Method Article
نقدم هنا، على بروتوكول للكشف والتحديد الكمي المنجلية في المصابين خلايا الدم الحمراء مائي استخدام الانعكاس الكلي الموهنة مطياف الأشعة تحت الحمراء وتحليل بيانات متعددة المتغيرات.
نظهر أسلوب القياس الكمي والكشف عن الطفيليات في مائي خلايا الدم الحمراء (كرات الدم الحمراء) باستخدام benchtop بسيطة مطياف "يخفف مجموع انعكاس فورييه تحويل الأشعة تحت الحمراء" (أية تي آر-فتير) بالاشتراك مع (تحليل البيانات متعددة مفدا). 7 3 المنجلية مثقف للطفيليات مرحلة خاتم تطفلن 10% ويستخدم لارتفاع كرات الدم الحمراء المانحة جديدة معزولة لإنشاء إضعاف سلسلة بين 0 – 1%. ووضعت 10 ميليلتر لكل عينة في وسط النافذة الماس ATR للحصول على الطيف. وعولج نموذج البيانات لتحسين إشارة إلى نسبة الضوضاء وإزالة مساهمة المياه، وثم طبق المشتقة الثانية لحل الخصائص الطيفية. ثم حللت البيانات باستخدام نوعين من مفدا: الأولى الرئيسية مكون تحليل (PCA) لتحديد أي القيم المتطرفة ومن ثم "انحدار المربعات الجزئية" (الثابتة والمتنقلة-R) بناء نموذج القياس الكمي.
الملاريا من بين الأمراض الأكثر تدميرا في عصرنا؛ ويعيش أكثر من نصف السكان المعرضين للخطر في المناطق الموبوءة، وأنها تشكل عبئا غير متناسب الفقراء1،2،،من34. جزء كبير من هذه المسألة هو أعراض الناقلين وأوائل المرحلة المرضى التي تعمل كخزانات للبعوضة الناقلة5، تسبب طفرات عدوى خلال مواسم الرطب ويسمح لها بالاستمرار في المجتمعات المحلية. بسبب الملاريا خمسة المتصورة الطفيليات، وهي الأكثر دموية التي المنجلية التي تسبب أشد أشكال المرض2.
تقنيات لتشخيص الملاريا حاليا أقل من الكمال. يمكن كشف بصرية مجهرية، معيار الذهب الحالي، فقط 62-88/ميليلتر الطفيليات اعتماداً على الطريقة المستخدمة6. وعلاوة على ذلك، نظراً لكثافة والمهارة العالية المطلوبة، في العديد من مناطق الفحص المجهري ميسدياجنوسيس > 50% حالات، لا سيما المصابين بالطفيليات تدني المستويات2، التي يمكن أن تعزى مباشرة إلى الافتقار إلى الموارد في المنطقة والنتائج في إساءة استخدام العقاقير المضادة للملاريا. 2 الرئيسية التشخيص أساليب أخرى هي "الاختبارات التشخيصية السريعة" (اختبارات)، التي تستخدم الأجسام المضادة للكشف، وفحوصات Polymerase سلسلة من ردود الفعل (الاسترداد)، التي تنطوي على تمييز وتحديد كمية الطفيليات من الحمض النووي. اختبارات حاليا فقط قادراً على الكشف عن المنجلية و النشيطة P. للطفيليات على الأقل 100/ميليلتر من الدم أدى إلى أشكال أكثر ندرة هذا المرض دون علاج. 7 , 8 وفي المقابل، تميز فحوصات بكر والتحديد الكمي للأنواع المختلفة من المتصورة في حساسية 0.0004-5 الطفيليات/ميليلتر دم. ومع ذلك، يتطلب الكواشف باهظة الثمن، والمعدات والمهارات التقنية، وهكذا ليست مناسبة للتطبيق الميداني.
تقنية بالغة الحساسية، ويمكن الاعتماد عليها ومعقولة أمر أساسي لتحسين تشخيص مرات، وبالتالي تحسين نتائج المرضى ومما يجعل من الممكن القضاء على المرض. مجموع انعكاس فورييه الموهنة التحويل (أية تي آر-فتير) التحليل الطيفي يقدم حل محتملة لهذه المشكلة. العمل السابقة قد أظهرت أنه من الممكن لكشف وتحديد المنجلية في الميثانول الثابتة الأفلام الدم تحقيق حدود الكشف < 1 الطفيلي/ميليلتر من الدم (< تطفلن 0.0002 ٪)9، وشبيهة بطرق PCR. وقد أظهرت الدراسات الأخيرة أن من الممكن للكشف والتحديد الكمي للطفيليات في عينات مائي وبالتالي القضاء على خطوة التثبيت. ومع ذلك، عوامل مثل بخار الماء والضوضاء الطيفية ومعالجة البيانات بحاجة إلى أن تؤخذ في الاعتبار لتحقيق أفضل النتائج10.
