Korelacyjne metodologie obrazowania spektroskopii optycznej i spektrometrii mas w celu wizualizacji dystrybucji leku w skrawku tkanek miękkich

Opracowujemy metody obrazowania spektroskopowego korelacyjnego, aby lepiej zrozumieć miejscowe podawanie leków. Celem jest uzyskanie nowych mechanistycznych informacji na temat przenikania leków i ich biodostępności w warstwach skóry. Informacje te będą cenne dla ulepszenia formułowania, projektowania i schematu dawkowania produktów farmaceutycznych.

Badania te dotyczą obecnego braku metod w zakresie jednoczesnego tworzenia się na strukturze skóry i dystrybucji w niej leków. Podążanie za aplikacją miejscową o wysokiej rozdzielczości przestrzennej i wysokiej czułości. Dostęp do takich informacji jest niezbędny do opracowania najwyższej jakości produktów do stosowania miejscowego. Protokół ten oferuje szybką wizualizację dystrybucji leku w skórze w wysokiej rozdzielczości o wysokiej czułości chemicznej w porównaniu z istniejącymi tradycyjnymi technikami. Wszystkie te informacje można wydobyć z tego samego wycinka tkanki.

Odkrycia te przyczyniają się do postępu w obrazowaniu korelacyjnym, prezentując niezawodną metodę, która łączy spektroskopię optyczną ze spektrometrią mas. Opracowane techniki rejestracji obrazów zapewniają precyzyjne dopasowanie zbiorów danych, umożliwiając szczegółową analizę dystrybucji leków w tkankach. Postęp ten przyczynia się do udoskonalenia systemów miejscowego dostarczania leków i głębszego wglądu w interakcje biologiczne między tkankami.

Badania stawiają naukowe pytanie o to, w jaki sposób substancja pomocnicza preparatu wpływa na transport leków, czynnik wpływający na przenikanie leku przez typy skóry, kinetykę długoterminowego uwalniania i klirensu leków oraz szerokie zastosowanie obrazowania korelacyjnego Ramana i MSI do badania innych leków miejscowych i innych substancji w tkankach miękkich.

[Narrator] Do wymuszonego rozpraszania Ramana lub mikroskopii SRS należy użyć soczewki o 40-krotnym powiększeniu zanurzonej w wodzie w połączeniu z soczewką skraplacza powietrza o niewielkiej odległości roboczej. Umieść zamontowany wycinek tkanki skórnej na stoliku na próbkę mikroskopu SRS, upewniając się, że tkanka znajduje się na tej samej powierzchni szkiełka mikroskopowego, co soczewka kondensatora. Skoncentruj soczewkę obiektywu na przekroju tkanki, a następnie zoptymalizuj wysokość skraplacza. Ustaw moc lasera na odpowiednie wartości, aby uzyskać dobry stosunek sygnału do szumu bez uszkadzania tkanki. Następnie uzyskaj mozaikowy obraz całego odcinka tkanki odpowiadającego taśmie rozciągającej CH2. Następnie wybierz obszar zainteresowania i ustaw parametr obrazowania na rozdzielczość 512 x 512 pikseli, pokrywającą obszar 290 x 290 mikrometrów. Użyj szybkości obrazowania 400 Hz X1 Zoom i średniej liniowej wynoszącej jeden. Teraz zastosuj spójne ustawienia wzmocnienia dla detektorów fluorescencji SRS i SHG. Uzyskuj obrazy w obszarze rozciągania CH na głębokości 2 850 centymetrów odpowiadającej CH2. Następnie uchwyć obrazy w obszarze odcisków palców na głębokości 1 666 centymetrów odpowiadającej amidowi 1. Po zobrazowaniu SRS natychmiast przenieś próbkę skóry do konfiguracji ToF-SIMS. Ustaw polaryzację jonów ujemnych z czasem cyklu pracy wynoszącym 100 milisekund, zakresem masy od 0 do 900 masy do naładowania i średnicą wiązki wynoszącą pięć mikrometrów. Użyj pistoletu do powodzi elektronów o natężeniu 20 elektronowoltów o natężeniu 25 mikroamperów do kompensacji ładunku. Uzyskaj ogólny obraz w trybie rastrowym makra stołu montażowego, odwzorowując cały przekrój tkanki z polem widzenia w zależności od wymiarów tkanki. Następnie używając pola widzenia 1 na 0,5 milimetra z czterema ujęciami na piksel na klatkę i 10 klatkami na łatkę, co odpowiada dawce jonów 1,31 razy 10 do potęgi 11 jonów na centymetr kwadratowy. Uchwyć obrazy obszaru zainteresowania, wybierając odpowiednie pole widzenia. Ustaw pole widzenia 0,5 x 0,5 milimetra z rozdzielczością 256 x 256 pikseli. Uzyskaj jedno zdjęcie na piksel z jedną klatką na skan, co daje w sumie 15 skanów odpowiadających gęstości dawki jonów 3,27 razy 10 do mocy 10 jonów na centymetr kwadratowy w celu kontroli jakości próbek homogenatu tkankowego. Po akwizycji należy skalibrować otrzymane widma masowe za pomocą jonów H, C, C2 i C3. Korzystając z oprogramowania Surface Lab 7.1, wykonaj akwizycję i ekstrakcję danych. W celu rejestracji obrazu zredukuj obrazy SIMS i SRS do trzech wymiarów przy użyciu nieujemnej faktoryzacji macierzy i zwizualizuj je jako kanały kolorów czerwonego, zielonego i niebieskiego. Korzystając z narzędzia do zaznaczania punktów kontrolnych MATLAB CP Select, wybierz pasujące cechy między dwoma obrazami faktoryzacji niemacierzowymi. Rejestrację należy przeprowadzić za pomocą funkcji formularza CP2 T i transformacji IM. Zastosuj w precyzyjnej transformacji, używając danych SIMS jako stałego obrazu i danych spektroskopii optycznej jako ruchomego obrazu. W przypadku leku będącego przedmiotem zainteresowania, w przypadku którego w danych ToF-SIMS wykryto wiele pików, należy zsumować intensywność tych pików, aby uzyskać łączną intensywność jonów leku. Wyodrębnić średnią całkowitą liczbę jonów z dwóch zestawów danych homogenatu dla każdej próbki tkanki skórnej. Korzystając z tej odpowiedniej wartości, znormalizuj intensywność jonów leku ToF-SIMS na każdym obrazie skóry. Po rejestracji nałóż na siebie dane spektroskopii optycznej i SIMS, przypisując odpowiednie obrazy do kanałów RGB. W niniejszym badaniu po czterech godzinach od aplikacji żelu Voltaren wykryto zwiększony sygnał leku w górnym obszarze skóry o grubości około 50 mikrometrów w porównaniu z próbką leczoną placebo. Po 16 godzinach od aplikacji żelu Voltaren sygnał leku rozszerzył się na głębsze warstwy skóry, wskazując na zwiększoną penetrację tkanek.