Method Article
Burada, bir protokol için Plasmodium falciparum miktar virüslü sulu kırmızı kan hücrelerinde bir zayıflatılmış toplam yansıma kızılötesi Spektrometre ve çok değişkenli veri analizi kullanarak ve algılama mevcut.
Biz miktar yöntemi ve parazitler ve sulu kırmızı kan hücrelerinde (RBCs) algılama çok değişkenli veri analizi () ile birlikte basit benchtop zayıflatılmış toplam yansıma Fourier Transform Infrared (ATR-FTIR) spektrometresi kullanılarak göstermek MVDA). 3D 7 P. falciparum % 10 parasitemia yüzük sahne parazitler için kültürlü ve seri 0-1 arasında bir seyreltme oluşturmak için taze donör izole RBCs spike için kullanılan %. Her örneğinin 10 µL spektrum elde etmek için ATR elmas pencerenin ortasına yerleştirildi. Örnek verileri sinyal gürültü oranı artırmak için ve su katkısını kaldırmak için tedavi edildi ve sonra ikinci türev spektral özellikleri gidermek için uygulandı. Verileri daha sonra MVDA iki tür kullanarak analiz edildi: ilk asıl bileşen analizi (herhangi bir aykırı ve sonra kısmi en küçük kareler regresyon (PLS-R) miktar model oluşturmak için belirlemek için PCA).
Sıtma bizim zaman en yıkıcı hastalıklar arasında olduğunu; endemik bölgelerde risk yarım nüfus yaşıyor ve orantısız yoksul1,2,3,4durumu. Sorunun büyük bir parçası asemptomatik taşıyıcılar ve toplumlarda kalıcı olması izin ve sivri enfeksiyon sırasında ıslak mevsim neden rezervuarlar için sivrisinek vektörel çizimler5, aracı olarak erken sahne hastalar var. Sıtma en ölümcül hastalık2en ağır formu neden P. falciparum olduğunu beş Plasmodium parazitler tarafından nedeniyle oluşur.
Şu anda, sıtma tanısı için mükemmel daha az tekniklerdir. Optik mikroskobu, geçerli altın standart, sadece 62-88 parazitler/µL kullanılan yöntem6bağlı olarak algılayabilir. Ayrıca, intensiveness ve yüksek beceri gerekli, birçok bölgeler mikroskopi misdiagnoses nedeniyle > özellikle düşük parasitaemia sahip olanlar doğrudan kaynakları alanında ve sonuçlarında eksikliği bağlanabilir2, seviyesi %50 Olguların anti-sıtma ilaçları suistimal. Hızlı tanı antikorlar algılama ve ayırımcılık ve parazitlerin DNA'ölçmek polimeraz zincir tepkimesi (PCR) deneyleri için kullanan testleri (RDTs), diğer 2 ana tanı yöntemleri vardır. Şu anda, RDTs sadece P. falciparum ve P. bağlı en az 100 parazit/µL kan hastalığı tedavi edilmezse nadir formlarda kaynaklanan tespit edebiliyoruz. 7 , 8 buna ek olarak, PCR deneyleri ayırımcılık ve Plasmodium farklı tür bir duyarlılık 0.0004-5, ölçmek parazitler/µL kan. Ancak, bu pahalı reaktifler, ekipman ve teknik beceri gerektirir ve böylece alan uygulama için uygun değildir.
Son derece hassas, güvenilir ve uygun fiyatlı bir teknik tanı kez, böylece hasta sonuçları iyileştirilmesi ve hastalık ortadan kaldırılması mümkün hale geliştirmek için önemlidir. Zayıflatılmış toplam yansıma Fourier dönüşümü (ATR-FTIR) spektroskopisi bu sorun için olası bir çözüm sunar. Önceki çalışma algılamak ve P. falciparum kan filmler algılama sınırları elde sabit metanol ölçmek mümkün olduğunu göstermiştir < 1 parazit/µL kan (< %0.0002 parasitemia) PCR yöntemleri için karşılaştırılabilir olan9,. Son yıllarda yapılan çalışmalarda algılamak ve parazitler sulu örneklerinde ölçmek ve böylece fiksasyon adım ortadan kaldırmak mümkün olduğunu göstermiştir. Ancak, su buharı, spektral gürültü ve veri tedavi gibi faktörler en iyi sonuçları10için dikkate alınması gerekir.
Yeni kullanıcılar ATR-FTIR spectra almak ve sulu kırmızı kan hücreleri (RBC) örnekleri10 P. falciparum tespiti için bir regresyon modeli hazırlamak nasıl göstermek için bu protokolü amaçlamaktadır.
Lütfen uygun malzeme güvenlik veri sayfaları (MSDS) başvurun ve uygun seviye 2 (BSL-2) eğitim aramak. Tüm kodlamayla adımları aseptik teknik kullanılarak, eğer zararlı UV ışınlarına maruz dekontaminasyon adımları, iğne sopa yaralanmalar ve biyolojik etkilenme olasılığını ortadan kaldırmak ve enfeksiyon riski olduğu anlamına gelir bir BSL-2 dolapta yapılmalıdır parazit kültür herhangi bir yaralanma girer. Ayrıca, stok kan kan bankalardan belirli hastalıklar ve kan hastalıkları kaynaklı yaymak için potansiyel ekranlı sadece potansiyel bir risk olduğunu. Yaralanma oluşumunu acil tıbbi yardım isteyin.
