparatyce próbek, nie wymagającej utrwalania materiału ani stosowania markerów biochemicznych. Niewielka ilość materiału wymagana do przeprowadzenia pomiaru może być pozyskana w sposób małoinwazyjny np. na drodze biopsji czy endoskopii. Szeroki nurt badań z wykorzystaniem mikrospektroskopii w podczerwieni do analizy tkanek i pojeynczych komórek stanowią aktualnie prace nad schorzeniami nowotworowymi, chorobami ośrodkowego układu nerwowego (choroby neurodegeneracyjne i prionowe), układu kostnego (osteoporoza, osteoartretyzm), chorobami serca i układu krwionośnego i in.

EN

Fourier Transform Infrared (FTIR) microspectroscopy combines two techniques i.e. IR spectroscopy and microscopy. Therefore it enables determining the chemical composition in small sample areas. Rapid technical advance especially application of synchrotron radiation as an infrared source allows to obtain micrometer spatial resolution in infrared spectroscopy. Apart from determination of chemical composition of specimens the topographic analysis of samples is also possible. Therefore FTIR microspectroscopy is applied as an analytical tool to investigation of tissues and single cells. This technique is frequently used as a diagnostic tool in medicine. One of the advantage of this technique is possibility of determination of abnormalities in chemical composition of specimen with minimal sample preparation i.e. without sample staining and applying biochemical markers. The small sample amount can be taken during biopsy or ednoscopy. Currently, infrared microspectroscopy is applied as a diagnostic tool in the following areas of medicine: cancer research, neurological disorders (neurodegenerations, prion diseases), bone diseases (osteoporosis, osteoarthritis), diseases of cardiovascular system and many others.

Słowa kluczowe

PL

mikrospektroskopia w podczerwieni; analiza topograficzna; molekuły biologiczne; diagnostyka medyczna

EN

infrared microspectroscopy; synchrotron radiation; topographic analysis; biological molecules; medical diagnostic

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2007
• Tom: R. 53, nr 9 bis
• Strony: 444--447
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Szczerbowska-Boruchowska M.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej

Bibliografia

• [1] Stuart B. Modern Infrared Spectroscopy. John Wiley & Sons, LTD, Chichester 1996.
• [2] Naumann D. FT-Infrared and FT-Raman Spectroscopy in Biomedical Research: Infrared and Raman Spectroscopy of Biological Materials, Marcel Dekker, Inc. New York 2001.
• [3] Marinkovic N. S., Huang R., Bromberg P. i wsp. Center for Synchrotron Biosciences' U2B beamline: an international resource for biological infrared spectroscopy. J. Synchrotron Rad. 9, 2002,189-197.
• [4] Duncan W. D., Williams G. P. Infrared synchrotron radiation from electron storage rings. Appl. Opt. 22, 1983, 2914-2923.
• [5] Miller L. M., Dumas P. Chemical imaging of biological tissue with synchrotron infrared light. Biochimica et Biophysica Acta 1758, 2006, 846-857.
• [6] Michael Heise H. Clinical Applications of Near-and Mid-Infrared Spectroscopy: Infrared and Raman Spectroscopy of Biological Materials, Marcel Dekker, Inc. New York 2001.
• [7] Sahu R. K., Mordechai S. Fourier transform infrared spectroscopy in cancer detection. Future Oncology 1(5), 2005, 635-647.
• [8] Ross C. A., Poirier M. A. Protein aggregation and neurodegenerative disease. Nat. Med. 10, 2004, Suppl 10-17.
• [9] Gao T. J., Feng Y. Ci. Human breast carcinomal tissues display distinctive FTIR spectra: implication for the histological characterization of carcinomas. Anal. Cell. Pathol. 18, 1999, 87–93.
• [10] Argov S., Ramesh J., Salman A., Goldstein J., Sinelnikov I., Guterman H., Mordechai S. Diagnostic Potential of FTIR Microspectroscopy and Advanced Computational Methods in Colon Cancer Patients, J. Biomed. Optics, 7(2),2002, 248-254.
• [11] Diem M., Chiriboga L., Yee H. Infrared spectroscopy of human cells and tissue. VIII. Data collection and analysis strategies for infrared mapping of tissue. Biopolymers: Biospectroscopy, 57, 2000,282-290.
• [12] Wood B. R., Chiriboga L., Yee H., Quinn M. A., McNaughton D., Diem M. FTIR mapping of the cervical transformation zone, squamous and glandular epithelium, Gynecol. Oncol., 93(4), 2004, 59-68.
• [13] Sahu R. K., Argov S., Bernshtain E., Salman A., Walfisch S., Goldestein J., Mordechai. S. Detection of abnormal proliferation in histologically “normal” colonic biopsies using FTIRmicrospectroscopy, Scan. J. of Gastroenterology, 39 (6), 2004, 557-566.
• [14] Chang J. I., Huang Y. B., Wu P. C I wsp. Characterization of human cervical precancerous tissue through the Fourier transform infrared microscopy with mapping method. Gynecol. Oncol. 91(3), 2003, 577-583.
• [15] Gazi E, Dwyer J., Gardner P. i wsp. Applications of Fourier transform infrared microspectroscopy in studies of benign prostatę and prostate cancer. A pilot studies. J. Pathol. 201(1), 2003, 99-108.
• [16] Schultz C. P. The potential role of Fourier transform infrared spectroscopy and imaging in cancer diagnosis incorporating complex mathematical methods. Technol Cancer Res Treat. 1(2), 2002, 95-104.
• [17] Wang H. P., Wang H. C., Huang Y. J. Microscopic FTIR studies of lung cancer cells in preural fluid. Sci. Total Environ. 204, 1997, 283-287.
• [18] Argov S., Sahu R. K., Bernshtain E., Salman A., Shohat G., Zelig U., Mordechai S. Inflammatory bowel diseases as an intermediate stage between normal and cancer: a FTIR-microspectroscopy approach. Biopolymers. 75(5), 2004, 384-92.
• [19] Ramesh J., Huleihel M., Mordehai J., Moser A., Erukhimovich V., Levi C., Kapelushnik J., Mordechai S., Preliminary results of evaluation of progress in chemotherapy for childhood leukemia patients employing Fourier-transform infrared microspectroscopy and cluster analysis. J Lab Clin Med. 141(6), 2003, 385-94.
• [20] Andrus P. G., Strickland R. D., Cancer grading by Fourier transform infrared spectroscopy. Biospectroscopy, 4(1), 1998, 37-46.
• [21] Liu K. Z., Schultz C. P., Johnston J. B., Beck F. W., Al-Katib A. M., Mohammad R. M., Mantsch H. H., Infrared spectroscopic study of bryostatin 1-induced membrane alterations in a B-CLL cell line. Leukemia, 13(8), 1999, 1273-1280.
• [22] Takahashi S, Satomi A,Yano K, i wsp. Estimation of glycogen levels in human colorectal cancer tissue: relationship with cell cycle and tumor outgrowth. J Gastroenterol. 34(4), 1999, 474-80.
• [23] Malins D. C., Gilman N. K., Green V. M., Wheeler T. M., Barker E. A., Vinson M.A., Sayeeduddin M., Hellstrom K. E., Anderson K. M., Metastatic cancer DNA phenotype identified in normal tissues surrounding metastasizing prostate carcinomas.Proc Natl Acad Sci USA. 101(31), 2004, 11428-11431.
• [24] Schaeberie M. D., Levin I. W., Lewis E.N., Biological Vibrational Spectroscopic Imaging: Infrared and Raman Spectroscopy of Biological Materials, Marcel Dekker, Inc. New York 2001.
• [25] Lisa M Miller, Qi Wang, Tejas P. Telivala, Randy J. Smith, Antonio Lanzirotti, Judit Miklossy Synchrotron-based infrared and X-ray imaging shows focalized accumulation of Cu and Zn colocalized with beta-amyloid deposits in Alzheimer's disease. J Struct Biol. 155(1), 2006, 30-37.
• [26] Szczerbowska-Boruchowska M., Chwiej J., Lankosz M. i wsp. Intraneuronal investigations of organic components and trace elements with the use of synchrotron radiation. X-Ray Spectrom, 2005; 34: 514-520.
• [27] Szczerbowska-Boruchowska M., Dumas P., Kastyak M. Z. i wsp. Biomolecular investigation of human substantia nigra in Parkinson’s disease by synchrotron radiation Fourier transform infrared microspectroscopy. Arch. Biochem. Biophys. 459(2), 2007, 241-248.
• [28] H. H. Eysel, M. Jackson, A. Nikhulin, R. L. Somorjai, G. T. D. Thomson, A novel diagnostic. test for arthritis: multivariate analysis of infrared spectra of synovial fluid. Biospectroscopy 3, 161–167 (1997).
• [29] Huang R. Y., Miller L.M., Carlson C.S., Chance M. R., n situ chemistry of osteoporosis revealed by synchrotron infrared microspectroscopy. Bone. 33(4), 2003, 514-521.
• [30] Miller L. M., Tibrewala J., Carlson C. S., Examination of bone chemical composition in osteoporosis using fluorescence-assisted synchrotron infrared microspectroscopy. Cell Mol Biol (Noisy-le-grand). 46(6), 2000, 1035-1044.
• [31] Gough K. M., Zelinski D., Wiens R., Rak M., Dixon I. M., Fourier transform infrared evaluation of microscopic scarring in the cardiomyopathic heart: effect of chronic AT1 suppression. Anal Biochem. 316(2), 2003, 232-242.

Uwagi

PL

Niniejszarciu praca powstała przy wsparciu finansowym Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego