Folosirea spectroscopiei Raman in oftalmologie - diagnosticare cu laser în biologie și medicină

Aplicarea spectroscopiei Raman în oftalmologie
Recent, spectroscopie Raman ca metoda neinvaziv de diagnosticare cu laser nedistructiv, care oferă informații despre obiectul la nivel molecular și are mari perspective pentru analiza in vivo și in situ, mai penetrant cercetării medicale. Prima și rămâne una dintre cele mai importante aplicații ale spectroscopiei Raman in medicina este oftalmologie, și anume studiul animalelor intacte și cristalinului uman [34-40].

Fig. 6.9. O diagramă bloc a spectrometrului pentru măsurătorile in vivo [38]: 1 - colorant laser, 2 - cu laser excimer, 3 - cu laser continuu Ar (= 488 nm), 4 - Proba 5 - spectrograf difracție, 6 - generator de impulsuri sincron 7 - multicanal răcit detector plotter 8, 9 calculator, 10 - afişaj 11 - o memorie magnetică. Liniile punctate arată partea de configurare pentru diagnostic Raman impulsuri, care nu este implementată

Dezvoltarea Raman înregistrarea microspectrometer mai multe canale de spectre, oferind de mare viteză și rezoluție spațială (locală), cu sensibilitate considerabilă, se deschide posibilitatea de a diagnosticului precoce și masa unei astfel de boli grave, cum ar fi cataracta [35, 37, 39, 40].
O diagramă bloc a unei astfel de spectrometre este prezentată în Fig. 6.9. Elementul principal al spectrometrului este o mare sensibilitate detector cu răcire cu canale multiple, care în combinație cu laserul Ar (A = 488 nm), de putere mică (2-30 mW) pentru a primi Raman
Spectrele într-o bandă de frecvență destul de largă pentru un timp foarte scurt (0,5 s). Aceste condiții determină posibilitatea de a elimina spectrele Raman in vivo, și să demonstreze că este prezentat în Fig. 6.10 Spectrul Raman al cristalinului ochiului de iepure

Fig. 6.10. Spectrele Raman ale cristalinului ochiului de iepure în regiunea de bază [39]: 1 - masuratori in vivo, puterea laserului P = 2 mVt- 2 - măsurarea pe o lentilă izolată (P = 30 mW). Timpul de expunere pentru fiecare dintre cele trei fragmente ale spectrului cu aproximativ 0,5
o regiune de bază [39]. Rețineți că puterea radiației laser este de 2 mW pentru timpul de iradiere de 0.5 secunde este o limită la care nu există nici o deteriorare a retinei ochiului.
îmbunătățiri suplimentare în termeni spectrometru în impulsuri de excitație spectre Raman folosind un laser cu colorant pompat acordabil excimer dazerom, ar trebui să permită o garanție suplimentară pentru a realiza măsurarea in vivo prin optimizarea vozbuzhdeniyachspektrov (laser frecvență tuning) și pentru a reduce expunerea (modul puls).
Raman microspectrometer pe baza unui laser cu argon (A = 514,5 nm) cu o putere de 60 mW și diametrul de la fața locului 2 microni în instalația descrisă în [37].
Tabelul 6.1
Liniile caracteristice ale spectrului Raman al unei lentile ochi întreg iepure preparat proaspăt obținut din stratul de suprafață sub nucleul cristalinului.
Valori schimburi de frecvență Raman sunt date fara spectrograf scala neliniarității lungime de undă (fenilalanină - F, tirozina - TP3, triptofan - TRF) [37]

Spectrele de lentile au fost înregistrate în intervalul 200-1400, 700-1900, 2800- 4000 și 2400-3600 cm-1 folosind un spectrometru de difracție și analizorul multicanal cu o linie de 1024 fotodiode. timpul de măsurare cu spectru complet a fost 5-30 min. Datele pentru schimburi de frecvență Raman ale benzilor caracteristice în spectrul și rezultatele clasificării, date de autori [37] și sunt prezentate în tabelul. 6.1.
Spectrul Raman al unei lentile normale se formează spectre de suprapunere așa-numite alfa-, beta- și gamma-crystallin - proteine ​​structurale, o greutate totală în obiectiv aproximativ mamifere S3% din greutatea totală a cristalinului, spectre / derivate (în principal agregate de proteine) și apă conținute în obiectiv [34]. Cu Raman studiu spectroscopie structura moleculara a normalului, si vechi animale lentile de cataractă crescute și la oameni, inclusiv lentile expuse la medicamente [34-40]. Rezultatele cele mai interesante au fost obținute pentru structura secundară a proteinelor și a cristalinului pentru micromediul grupelor laterale ale proteinelor, cum ar fi triptofan, tirozină, și grupe de sulfură. <2 точки зрения ранней диагностики катаракты представляют интерес следующие полосы [38, 39]: полоса в диапазоне 3600—3100 см-1, определяемая наличием воды в хрусталике- полоса с частотой 2580 см-1 (2568 см-1 по данным [37], табл. 6.1), отнесенная к валентным колебаниям сульфидных групп дистеинового остатка- дублетные полосы тирозина на 855 и 831 см-1- конформационные полосы поли- пептидного основания на 1672 см-1 амида-1 и 1240 см-1 амида-3- полосы триптофана на 644 см-1 и фенилаланина на 624 см-1 (622 см-1 [37], табл. 6.1).
Raportul dintre intensitatea benzii de 3390 cm-1 (alungire OH vibrații) la intensitatea benzii 2935 cm-1 (CH întindere vibrații) variază 0.40-0.50 cristalinului transparent pentru ochi lentilă cataractă iepure (Tabelul 6.2.). Atunci când prelucrarea lentilelor anticataract droguri, raportul este stabilit la 0,43. procese inverse apar în lentile ochi nucleu șoarece in imbatranire, atunci când acest raport este redus 0.33-0.18 [34]. • Aceste modificări indică o pierdere de apă în procesul de îmbătrânire. În același timp, studiul a trei tipuri de cataracta la soareci arata ca intensitatea vibrațiilor de întindere OH (3390 cm -1) crește semnificativ ca opacifiere lentila. De exemplu, raportul de intensitate pentru lentila cataractă și normala la aceeași vârstă este egală cu patru luni, este 1,1-1,4.
Astfel, intensitatea relativă a oscilațiilor caracteristice H20 poate servi ca test pentru diagnosticarea cataractei. Cu toate acestea, studiul trebuie să fie atribuit cristalinul.
Raportul de intensitate dintre cele mai caracteristice lentile benzi Raman ochi de iepure sensibili la 194 folosit induse artificial prin cataracta dietă corespunzătoare, sunt prezentate în tabelul. 6.2 [38]. Aceste modificări în benzile corespunzătoare apei, grupe sulfide, tirozină, triptofan și fenilalanină, precum amidă-1 și amida acidului 3 sugerează o serie de modificări structurale, având ca rezultat formarea cataractei, care duce la o conversie parțială a proteinelor cristalinului resturilor de triptofan din „închis“ în forma „deschis“, posibila implicare a reziduurilor de tirozină în „agregarea proteinelor,“ putativ proces de conversie simultană parțială a SH-grupuri de cisteină în legătura S-S.
Tabelul 6.2
Raportul de intensitate Raman benzi cristalinului ochi de iepure
Cataracta sunt cauzate în mod artificial de dieta. Medicament - Dondalina [38]

În studiul modificărilor structurale în persoană lentile de cataractă are unele dificultăți din cauza fluorescenta lor puternice, care crește odată cu vârsta. Raportul dintre intensitatea fluorescenței la intensitatea benzilor individuale din spectrul Raman este o masura a patologiei cristalinului datorită turbiditatea sale datorită fluoroforilor [34-40] (agregate macromoleculare de proteine). Impactul anticataract droguri reduce semnificativ fluorescența de fond în spectrele Raman. Acest efect poate servi ca o măsură a acțiunii medicamentelor [38]. Pe de altă parte, creșterea lungimii de undă a laserului interesant de 406,7 nm la 514,5 nm și 647.1 nm Înainte de a permite în continuare în mare măsură reduce fondul de fluorescență și spectre Raman înregistra în mod fiabil [34].
Cu ajutorul dezvoltat în [37] cu canale multiple microspectrometer a fost posibilă obținerea de spectre Raman de lentile micro iepure și ochi umani, cu dimensiunea de opacități locale în cristalinul cataractei, care au fost identificate prin microscopie electronică. Transparent Modificările cristalinului au fost observate spectrele Raman ale proteinelor prin scanarea unui fascicul laser focalizat dinspre centru spre periferia lentilei. Cu toate acestea, nu a existat nici o modificare observate în spectrul două secțiuni învecinate ale cristalinului - transparente și turbiditate. Acest lucru se poate datora unor dificultăți în stabilirea taliei fasciculului de lumină focalizată asupra Microinclusions neclare sau, într-adevăr, cu modificări foarte mici în spectrele secțiunilor adiacente CD. Opacifierea cristalinului în acest caz, se poate datora fluctuațiilor în ordine cu rază lungă de orientarea proteinelor cauzate de schimbări foarte mici în lanțuri de peptide, și pot fi investigate cu ajutorul unui spectroscopie polarizatoare Raman [37] și o spectroscopie de împrăștiere a luminii elastice (Ch. 2).
Unii speră să rezolve în problemele viitorul apropiat diagnosticarea precoce a cataractei prin spectroscopie Raman infuza efectuate cu succes in masurarea vivo Spectrele Raman iepure lentilă ochi nucleu în domeniu (a se vedea. Fig. 6.10). Acest lucru a fost posibil prin dezvoltarea unor tehnici de spectroscopie Raman folosind analizorul multicanal optic care permite o sensibilitate ridicată pentru a înregistra bandă largă spectru Raman pentru o perioadă de aproximativ 0,5 [36,38,39]. În [39] a folosit un detector de tip multi-canal Tracor TN-6500, și în [37] - EG & GPA OMA 111 liniar 1024 diode capabile să citească CD-spectrele pentru câteva minute. Compania Zhoben Yvon (Franța) produce versatil microspectrometers complet automatizate KR tip V1000 și S3000, echipate cu detectoare optice multi-canal.