هذا البروتوكول يهدف إلى إظهار المستخدمين الجدد كيفية اكتساب الأطياف ATR-فتير وإعداد نموذج انحدار للكشف عن المنجلية من العينات المائية في "خلايا الدم الحمراء" (RBC)10.
الرجاء استشارة مناسبة صحائف بيانات سلامة المواد (MSDS) والتماس السلامة الأحيائية المستوى 2 (BSL-2) توفير التدريب المناسب. يجب القيام بجميع الخطوات تثقيف في خزانة BSL-2 استخدام تقنية العقيم، بمعنى أن هناك خطر تعرض للأشعة فوق البنفسجية الضارة من خطوات إزالة التلوث والإصابة بإبرة عصا الإصابات، والتعرض البيولوجي المحتمل إذا ثقافة الطفيلي يدخل أي إصابات. وعلاوة على ذلك، مخزون الدم من بنوك الدم فقط فحص لبعض الأمراض وإمكانية انتشار الأمراض المنقولة بالدم خطر محتمل. التماس المساعدة الطبية الفورية في حدوث الإصابة.
1-إعداد وقياس 7 3 "سلسلة إضعاف الطفيلي" المنجلية
ملاحظة: الثقافة sp. المتصورة حساسة للغاية. استخدام كواشف طازجة/السارية وتغذية الطفيليات بانتظام عن طريق تغيير وسائط الإعلام. تغذية الثقافات أدناه تطفلن 5% كل يوم الثاني؛ تغذية الثقافات بين 6-10% تطفلن مرة واحدة أو مرتين في يوم؛ وتغذية الثقافات بين 11-20 ٪ لتصل إلى 4 مرات في يوم. سوف تفقد شكلها الطفيليات التي هي بداية لتجويع والبدء في العقد. وفي هذه حالة، تغذية وتمييع فورا بتغيير وسائل الإعلام وإضافة الأسهم كرات الدم الحمراء-جمع التبرع بالدم في أنابيب جمع الدم التي تحتوي على الهيبارين تخثر الدم والتدبير ضمن ح 6 الأولى.
2-تحليل البيانات المتغيرات (مفدا)
ملاحظة: معالجة البيانات يجب أن يتم عبر مجموعة البيانات كلها تجنبا للضوضاء وإضافة قمم أصل غير البيولوجية. وفي المقابل، تحليل أكثر المناطق البيولوجية ذات الصلة: 2980-2800/سم و 1750-850/سم.
ارسم المربعات الجزئية (الثابتة والمتنقلة-R) ولها متجه الانحدار المرتبطة بها، و الشكل 1a و 1b على التوالي، تبين أن الإشارة من الطفيليات متميزة ما يكفي من كرات الدم الحمراء التي يمكن استخدامها للنموذج نموذج انحدار خطي لاستخدامها التنبؤ بالطفيليات في مجموعات البيانات مستقبلا.
تم إنشاء نموذج الثابتة والمتنقلة-R قوية، خطي ذات قيمة التربيعي 0.87 ويعني جذر التربيع خطأ التحقق من الصحة عبر (رمسيكف) من تطفلن 0.13 في المائة، الشكل 1a. تزايد تطفلن مستويات مرتبطة أساسا بعصابات الحمض النووي، ولا سيما 1042، 1083 و 1226/سم، التي تم تعيينها إلى ν(C=O) من الريبوز الجيش الملكي النيبالي المجموعة، νs(ص4) و ν(ص4) على التوالي، وتشكل الجزء السلبي الرئيسي من متجه الانحدار. هذا بسبب نقص كرات الدم الحمراء نواة وبالتالي فالأحماض النووية مؤشرات قوية للطفيليات. وعلاوة على ذلك، الفرقة 1226/سم يشير إلى أن الهيكل نموذج ب-الحمض النووي، الذي يسلط الضوء على أهمية قياس في الدولة مائي12. وفي المقابل، الطفيليات تستهلك مكونات ربك، أساسا من الهيموغلوبين، وهكذا يتوقع بروتين أعلى بنسبة الدهون في كرات الدم الحمراء مصابة كما يتبين من عصابات الدهن في 2913، 2879 و 1397-1 سم و 1631 وأغار سم-1 من أميد الأول والثاني أميد وسائط12،13.
