文摘

癌症场效应(CFE)强调组织的变化间接的迹象之一,是对传统诊断技术。在这个研究中,我们假设化疗对乳腺癌会影响皮肤的生化成分,会反映在拉曼光谱的变化。我们使用光纤probe-based拉曼光谱进行初步动物实验来验证这个假设。首先,我们验证了光纤探头的探测深度(~ 800μ米)使用一个简单的静脉注射脂肪emulsion-filled幽灵有硅片在试管底部。然后,我们获得的拉曼光谱在治疗乳腺癌的化疗以纵向的方式从一个小动物模型。我们的研究结果表明,治疗造成皮肤的生化成分变化。为进一步验证,收集到的拉曼光谱必须从人口和光谱需要与乳房组织的免疫组织化学。

1。介绍

癌症场效应(CFE)可以推出以来一直强调分钟化学变化在该地区的利益不能被临床和组织学诊断技术。自1953年第一次发现口腔癌的CFE [1),相关研究已经逐渐增加(CFE2,3]。而其他技术包括显微镜,聚合酶链反应(PCR),利用免疫组织化学研究被CFE [3- - - - - -6),拉曼光谱被凸显为一个有用的工具,因为它已被证明,光谱学可以检测变化不敏感的组织学评估暗示化学变化不是本地和提前进行解剖或生理变化7- - - - - -9]。这些研究证明了拉曼光谱的能力作为一个敏感的主要候选人和微创光学切片工具。基于之前的研究结果,我们推测,乳腺癌的治疗可能引起皮肤的生物化学变化,因为他们彼此相邻。本研究的目的是找到可能利用皮肤生化后续监测乳腺癌治疗。我们最好的知识,没有报告关于皮肤生化交替由于乳腺癌治疗。在本文中,我们表明,该探测器有限最大探测深度约800μ米(浅比一只老鼠的皮肤的厚度1.5毫米~ (10])和纵向生化变化在乳腺癌治疗小动物模型( )。

2。材料和方法

2.1。光纤拉曼系统的配置和标定

图1显示原理的光纤拉曼系统研究中使用。拉曼系统电源可调波长785纳米的激光二极管(fc - 785 - 350 mm2 pc - 1 - 0 - rm,最大功率350 mW, RGBLase)激光源,一个高通量摄谱仪(F / 1.4, XPE85-NIR Nanobase)加上一个热电的(TE)冷却电荷耦合装置(CCD)相机(iDus 401 BR-DD Andor)光收集和数据传输。光纤探针(Emvision有限责任公司用一个集中激发纤维(200)μ核心)和七周围收集纤维(300μ核心)和一个平凸透镜覆盖在纤维限制探测器的工作距离为0 - 400μ规范中指定的表。激发光纤耦合激光源,和七个周围纤维集合加上反向散射自发拉曼信号传递的摄谱仪。以保证传播的波长785 nm通过激发路径和波长超过785海里通过路径集合,带通滤波器和一个很长的通滤波器被放置的路径,分别。拉曼测量变化范围约500厘米⁻¹到2800厘米⁻¹。设备的光谱分辨率是11厘米⁻¹。

2.2。探测深度验证使用一个简单的液相

以确保其探测深度仅限于特定的深度,我们做了一个简单的静脉注射脂肪emulsion-filled液体(intralipid 20%,费森尤斯公司Kabi)幻影有氧化硅晶片的底部。intralipid以来被利用在以前使用拉曼研究作为人体组织模仿幻影(11]。此外,硅片被使用,因为intralipid没有特征峰附近的520厘米⁻¹而硅片有很强的特征峰附近的520厘米⁻¹。光谱intralipid 20%,硅晶片获得了不同的光功率源(28.7 mW, 52.5 mW, 70 mW)的引用。图2显示的测量光谱20% intralipid(图2(一个))和硅晶片(图2 (b))。图3展示了一个示意性的探测深度测量设置验证。确定拉曼探针的工作距离,拉曼光谱收集不同的硅片和探针之间的距离为0μ(充分接触)1000μ100的步骤μ米距离增量。激光功率设置为28.7 mW的验证。通过使用一个一个仔细的距离是不同的线性(MT01 Thorlabs)翻译阶段。

2.3。动物模型

费舍尔344雌性老鼠(160 g - 220 g,日本SLC)被用于这项研究。基线测量后,大约一百万13762垫B-III乳腺癌细胞(crl - 1666,写明ATCC)接种侧尾腹部乳房(右乳头图4),每个大鼠诱发乳腺肿瘤的生长。肿瘤大小成为8毫米时,单一的高剂量(100毫克/公斤)的环磷酰胺(C0768-5G,西格玛奥德里奇)解决方案,一种烷化剂干扰癌细胞的细胞生长,防止脱氧核糖核酸(DNA)复制和核糖核酸(RNA)创建,是腹腔内注射化疗治疗。在实验期间,肿瘤大小是由一个卡尺测量。乳腺癌动物模型被选自模型是一种行之有效的动物模型在乳腺癌的研究中(13762年垫B-III乳腺癌细胞系以来费舍尔344高度致瘤的细胞系来源于应变费舍尔344本身)(12- - - - - -14]。使用环磷酰胺因为化学作为化学治疗剂治疗人类[15- - - - - -17和老鼠14,18乳腺肿瘤在以前的研究。所有的动物实验都通过光州科学和技术研究所的机构审查委员会。

2.4。纵向动物测量

所有的动物,皮毛肚子剃和脱毛减少散射是由于皮毛。图4显示了一个示例的刮,然后拔毛肚的动物。在测量中,每只动物是在全身麻醉下以1%对2%异氟烷与呼吸混合气体(21%啊₂和79% N₂)。动物的乳腺肿瘤,肿瘤周围的三个站点的拉曼光谱在每个测量获得。动物没有肿瘤,乳头周围的拉曼光谱是获得与三角形的三倍。多个测量完成组织的异质性的影响降到最低。图4也显示了一个示例的拉曼信号采集点。一个拉曼信号测量的总集成时间是10秒(100次求和的拉曼信号在0.1秒)。动物被分为三组:大鼠组( ),没有化疗组( 只),化疗组( )。乳房肿瘤生长被诱导的大鼠组,没有化疗组约一百万乳腺癌细胞接种到乳腺脂肪垫。肿瘤是由环磷酰胺注射治疗在肿瘤大小达到约8毫米老鼠在鼠组和拉曼测量就开始了。没有化疗组,拉曼光谱获得当肿瘤大小约8毫米,没有进行化疗。化疗组才没有乳腺癌细胞接种在环磷酰胺注射观察只有环磷酰胺皮化学成分的影响。激光功率调整低于28 mW不损伤组织。老鼠的肿瘤,肿瘤体积被一个椭球方程计算体积。

2.5。预处理和数据分析

生bio-Raman信号大多是自发荧光和纯粹的拉曼信号的混合信号时使用785 nm激发光束。自体荧光以来掩盖了拉曼光谱,光谱是安装使用修改polyfit方法,和安装自发荧光的荧光减法后减去过程是利和Mahadevan-Jansen19)除硅晶片的拉曼光谱。同时,所有的动物拉曼光谱被Savitzky-Golay平滑滤波器(三阶,窗口大小:5)。平滑的拉曼光谱被减去的意思是集中意味着从每个光谱强度的强度和归一化平均强度。所有的预处理脚本编写和执行使用Mathematica 9.0 (Wolfram)和MATLAB R2013b (Mathworks)。900厘米的光谱范围⁻¹到1800厘米⁻¹使用范围以来化学信息丰富的脂质,蛋白质,和更多20.]。注意,没有最优化技术用于这项研究由于样本数量有限的和客观的研究(生化成分变化的纵向观察)。

3所示。结果与讨论

3.1。探测深度验证使用一个简单的液相

的特征峰intralipid和硅片如图2(一个)和图2 (b),分别。源动力改变不造成任何影响特征峰强度增量除外。图5显示了硅片的特征峰(图5(一个))和intralipid(图5 (b))逐渐减少和增加硅片和探针之间的距离变得更长,结束。当距离达到800μ米,硅片的特征峰和intralipid达到极值显示没有变化不再分离。结果表明,探测深度的拉曼探针用于本研究主要局限于0 - 800μm。工作距离的范围超过规范中的值(0 - 400μ米)。这可能来自散射占主导地位的幽灵的性质(21- - - - - -23]。我们也注意到,尽管分离从0变化μm - 100μm,硅的拉曼特征峰的增加和可能发生的组合之间的折射率不匹配intralipid,硅片,探测器和前面的平凸透镜的效应激发和检测纤维。

