Spettroscopia ottica correlativa e metodologia di imaging con spettrometria di massa per visualizzare la distribuzione dei farmaci in una sezione di tessuti molli

Stiamo sviluppando metodi di imaging spettroscopico correlativo per comprendere meglio la somministrazione topica di farmaci. L'obiettivo è quello di ottenere nuove conoscenze meccanicistiche sulla permeazione dei farmaci e sulla sua biodisponibilità all'interno degli strati cutanei. Queste informazioni saranno preziose per migliorare la formulazione, la progettazione e il regime di dosaggio dei prodotti farmaceutici.

Questa ricerca affronta l'attuale mancanza di metodi per formarsi contemporaneamente sulla struttura della pelle e la distribuzione dei farmaci in essa. A seguito di applicazione topica con alta risoluzione spaziale e alta sensibilità. L'accesso a tali informazioni è essenziale per lo sviluppo di prodotti topici di qualità superiore. Questo protocollo offre una visualizzazione rapida e ad alta risoluzione della distribuzione del farmaco in pelle con elevata sensibilità chimica rispetto alle tecniche tradizionali esistenti. Tutte queste informazioni possono essere estratte dalla stessa sezione di tessuto.

Questi risultati fanno progredire l'imaging correlativo presentando un metodo affidabile che fonde la spettroscopia ottica con la spettrometria di massa. Le tecniche di registrazione delle immagini sviluppate garantiscono un allineamento preciso dei set di dati, consentendo un'analisi dettagliata della distribuzione dei farmaci nei tessuti. Questi progressi supportano il miglioramento dei sistemi di somministrazione topica dei farmaci e una comprensione più approfondita delle interazioni biologiche tra i tessuti.

La ricerca solleva questioni scientifiche su come l'eccipiente della formulazione influisce sul trasporto dei farmaci, sui fattori che influenzano la penetrazione dei farmaci tra i tipi di pelle, sul rilascio e sulla cinetica di clearance dei farmaci a lungo termine e sull'ampia applicazione dell'imaging correlativo raman e MSI per esaminare altri farmaci topici e altre sostanze nei tessuti molli.

[Narratore] Per lo scattering raman stimolato o la microscopia SRS, utilizzare una lente a immersione in acqua con ingrandimento 40 volte in combinazione con una lente a condensatore d'aria a breve distanza di lavoro. Posizionare la sezione di tessuto cutaneo montata sul tavolino del campione del microscopio SRS, assicurandosi che il tessuto si trovi sulla stessa faccia del vetrino del microscopio della lente del condensatore. Focalizzare la lente dell'obiettivo sulla sezione di tessuto, quindi ottimizzare l'altezza del condensatore. Impostare la potenza del laser su valori appropriati per ottenere un buon rapporto segnale/rumore senza danneggiare il tessuto. Successivamente, acquisire un'immagine a mosaico dell'intera sezione di tessuto corrispondente alla banda di stretching CH2. Quindi selezionare una regione di interesse e impostare il parametro di imaging su una risoluzione di 512 x 512 pixel, coprendo un'area di 290 x 290 micrometri. Utilizza una velocità di imaging di 400 hertz con zoom X1 e una media di linee di uno. Ora applica impostazioni di guadagno coerenti per i rivelatori di fluorescenza SRS e SHG. Acquisire immagini nella regione di allungamento CH a 2.850 per centimetro corrispondente a CH2. Quindi acquisisci immagini nella regione dell'impronta digitale a 1.666 per centimetro corrispondente all'ammide 1. Dopo l'imaging SRS, trasferire immediatamente il campione di pelle alla configurazione ToF-SIMS. Impostare la polarità negativa degli ioni con un tempo di ciclo di lavoro di 100 millisecondi, un intervallo di massa da 0 a 900 masse per la carica e un diametro del fascio di cinque micrometri. Utilizzare una pistola di inondazione elettronica da 20 elettronvolt a 25 microampere per la compensazione della carica. Acquisisci un'immagine complessiva utilizzando la modalità raster macro del palcoscenico, mappando l'intera sezione di tessuto con un campo visivo che dipende dalle dimensioni del tessuto. Successivamente, utilizzando un campo visivo di uno per 0,5 millimetri con quattro scatti per pixel per fotogramma e 10 fotogrammi per patch corrispondenti a una dose di ioni di 1,31 volte 10 alla potenza di 11 ioni per centimetro quadrato. Acquisisci immagini della regione di interesse selezionando il campo visivo appropriato. Imposta un campo visivo di 0,5 x 0,5 millimetri con una risoluzione di 256 x 256 pixel. Acquisisci uno scatto per pixel con un fotogramma per scansione per un totale di 15 scansioni corrispondenti a una densità di dose ionica di 3,27 volte 10 alla potenza di 10 ioni per centimetro quadrato per il controllo qualità dei campioni di omogeneizzato tissutale. Dopo l'acquisizione, calibrare gli spettri di massa risultanti utilizzando ioni H, C, C2 e C3. Utilizzando il software Surface Lab 7.1, è possibile eseguire l'acquisizione e l'estrazione dei dati. Per la registrazione delle immagini, ridurre le immagini SIMS e SRS a tre dimensioni utilizzando la fattorizzazione della matrice non negativa e visualizzarle come canali di colore rosso, verde e blu. Utilizzando lo strumento di selezione dei punti di controllo MATLAB CP Select, scegli le funzioni corrispondenti tra le due immagini di fattorizzazione non matrice. Eseguire la registrazione utilizzando il modulo T CP2 e le funzioni di trasformazione IM. Applicare in una trasformazione fine utilizzando i dati SIMS come immagine fissa e i dati di spettroscopia ottica come immagine in movimento. Per il farmaco di interesse in cui vengono rilevati più picchi nei dati ToF-SIMS, sommare le intensità di questi picchi per creare un'intensità di ioni farmaco combinata. Estrarre la conta ionica totale media dai due set di dati omogeneizzati per ciascun campione di tessuto cutaneo. Utilizzando questo valore corrispondente, normalizzare le intensità ioniche del farmaco ToF-SIMS in ciascuna immagine della pelle. Dopo la registrazione, sovrapporre la spettroscopia ottica e i dati SIMS assegnando le rispettive immagini ai canali RGB. Nel presente studio, è stato rilevato un aumento del segnale del farmaco all'interno della regione superiore di circa 50 micrometri della pelle dopo quattro ore dall'applicazione del gel di Voltaren rispetto al campione trattato con placebo. Dopo 16 ore dall'applicazione del gel di Voltaren, il segnale del farmaco si estendeva negli strati più profondi della pelle, indicando una maggiore penetrazione nei tessuti.