نطاقات مميزة تظهر بوضوح أن الإشارات عصابات البيولوجية الحقيقية بدلاً من التفريق استناداً إلى عصابات زائفة من أصل غير البيولوجية مثل بخار الماء، الذي يقدم كنطاقات ضيقة ومكثفة. على وجه التحديد، وجود عصابات الحمض النووي، الجدول 1، يمكن أن يعزى مباشرة إلى الطفيلي11،،من1213. وبصفة عامة، يمكن تفسير متجه الانحدار بطريقة مماثلة للشحنات في محكمة التحكيم الدائمة. ينبغي الربط بين عصابات جيدا مع العصابات ونوبات من أطياف الأصلي.
رقم 1: الثابتة والمتنقلة-R انحدار الأرض، (أ)، من كرات الدم الحمراء ارتفعت بين 0 – 1% تطفلن ومعامل الانحدار المرتبطة بها، (ب). وارسم الانحدار يوضح قدرة النموذج على التنبؤ تطفلن في كل عينة، مع تطفلن المعروفة على المحور السيني وتطفلن المتوقعة على المحور ص. معامل الانحدار يصف مساهمة كل من الفرقة القدرة التنبؤية للنموذج، وأكثر كثافة الفرقة أكثر فإنه يسهم في النموذج ومن ثم كيف الطفيلي يغير التركيب الكيميائي للدم. المستنسخة والمعدلة من مارتن, M. et al. 10 مع إذن من "المجتمع الملكي للكيمياء". الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الفرقة معامل الانحدار (سم-1) | Assignment25-27 |
2929 | ΝaCH2 من الدهون، الطفيلي |
2913 | ΝaCH2 من خلايا الدم الدهون، أحمر |
2879 | ΝsCH3 من خلايا الدم الدهون، أحمر |
2861 | ΝsCH2 من الدهون، الطفيلي |
1707 | زوج قاعدي ب-الحمض النووي/A--الحمض النووي الاهتزاز νC = س & νC = N، والطفيلي |
1652 | أميد أنا من البروتينات α-الحلزون، الطفيلي |
1631 | أميد أنا من خلايا الدم والبروتينات، والأحمر ورقة الطيات بيتا |
1584 | ΝC = N من إيميدازوليس في الأحماض النووية، الطفيلي |
1555 | أميد الثاني من خلايا الدم والبروتينات، وأحمر |
1530 | أميد الثاني، والطفيلي |
1423 ه | ب-الحمض النووي "ديوكسي ريبوز"، والطفيلي |
1397 | Ν(COO-) من خلايا الدم الدهون، أحمر |
1226 | ΝaPO4-ب-الحمض النووي، من الطفيلي |
1184 | ب-الحمض النووي "ديوكسي ريبوز"، والطفيلي |
1083 | ΝaPO4-من الحمض النووي، والطفيلي |
1042 | ΝC = يا من الجيش الملكي النيبالي الريبوز، الطفيلي |
الجدول 1: تعيينات عصابات معامل الانحدار من الثابتة والمتنقلة-R في أطياف الملاريا ارتفعت كرات الدم الحمراء. في بلسر، يحسب قيمة تطفلن المرتبطة بطائفة بضرب الطيف معالجة متجه الانحدار. ومن ثم، يصور متجه الانحدار بأهمية والاتجاه لنطاقات الأشعة تحت الحمراء في الانحدار. لأنه كان preprocessed الأطياف باستخدام المشتقة الثانية، العصابات السلبية المرتبطة تطفلن أعلى بينما العصابات إيجابية ترتبط تطفلن منخفضة. المستنسخة والمعدلة من مارتن, M. et al. 10 مع إذن من "المجتمع الملكي للكيمياء".
نموذج الثابتة والمتنقلة-R هو أسلوب متعدد المتغيرات تحت إشراف يرى وجود علاقة خطية، Y = bX + ه، بين المتغيرات التنبؤية X (هنا، امتصاص في كل وافينومبير) ومستمر متغير Y (هنا، ومستوى تطفلن). وباختصار، النموذج يجمع بين المتغيرات في العاشر لإنشاء مجموعة جديدة من المتغيرات الكامنة (LVs) أن القبض على الفرق في العاشر يرتبط مع Y، ويحسب متجه انحدار (ب) أن مضروباً نتائج طيف جديد في تقدير قيمة y. قوة النموذج الذي يمكن أن تؤخذ من قيمتين: قيمة2 R وقيمة جذر متوسط مربع الخطأ للصليب التحقق من الصحة (رمسيكف). السابق يصف الخطي للنموذج، ومن ثم على متانة (أقرب هو إلى 1 على نحو أفضل) ويجب إعادة النظر بعناية في البيانات للنماذج ذات قيمة2 R أقل من 0.8 للقيم المتطرفة وبيانات صاخبة. قيمة رمسيكف وصف الخطأ التي يمكن التنبؤ بها. من الأفضل دائماً في محاولة لتقليل هذا العدد إلى أقصى حد ممكن عن طريق التأكد من استبعاد القيم المتطرفة، معالجة البيانات بعناية والتأكد من أن هناك replicates البيولوجي أكبر عدد ممكن.
وبالتالي من الضروري أن يتم الحصول على بيانات ذات نوعية جيدة لبناء النموذج. إعداد سلسلة تمييع أمر بالغ الأهمية؛ تحديداً التأكد من أن كل عينة ربك متجانسة قدر الإمكان. باستخدام ماصة بإعداد وإخراج كرات الدم الحمراء عدة مرات بينما يحوم أو التحريك بلطف نهاية الأنبوب ميكروسينتريفوجي 5 – 10 مرات، سيتم تجنب التناقضات. على نفس المنوال، من المهم أيضا لتنظيف الكريستال بين كل عينة لمنع التلوث. استخدام المياه النقية فائقة ولينت مناديل مجاناً لتنظيف الكريستال والتحقق من أن خط الأساس شقة يضمن أن هناك لا بقايا سوف تلوث بقياس العينة التالي.
عدد العينات البيولوجية التي يتطلبها نموذجا قابلاً للتطبيق في الميدان هو على الأقل 30 الواحدة شرط أن يتم التحقق من صحة مع مجموعة بيانات لعدد مماثل. هذا الحجم الكبير سوف تأخذ كمية كبيرة لتوليد وهكذا هذا هو الحد من هذه التقنية. ومع ذلك، كما يتم تحليل عينات أكثر بشكل صحيح أنهم يمكن إضافتها إلى نموذج تنبؤي وتعزيزها. وهكذا، فور إنشاء النموذج يمكن أن تصبح أكثر دقة ويمكن تبرير الجهد اللازم لإعداده.
اعتماداً على البيئة والأجهزة التي يتم أخذ القياسات، يمكن أن تنشأ عدة قضايا أخرى. إذا كان بيمليني غير محاطة بالكامل في الصك، بمعنى أما المفاصل غير محكم أو النافذة ATR للتبادل مع سائر المقصورات عينة، الإيثانول وبخار الماء يمكن أن تلوث الأطياف. يظهر الإيثانول كعصابة قوية حادة حول 1,070/سم 14. ويمكن تجنب هذا بقياس في مساحة حرة من الإيثانول وتعقيم الصك إلا عندما تؤخذ جميع القياسات. بخار الماء هو الناجمة عن التغيرات في الغلاف الجوي، ويظهر كقمم إيجابية وسلبية حادة صغيرة حول 1400 – 1,800/cm و 3,200 – 3,600/سم. يمكن حل هذه بواسطة زيادة تواتر قياسات الخلفية وتطهير الصك مع النيتروجين. في الحالات حيث يتم حذف غير متوفر وبخار الماء لا يزال قويا جداً، يمكن إضافة تجانس الخوارزميات وتعويض بخار الماء إلى البيانات المعالجة التمهيدية لإزالتها.
هذا الأسلوب يحمل الكثير من الوعد للمستقبل التشخيص ونتائج المرضى. أولاً، عموما الطريقة بسيطة للغاية لتنفيذ في هذا يحتاج فقط أن بيبيتيد العينة على البلورة ATR، ثم يمكن أن يقاس مباشرة وتكون مدخلات النموذج الحد من احتمالات الخطأ المستخدم. وهذا سيقضي على الحاجة إلى مهارات عالية ميكروسكوبيست الخفيفة، حاليا في بعض المناطق من أفريقيا تفتقر إلى2. سبب البساطة، أيضا القضاء على الحاجة إلى الكواشف باهظة الثمن، والمعدات، وهكذا سيكون التشخيص تقريبا مجاناً للمرضى، وهو القيد الرئيسي لبكر. وهذا المزيج سيؤدي إلى إعداد أكبر من المرضى القادمين تشخيص أسرع بكثير، وبالتالي تحسين نتائج المرضى. التقنية كامنة للحساسيات عالية للغاية من شأنه التغلب على الحساسيات منخفضة في اختبارات، وسيكون قادراً على اكتشاف أعراض الناقلين عاجلاً، وبالتالي يمكن استخدامها كأسلوب فحص. وعلاوة على ذلك، قد التقنية يمكن أن تستعمل لأمراض أخرى، والدم تتحمل أو خلاف ذلك، حيث يمكن تطبيق بعض ميكروليتيرس أو ميكروغرام للبلورة.
