Rapid screening of brain tissue with a high spatial resolution over large analysis areas using Agilent’s 670 and 620 FTIR imaging analysis

Význam tématu

Infračervená (FTIR) zobrazovací analýza poskytuje cenné informace o chemickém složení a morfologii tkání na mikroskopické úrovni. Ve výzkumu neurodegenerativních onemocnění, jako je Alzheimerova choroba, umožňuje rychlou a neinvazivní detekci patologických struktur (beta-amyloidních plak a neurofibrilárních klubek) ve vzorcích mozkové tkáně.

Cíle a přehled studie / článku

Studie se zaměřila na:

• Rychlý průzkum celé oblasti hipokampu myšího mozku.
• Prozkoumání korelace mezi chemickým složením, sekundární strukturou proteinů a histologickou morfologií.
• Uplatnění vysoce rozlišující FTIR zobrazovací metody pro hlubší porozumění mechanismům Alzheimerovy choroby.

Použitá instrumentace

Analýzy proběhly na aparatuře Agilent s následujícími parametry:

• Spektrometr: Agilent Cary 670 FTIR.
• Mikroskop: Agilent Cary 620 FTIR se 64×64 FPA detektorem.
• Režim měření: odrazový (reflection mode), mozaikové zobrazení 4×6.
• Prostorové rozlišení: 5,5 µm na pixel.
• Spektrální rozlišení: 4 cm⁻¹, 128 naskenování, rychlost 5 kHz.
• Software: Agilent Resolutions Pro pro automatizovaný sběr a vizualizaci dat.

Hlavní výsledky a diskuse

Výzkum přinesl tyto klíčové poznatky:

• Během zhruba 30 min bylo získáno ~100 000 spekter s 5,5 µm rozlišením.
• Vytvoření 2D a 3D chemických obrazů odhalilo heterogenitu tkáně – rozdíly mezi bílou a šedou hmotou.
• Analýza pásů CH₂ a CH₃ ukázala vyšší obsah lipidů v bílé hmotě versus šedou hmotu bohatou na proteiny.
• Morfologické prvky, jako amyloidní plaky a neurofibrilární klubka, byly identifikovány a lokalizovány na základě spektrálních změn.

Přínosy a praktické využití metody

FTIR zobrazování s mozaikovou technikou nabízí:

• Rychlé a bezkontaktní zpracování velkých oblastí tkáně.
• Minimální přípravu vzorku bez chemických modifikací.
• Možnost sledovat sekundární strukturu proteinů i funkční skupiny lipidů v jediné analýze.
• Detailní mapování patologických změn v mozkové tkáni, užitečné pro biomedicínský výzkum a preklinické studie.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje:

• Integrace umělé inteligence pro automatizovanou klasifikaci spekter a detekci patologických rysů.
• Vyšší rychlost sběru dat díky optimalizovaným detektorům a paralelnímu zpracování.
• Multimodální zobrazování kombinující FTIR s Ramanovou nebo fluorescenční mikroskopií.
• Komercializace pro klinické laboratoře a diagnostiku neurodegenerativních onemocnění.

Závěr

Agilentův FTIR zobrazovací systém umožnil rychlou a vysoce rozlišující analýzu celého hipokampu myšího mozku při minimální přípravě vzorku. Metoda odhalila chemicko-morfologickou heterogenitu související s Alzheimerovou patologií a prokázala potenciál jako standardní nástroj v preklinickém výzkumu.

Reference

• Kuzyk A., Kastyak M., Agrawal V., Gallant M., Sivakumar G., Rak M., Del Bigio M., Mai S., Westaway D., Julian R., Gough K. M. Association between amyloid plaque, lipid, and creatine in hippocampus of TgCRND8 mouse model for Alzheimer disease. J. Biol. Chem., 285, 31202–31207 (2010).