关节软骨红外光谱成像及分析方法

作为一种新颖高效的光谱技术,傅里叶变换红外光谱成像(Fourier transform infrared spectroscopic imaging,FTIRI)可以在高分辨率下获得样品的组成和结构的信息,已开始深入应用到生物医学光子学研究领域。本文采用FTIRI技术进行关节软骨的主成分(胶原蛋白和蛋白多糖PG)的红外光谱成像及分析方法的研究。首先对多组软骨切片进行FTIR成像及红外光谱分析,进而采用特征峰强度积分法和二次求导方法分别对这些特征带(Amide I,II,III and Sugar)进行表征,给出两种主成分或特征基团含量随软骨深度的变化关系。其次采用主成分回归方法定量计算二主成分的浓度,将这些浓度和对应位置的光谱特征峰积分面积及二次求导后的峰面积进行相关性研究。结果显示Amide I和Amide II特征峰的积分强度和胶原蛋白浓度的相关性最高。二次求导后Sugar带强度与蛋白多糖浓度的相关性最高。这些结果说明Amide I和Amide II带的积分强度适合用于定性表达胶原蛋白的含量及其随深度的变化,而Sugar带的二次求导强度更适于定性表达蛋白多糖的含量及其随深度的变化。Amide III带积分和二次求导既不适合表征胶原蛋白也不适合表征PG的含量。这项研究为关节软骨和骨关节炎早期研究提供了更加快捷实用的方法,从而有利于早期骨关节炎的判断和修复监测。

关节软骨的荧光显微检测方法研究

基于关节软骨组织中胶原蛋白的自发荧光特性,对软骨组织的荧光显微检测方法进行研究。首先基于荧光图像的统计处理,揭示健康样本与病变样本的差异。其次基于荧光的偏振敏感特性,利用线性二色性方法揭示了软骨组织存在的荧光各向异性特性,为利用荧光各向异性方法研究生物组织结构奠定基础。与传统的显微方法检测软骨组织的形态和超结构相比,利用荧光特性的荧光显微检测方法具有获取软骨组织结构的能力。本文的研究结果为开辟新的骨关节疾病诊断方法提供基础。

关节软骨内胶原纤维各向异性的红外光谱学显微成像研究

福尔马林溶液对于固化关节软骨组织、防止在长时间测量过程中组织的分解退化起到很好的作用,但对福尔马林溶液浸泡后软骨组织的结构变化(固化)过程及其胶原纤维各向异性的改变却鲜有研究。采用傅里叶变换红外光谱显微成像技术与偏振技术相结合的方法,通过关节软骨内胶原纤维(蛋白)的红外光谱特征吸收峰(AmideⅠ,AmideⅡ带)的吸光度随福尔马林溶液浸泡时间及偏光角度的变化来研究福尔马林溶液对软骨组织结构即胶原纤维各向异性的影响,并利用与各向异性方程拟合得到的决定系数(R^2)对胶原蛋白纤维各向异性程度进行表征。研究发现,关节软骨AmideⅠ和AmideⅡ带的各向异性随着福尔马林浸泡时间的增长而愈加明显(AmideⅠ带变化尤为明显),说明福尔马林溶液中甲醛分子诱发了胶原蛋白分子新的交联,最终获得较好的固化效果,有利于关节软骨的各向异性分析。本研究将为今后关节软骨样本的制备、储存及各向异性研究提供参考。

健康和病变关节软骨的傅里叶变换红外光谱显微成像及Fisher判别

傅里叶变换红外光谱显微成像(FTIRI)可同时获得样品的红外光谱和形貌信息,其与化学计量学方法结合,可实现生物组织中主成分含量及分布的定量研究。本研究采用FTIRI技术结合主成分分析(PCA)以及Fisher判别算法对正常和病变的关节软骨进行鉴别分析。对关节软骨切片进行实现FTIR扫描及光谱分析,再利用SPSS软件对软骨的光谱(矩阵)进行主成分分析,根据主成分得分矩阵构造分类函数,结合Fisher判别算法对样本进行分类识别。正常和病变的关节软骨样品识别准确率高达95.7%(初始案例)和94.3%(交互验证案例)。本方法可准确有效地辨别关节软骨是否发生病变,为监测骨关节炎的发生和修复提供参考。