3.2。纵向动物测量

3.2.1之上。鼠群

表1和图6显示肿瘤体积变化和相对变化的拉曼光谱基线,分别。此处没有显示之前的拉曼光谱减法,因为变化是分钟。基线意味着第0天的化疗。换句话说,化学治疗剂是注射在0。肿瘤大小老鼠最早2退化和拉曼光谱立即改变了1天(图6 (b))。鼠3最大肿瘤大小化疗开始时,拉曼光谱显示分钟改变随着日子一天天过去(图6 (c))。同时,拉曼光谱在第一天并没有显示出明显的变化对基准信号。大鼠4显示延迟反应回归的肿瘤大小的第四天。拉曼光谱变化匹配是肿瘤回归天明显变化的拉曼光谱在第四天而没有明显拉曼光谱变化从第一天到第三天。在老鼠1到4,老鼠1显示适度的反应,从第三天肿瘤退化。发生了显著的变化在1064厘米⁻¹(脂),1265 - 1267厘米⁻¹(胶原蛋白、蛋白质和脂质),1299 - 1303厘米⁻¹(脂质、脂肪酸、胶原蛋白和蛋白质),1440厘米⁻¹(脂),1445厘米⁻¹(蛋白质),1654 - 1656厘米⁻¹(蛋白质和脂质)20.,24]。峰或拉曼的变化被称为位置相关的脂质和蛋白质成分(20.]。它反映了肿瘤回归由于化学治疗剂造成皮肤脂质和蛋白质成分的变化,因为探测器的探测深度仅限于皮肤的深度所示部分3.1。

3.2.2。没有化疗组

表2和图7显示肿瘤体积变化和拉曼光谱测量,分别。在第一天和第二天拉曼光谱没有任何明显的变化对基准信号,拉曼光谱在6天峰基线显示退化的约1299 - 1303厘米⁻¹和峰高约1440厘米⁻¹和1445厘米⁻¹。当达到肿瘤大小类似大小的鼠群,拉曼光谱变化以不同的方式从鼠组的光谱显示监测乳腺癌治疗的可能性从外部组织。因为有研究表明组织成分变化1厘米或7厘米远离肿瘤区域(3,5),拉曼光谱的变化在皮肤上由于乳腺癌治疗乳腺癌的增长,而治疗也是可能的。图8从基线显示了拉曼光谱的变化。比较图6和图8显著差异,拉曼光谱区1000 - 1003厘米⁻¹(蛋白质)24之间的]可以找到老鼠组和没有化疗组。

3.2.3。只化疗组

图9显示了拉曼光谱的变化从天0(化学治疗剂注入)两个老鼠。拉曼光谱的变化是不同于大鼠组和化疗组的变化。我们的数据表明,政府的环磷酰胺导致峰值变化在1090 - 1100厘米⁻¹(脂质/磷脂DNA骨干),1280 - 1282厘米⁻¹(胶原蛋白),1447 - 1450厘米⁻¹(DNA / RNA蛋白质脂质)24]。之前有研究显示,高剂量的环磷酰胺影响皮肤特别是蛋白质/胶原成分[25,26),我们的数据关联与先前的研究。

与此同时,化疗组才不会显示任何变化1200厘米⁻¹而老鼠组显示了峰值变化附近的1200厘米⁻¹(蛋白质)24]。此外,两只老鼠表现出不同的反应相同的化学治疗剂注入。这种差异可能来自老鼠之间的生理差异。不同的反应是另一个主题,需要进一步调查寻求任何可能的早期预测因素化疗疗效为一个特定的化学治疗剂。

4所示。结论

在这里,我们假设乳腺肿瘤治疗会影响邻近组织(皮肤)组织和显示不同化学成分的皮肤拉曼光谱变化在乳腺癌治疗。研究表明监测肿瘤治疗的可能性相对深如乳腺癌。从我们的结果,我们可以区分三组在拉曼峰值变化变化的1000 - 1003厘米⁻¹,1125 - 1132厘米⁻¹,1200厘米⁻¹。作者的最好的知识,没有化学成分的变化研究邻近组织由于乳腺癌治疗;这个初步结果将需要额外的验证,如拉曼光谱的对比与免疫组织化学。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版这篇文章。

作者的贡献

Myeongsu Seong和NoSoung Myoung贡献同样这项工作。

确认

这项工作是支持的研究先进光学科技格兰特(Sang-Youp Yim)资助的光州科学与技术研究院(要点)和“生物医学综合技术研究”项目通过一个格兰特(Kim Jae Gwan)提供的依据2017年,韩国国家研究基金会拨款2012 k1a2b1a03000757 (Kim Jae Gwan)和基础科学研究项目通过NRF由教育部、科学与技术2013 r1a1a2013625 (Kim Jae Gwan)和2013 r1a1a2058746 (NoSoung Myoung)。