Espectroscopia óptica correlativa y metodología de imagen por espectrometría de masas para visualizar la distribución del fármaco en una sección de tejido blando

Estamos desarrollando métodos de imagen espectroscópica correlativa para comprender mejor la administración tópica de fármacos. El objetivo es obtener nuevos conocimientos mecanicistas sobre la permeación de los fármacos y su biodisponibilidad dentro de las capas de la piel. Esta información será valiosa para mejorar la formulación, el diseño y el régimen de dosificación de los productos farmacéuticos.

Esta investigación aborda la falta actual de métodos para formar simultáneamente la estructura de la piel y la distribución de fármacos en ella. Después de la aplicación tópica con alta resolución espacial y alta sensibilidad. El acceso a dicha información es esencial para el desarrollo de productos tópicos superiores. Este protocolo ofrece una visualización rápida y de alta resolución de la distribución de fármacos en la piel sin etiquetas con alta sensibilidad química en comparación con las técnicas tradicionales existentes. Toda esta información se puede extraer de la misma sección de tejido.

Estos hallazgos avanzan en la obtención de imágenes correlativas al presentar un método confiable que combina la espectroscopia óptica con la espectrometría de masas. Las técnicas de registro de imágenes desarrolladas garantizan una alineación precisa del conjunto de datos, lo que permite un análisis detallado de la distribución de fármacos en los tejidos. Este progreso respalda la mejora de los sistemas de administración de fármacos tópicos y una visión más profunda de las interacciones biológicas entre los tejidos.

La investigación plantea preguntas científicas sobre cómo el excipiente de la formulación afecta el transporte de medicamentos, el factor que afecta la penetración del medicamento en todos los tipos de piel, la liberación de medicamentos a largo plazo y la cinética de eliminación, y la amplia aplicación de imágenes correlativas raman y MSI para examinar otros medicamentos tópicos y otras sustancias en los tejidos blandos.

[Narrador] Para la dispersión raman estimulada o la microscopía SRS, utilice una lente de inmersión en agua con un aumento de 40 veces junto con una lente de condensador de aire de corta distancia de trabajo. Coloque la sección de tejido cutáneo montada en la platina de muestra del microscopio SRS, asegurándose de que el tejido esté en la misma cara del portaobjetos del microscopio que la lente del condensador. Enfoque la lente del objetivo en la sección de tejido, luego optimice la altura del condensador. Ajuste la potencia del láser a los valores adecuados para obtener una buena relación señal-ruido sin dañar el tejido. A continuación, adquiera una imagen en mosaico de toda la sección de tejido correspondiente a la banda de estiramiento CH2. A continuación, seleccione una región de interés y establezca el parámetro de imagen en una resolución de 512 x 512 píxeles, cubriendo un área de 290 x 290 micrómetros. Utilice una velocidad de imagen de zoom X1 de 400 hercios y un promedio de línea de uno. Ahora aplique configuraciones de ganancia consistentes para detectores de fluorescencia SRS y SHG. Adquiera imágenes en la región de estiramiento CH a 2.850 por centímetro correspondiente a CH2. A continuación, capture imágenes en la región de la huella dactilar a 1.666 por centímetro correspondiente a la amida 1. Después de la obtención de imágenes SRS, transfiera inmediatamente la muestra de piel a la configuración ToF-SIMS. Establezca la polaridad de iones negativos con un tiempo de ciclo de trabajo de 100 milisegundos, un rango de masa de 0 a 900 masas para cargar y un diámetro de haz de cinco micrómetros. Utilice una pistola de inundación de electrones de 20 electronvoltios a 25 microamperios para compensar la carga. Adquiera una imagen general utilizando el modo ráster macro de etapa, mapeando toda la sección de tejido con un campo de visión en función de las dimensiones del tejido. A continuación, utilizando un campo de visión de uno por 0,5 milímetros con cuatro disparos por píxel por fotograma, y 10 fotogramas por parche correspondientes a una dosis de iones de 1,31 por 10 a la potencia de 11 iones por centímetro cuadrado. Capture imágenes de la región de interés seleccionando el campo de visión adecuado. Establezca un campo de visión de 0,5 x 0,5 milímetros con una resolución de 256 x 256 píxeles. Adquiera una toma por píxel con un fotograma por escaneo para un total de 15 escaneos correspondientes a una densidad de dosis de iones de 3,27 por 10 a la potencia de 10 iones por centímetro cuadrado para el control de calidad de muestras de tejido homogeneizado. Después de la adquisición, calibre los espectros de masas resultantes utilizando iones H, C, C2 y C3. Con el software Surface Lab 7.1, realice la adquisición y extracción de datos. Para el registro de imágenes, reduzca las imágenes SIMS y SRS a tres dimensiones utilizando factorización de matriz no negativa y visualícelas como canales de color rojo, verde y azul. Con la herramienta de selección de puntos de control de MATLAB CP Select, elija características coincidentes entre las dos imágenes de factorización que no son de matriz. Realice el registro utilizando el formulario CP2 T y las funciones de transformación IM. Aplique en una transformación fina utilizando los datos SIMS como imagen fija y los datos de espectroscopia óptica como imagen en movimiento. Para el fármaco de interés en el que se detectan múltiples picos en los datos de ToF-SIMS, sume las intensidades de estos picos para crear una intensidad de iones de fármaco combinada. Extraiga el recuento total promedio de iones de los dos conjuntos de datos homogéneos para cada muestra de tejido cutáneo. Usando este valor correspondiente, normalice las intensidades de iones del fármaco ToF-SIMS en cada imagen de la piel. Después del registro, superponga los datos de espectroscopia óptica y SIMS asignando las imágenes respectivas a los canales RGB. En el presente estudio, se detectó un aumento de la señal del fármaco dentro de la región superior de aproximadamente 50 micrómetros de la piel después de cuatro horas de aplicación del gel Voltaren en comparación con la muestra tratada con placebo. Después de 16 horas de aplicación del gel Voltaren, la señal del fármaco se extendió a las capas más profundas de la piel, lo que indica una mayor penetración en el tejido.