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 zobrazovací analýza (FTIR) umožňuje detailní studium biochemického složení mozkové tkáně při vysokém prostorovém rozlišení. V kontextu Alzheimerovy choroby, charakterizované akumulací proteinových agregátů (plaques a tangles), poskytuje rychlé a neinvazivní měření informace o sekundární struktuře proteinů i rozložení lipidů, což je zásadní pro pochopení patofyziologických mechanismů.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo rychle prozkoumat celou oblast hipokampu myši a zjistit vztah mezi chemickým složením tkáně, strukturou proteinů a morfologií nervových buněk. Studie využila mozaikovou FTIR analýzu k získání spekter s mikroskopickým rozlišením na rozsáhlé ploše vzorku.

Použitá metodika a instrumentace

Instrumentace:

• FTIR spektrometr Agilent Cary 670
• FTIR chemický mikroskop Agilent Cary 620 s detektorem FPA 64×64
• Reflexní režim měření, mozaikové zobrazování
• Prostorové rozlišení 5,5 µm, spektrální rozlišení 4 cm⁻¹, 128 skenů, rychlost sběru 5 kHz

Metodika:

• Měření mozaikou 4×6 polí umožňující pokrytí 1,4×2,2 mm hipokampu
• Automatizovaný sběr dat pomocí softwaru Resolutions Pro
• Vizualizace ve 2D a 3D chemických obrazech a analýza reprezentativních spekter pro bílou hmotu, neuropil a neurony

Hlavní výsledky a diskuse

• V průběhu ~30 min bylo získáno přes 100 000 spekter s rozlišením 5,5 µm.
• 2D a 3D obrazy prokázaly kontrast mezi oblastmi bohatými na lipidy (bílá hmota) a oblastmi s převahou proteinů (šedá hmota).
• Spektroskopické změny v oblasti CH₂/CH₃ (okolo 2730 cm⁻¹) odhalily rozdíly v obsahu lipidů mezi jednotlivými zónami hipokampu.
• Morfologické struktury, včetně amyloidních plak a neurofibrilárních tylů, byly lokalizovány a charakterizovány bez nutnosti další přípravy vzorku.

Přínosy a praktické využití metody

• Minimalizace přípravy vzorku a zachování přirozené struktury tkáně.
• Rychlý průzkum rozsáhlých oblastí s mikroskopickou přesností.
• Možnost korelace chemického složení s patologickou morfologií v Alzheimerově modelu.
• Univerzálnost pro studium dalších neurodegenerativních a onkologických onemocnění.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace s AI a pokročilou analýzou spektrálních dat pro automatickou detekci patologických změn.
• Vyšší prostorové rozlišení pomocí nových detektorů a superrozlišovacích technik.
• Rozšíření aplikace na in vivo měření a real‐time diagnostiku.
• Komplexní multimodální zobrazování kombinující FTIR s fluorescenčními a rentgenovými metodami.

Závěr

Mozaiková FTIR zobrazovací analýza pomocí Agilent Cary 670/620 nabízí jedinečnou kombinaci vysokého prostorového rozlišení, rychlosti a neinvazivnosti. Umožňuje detailní chemické a strukturální hodnocení mozkové tkáně v modelu Alzheimerovy choroby, čímž přispívá k lepšímu pochopení patogeneze a vývoji nových diagnostických přístupů.

Reference

1. 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).