ومع ذلك، في النموذج المثال هناك الكثير من الأمور التي تحتاج إلى معالجة قبل أن يمكن تطبيقها في الميدان. التحقق من الصحة عبر واحد بسبب انخفاض عدد replicates البيولوجية والتي ليست مثالية؛ بدلاً من ذلك بعد التحقق من صحة منفصلة لاختبار النموذج بدلاً من ذلك أفضل بكثير. وعلاوة على ذلك، رمسيكف عالية جداً هنا جعل المستويات الدنيا للقياس الكمي لا يمكن الاعتماد عليها. زيادة عدد replicates ستحسن هذه القيمة ويجب أن يتم قبل استخدام هذا الأسلوب في الحقل. وهذا يؤكد صحة في مختبر تجارب9، حيث كان رمسيكف أقل بكثير بسبب حجم عينة أكبر. وبالإضافة إلى ذلك، سيتم زيادة النطاق الفاصل الزمني ونقاط أيضا تحسين هذه القيمة، وكذلك. لزيادة وتحسين القدرة على التشخيص، ينبغي استخدام السلالات البرية من المنجلية ، 7 3 المنجلية هو سلالة مختبر، وقد عرض تركيبة كيميائية مختلفة بسبب الاختلافات في النمط الظاهري.
الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.
تم توفير التمويل للمؤلفين من قبل "مجلس البحوث الأسترالية" (مستقبل الزمالة FT120100926 إلى برو)، الوطنية الصحية والطبية البحوث مجلس أستراليا (برنامج المنح و "زمالة للبحث أقدم" للبنوك؛ أوائل الوظيفي زمالات جسر؛ البنية التحتية للبحوث معاهد دعم نظام المنح للمعهد برنيت)، ودعم البنية التحتية التشغيلية حكومة الدولة الفيكتوري منحة لمعهد برنيت. ونسلم السيد فينلي شانكس لدعم دور فعال.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Donor blood | - | - | Must be collected by a trained medical practitioner |
Stock blood | Australian Red Cross` | - | |
3D7 Plasmodium falciparum | The Burnet Institute | - | Laboratory strain wild type equivalent |
RPMI-1640 media with L-hepes without Sodium Bicarbonate | Sigma Aldrich | R6504 | |
Albumax (Gibco) | Thermofisher | E003000PJ | Aliquot into 50 mL falcon tubes and store in freezer |
Sodium Bicarbonate | Sigma Aldrich | S5761 | |
Giemsa Stain | Sigma Aldrich | 48900 | |
Sorbitol | Sigma Aldrich | S1876 | Must be filtered before use in culture |
Blood collection tubes (Vacutainers) | Becton, Dickonson and Company | 367671 | |
Immersion Oil | Thermofisher | M3004 | |
50 mL culture dishes | Falcon | 353025 | |
25mL pipette tips | Falcon | 357515 | |
10mL pipette tips | Falcon | 357530 | |
Microscope Slides | Sigma Aldrich | S8902 | |
Centrifuge tubes 50 mL | Sigma Aldrich | T2318 | |
Automated pipette controller | Integra-biosciences | 155 015 | |
Sorvall Legend X1R Centrifuge | Thermofisher | 75004260 | |
Forma™ 310 Direct Heat CO2 Incubators | Thermofisher | 310TS | |
Nikon Eclipse E-100 Binocular Microscope | Nikon Instruments | E100_2CE-MRTK-1 | When purchasing ensure that the 100x lens is an oil immersion lens |
Bruker Alpha Ft-IR Spectrometer with ATR Quick Snap Attachment | Bruker | 9308-3700 | Be sure to request "Eco-ATR" attachment when purchasing |
Matlab | Mathworks Inc | Multivariate data analysis software | |
The Unscrambler X | CAMO | Multivariate data analysis software | |
PLS-Toolbox | Mathworks, Inc. | GUI for Matlab |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved