Използването на Раман спектроскопия в офталмологията - лазерни диагностика в биологията и медицината

Прилагане на Раман спектроскопия в офталмологията
Наскоро, Раман спектроскопия като неинвазивен метод за недрестуктивни лазерни диагностика, която дава информация за обекта на молекулярно ниво и има големи перспективи за анализ на ин виво и ин ситу, проникновеното за медицински изследвания. Първият и остава един от основните приложения на Raman спектроскопия в медицината е офталмологията, а именно изследването на интактни животни и хора леща [34-40].

Фиг. 6.9. Блокова схема на спектрометъра за измерване на ин виво [38] 1 - багрилен лазер, 2 - ексимерен лазер, 3 - непрекъснато Ar лазер (= 488 нм), 4 - Проба 5 - дифракция спектрограф, 6 - синхронен импулсен генератор 7 - охлажда многоканален детектор плотер 8, 9 компютър, 10 - дисплей 11 - магнитна памет. Прекъснатите линии показват част от настройката за импулсна Раман диагноза, която не се изпълнява

Развитие Raman microspectrometer многоканален запис на спектрите, осигуряване на висока скорост и пространствена разделителна способност (местно) със значителна чувствителност, отваря възможността за ранна диагностика и масата на такова сериозно заболяване като катаракта [35, 37, 39, 40].
Блокова схема на една такива спектрометри е показано на фиг. 6.9. Основният елемент на спектрометъра е с висока чувствителност охлажда многоканален детектор, който в комбинация с лазера Аг (А = 488 нм), ниска мощност (2-30 MW), за да получите Raman
спектри в доста широка честотна лента за много кратко време (0.5 и). Тези условия определят възможността за отстраняване на Raman спектрите ин виво, и показват, че е показано на фиг. 6.10 Raman спектрите на обектива на заешко око

Фиг. 6.10. Raman спектрите на кристалната леща на окото на заек в централната област [39] 1 - в измервания виво, лазерна мощност Р = 2 mVt- 2 - измерване на изолиран обектив (Р = 30 MW). Изложение време за всеки от трите фрагменти от спектъра с приблизително 0.5
сърцевина област [39]. Имайте предвид, че лазерното лъчение мощност е 2 MW за време облъчване от 0.5 секунда ограничение при които няма увреждане на ретината на окото.
Допълнителни подобрения по отношение спектрометър импулсни възбуждане Raman спектър с помощта на регулиращи багрилен лазер изпомпва ексимерен dazerom, следва да позволи по-нататъшно гаранция да реализира измерване ин виво чрез оптимизиране vozbuzhdeniyachspektrov (лазерна настройка на честотата) и за намаляване на експозицията (импулсен режим) на.
Raman microspectrometer въз основа на аргонов лазер (А = 514,5 нм) с мощност от 60 MW, а диаметърът на място на 2 микрона в съоръжението, описан в [37].
Таблица 6.1
Характерни линии на Raman спектър на прясно приготвен цяло заешки лещи за очи, получен от повърхностния слой по ядрото на лещата.
Ценности Раман честотни измествания са дадени без мащаб нелинейност дължина на вълната спектрограф (фенилаланин - F, тирозин - TP3, триптофан - TRF) [37]

спектри лещи бяха записани в обхвата 200-1400, 700-1900, 2800- 4000 и 2400-3600 см-1, като се използва спектрометър дифракция и анализатора многоканален с линия от 1024 фотодиоди. пълен спектър време на измерване е 5-30 минути. Данните за Раман честотни измествания на характерни ивици в спектъра и резултатите от класификацията, дадени от авторите [37] и са показани в таблица. 6.1.
Raman спектър на нормална леща се образува припокриване спектри т.нар алфа-, бета- и гама-кристалин - структурни протеини, общо тегло в лещата приблизително бозайник S3% от общото тегло на лещата, техните спектри / производни (предимно протеинови агрегати) и вода съдържащ се в лещата [34]. С Raman спектроскопия проучване молекулярната структура на нормалата, и се отглеждат стари животни катаракта лещи и хора, включително лещи изложени на лекарства [34-40]. Най-интересните резултати са получени за вторичната структура на протеини и лещата на микросредата на страничните групи на протеини, такива като триптофан, тирозин и сулфидни групи. <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).
Съотношението на интензитета на лента от 3390 cm-1 (ОН разтягане вибрации) на интензитета на лентата 2935 см-1 (CH разтягане вибрации) варира от 0.40 до 0.50 прозрачен обектив за катаракта леща заешко око (таблица. 6.2). При обработката на обектива anticataract лекарство, съотношението се определя на 0,43. Обратните процеси се случват в обектива очите ядрото на мишката в стареене, когато това съотношение е намалена от 0,33 до 0,18 [34]. • Тези промени показват загуба на вода в процеса на стареене. В същото време, изследването на три вида катаракта в мишки показва, че интензивността на разтягане вибрациите ОН (3390 cm -1) значително увеличава както опацификация леща. Например, съотношението на интензивност за обектива на катаракта и нормално в една и съща възраст, се равнява на четири месеца, е 1,1-1,4.
По този начин, относителната интензивност на характерните трептения Н20 може да служи като тест за диагностициране на катаракта. Въпреки това, проучването трябва да бъдат причислени към лещата.
Степента на интензитета на най-характерните Raman ленти лещи заешки очи чувствителни към 194 използва изкуствено предизвикано чрез подходяща диета катаракта, са показани в таблица. 6.2 [38]. Тези промени в честотните ленти, съответстващи на водата, сулфидни групи, тирозин, триптофан и фенилаланин, както и амид-1 и амид-3 предлага редица структурни модификации, което води до образуването на катаракта, които водят до частично превръщане на триптофан протеини остатъци лещи от "затворен" в "отворена" форма, възможно участие на тирозинови остатъци в предполагаем процес "протеин агрегация," едновременно частично превръщане на SH-групи на цистеин в S-S връзка,.
Таблица 6.2
Степента на интензивност на Raman ленти леща заешко око
Катаракта са причинени изкуствено чрез диета. Лекарствено - Dondalina [38]

В проучването на структурни промени в лице катаракта обектив има някои трудности поради силното им флуоресценция, която се увеличава с възрастта. Съотношението на интензитета на флуоресценция на интензивността на отделните ивици в спектъра Raman е мярка за патологията на обектива поради помътняване поради флуорофори [34-40] (макромолекулни агрегати на белтъци). Въздействие anticataract лекарства значително намалява фон флуоресценцията в Raman спектри. Този ефект може да служи като мярка за действие на лекарства [38]. От друга страна, увеличаването на дължината на вълната на лазера вълнуваща на 406.7 пМ до 514,5 нм и 647,1 нм Преди допълнително позволява значително да намали фон флуоресценция и Raman спектри се регистрират надеждно [34].
С помощта на разработения в [37] многоканални microspectrometer е възможно да се получи Раман спектри на микро лещи заек и човешките очи, съизмерими с размера на местните помътняване на лещата на катарактата, които са били идентифицирани чрез електронна микроскопия. прозрачни променя кристалната леща се наблюдават Raman спектрите на протеините чрез сканиране на фокусиран лазерен лъч от центъра към периферията на лещата. Въпреки това, не е имало наблюдаваните промени в спектъра на две съседни секции на лещата - прозрачни и мътни. Това може да се дължи на затруднения при създаването на талията на фокусирания лъч светлина върху неясните Microinclusions или дори и с много малки промени в CD спектрите на съседни секции. Помътняване на лещата в този случай може да се дължи на колебания в реда на далечни разстояния на ориентацията на протеините, причинени от много малки изменения в пептидните вериги и може да бъде изследвано като се използва поляризиращ Raman спектроскопия [37] и еластично разсейване на светлината спектроскопия (гл. 2).
Някои се надяват да се реши в близко бъдеще проблемите ранна диагностика на катаракта чрез Раман спектроскопия кисна успешно проведени ин виво измерване на Раман спектри заек ядро ​​очната леща в тази област (вж. Фиг. 6.10). Това е възможно благодарение на развитието на техниките Раман спектроскопия, като се използва оптично многоканален анализатор, който позволява висока чувствителност за запис на широка ивица Raman спектър за време от около 0.5 [36,38,39]. В [39] се използва тип многоканален детектор Tracor TN-6500, и в [37] - EG & GPA ОМА 111 линеен 1024 диоди в състояние да чете CD-спектрите за няколко минути. Компанията Zhoben Ивон (Франция) произвежда гъвкави напълно автоматизирани microspectrometers KR тип V1000 и S3000, оборудван с многоканални оптични датчици.