1. hazırlık ve 3D 7 ölçümü Plasmodium falciparum parazit seyreltme serisi
Not: Plasmodium sp. kültür son derece duyarlıdır. Taze/geçmemiş reaktifler kullanın ve parazitler düzenli olarak medya değiştirerek yem. Besleme kültürleri % 5 parasitemia iki günde aşağıda; kültürler arasında 6-%10 parasitemia bir veya iki kez bir gün besleme; ve kültürler arasında 11 – %20 4 kere a gün kadar yem. Açlıktan ölmeye başlıyor parazitler kaybetmek onların şekil ve sözleşme başlar. Böyle bir durumda, yem ve hemen da medyayı değiştirerek ve hisse senedi RBCs. toplamak donör kan antikoagülan ve ilk 6 saat içinde ölçü olarak heparin içeren kan toplama tüpler ekleyerek oranında seyreltin.
2. çok değişkenli veri analizi (MVDA)
Not: Veri tedavi tüm veri kümesi üzerinde gürültü ve biyolojik olmayan kökenli doruklarına ilavesi önlemek için yapmanız gerekir. Buna ek olarak, biyolojik olarak ilgili bölgeleri üzerinde analiz: 2980-2800/cm ve 1750-850/cm.
Kısmi en küçük kareler (PLS-R) Arsa ve onun ilişkili regresyon vektör, Şekil 1a ve 1b sırasıyla, parazit sinyal bir doğrusal regresyon modeli için kullanılacak form için kullanılabilir RBCs yeterince farklı olduğunu göstermektedir tahmin parazitler ve gelecekteki veri kümesi.
Sağlam, doğrusal PLS-R modeli 0,87 bir R-kare değeri ile oluşturulan ve %0.13 parasitemia, 1a rakam, çapraz doğrulama hata (RMSECV) kök ortalama kare. Artan parasitemia düzeyleri aslen nükleik asit bantları ile ilgili özellikle 1042, 1083 ve 1226/cm, ν(C=O) için RNA riboz atanmış olan Grup, νs(PO4 -) ve νbir(PO4 -) sırasıyla ve formu regresyon vektör büyük negatif bölümü. Bunun nedeni bir çekirdek RBCs eksikliği ve nükleik asitler parazitleri için güçlü göstergeleri olan olmasıdır. Ayrıca, 1226/cm bant yapısı içinde sulu devlet12ölçme önemini vurgular bir B-DNA formu sahip olduğunu gösterir. Buna ek olarak, parazitler tüketmek RBC bileşenleri, öncelikle hemoglobin, ve böylece lipid oranı daha yüksek bir protein bulaşmamış RBCs beklenen belirtildiği şekilde lipid grupların 2913, 2879 ve 1397 cm-1 ve 1631 ve 1555 cm-1 Amid gelen ben ve Amid II modları12,13.
Farklı bantları yerine yoğun ve dar şeritler halinde mevcut sahte bantları gibi su buharı, biyolojik olmayan menşe farklılaşma temel sinyalleri gerçek biyolojik bantları vardır açıkça gösteriyor. Özellikle, DNA bantları, Tablo 1, varlığı için parazit11,12,13doğrudan bağlanabilir. Genel olarak, regresyon vektör PCA yükleri için benzer bir şekilde yorumlanabilir. Bantları bantları ve özgün spectra vardiya ile ilişkilendirmek.
Şekil 1: PLS-R regresyon arsa, (a), 0-1 arasında çivili RBCs, ilişkili regresyon katsayısı, (b)ve % parasitemia. Regresyon Arsa modeli her örneğinde, bilinen parasitemia x ekseni ve y ekseni üzerinde tahmin edilen parasitemia parasitemia tahmin yeteneği gösterir. Regresyon katsayısı daha yoğun daha fazla model ve böylece nasıl parazit kan kimyasal bileşimi değiştirir katkıda grubudur modeli öngörü yeteneği her grubun katkısı açıklar. Çoğaltılamaz ve değiştirilmiş dan Martin, M. vd. 10 Royal Society Kimya izniyle. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Regresyon katsayısı Band (cm-1) | Assignment25-27 |
2929 | Lipidler, üzerinden νaCH2 parazit |
2913 | Lipidler, kırmızı kan hücre νaCH2 |
2879 | Lipidler, kırmızı kan hücre νsCH3 |
2861 | Lipidler, üzerinden νsCH2 parazit |
1707 | B-DNA/A-DNA baz çifti titreşim νC O & νC = = N, parazit |
1652 | Amid α-helix proteinler, dan parazit |
1631 | Amid β-Pileli sayfası proteinler, kırmızı kan hücresi dan |
1584 | νc = N imidazoles nükleik asitler, parazit |
1555 | Amid II gelen proteinler, kırmızı kan hücresi |
1530 | Amid II, parazit |
1423 | B-DNA deoksiriboz, parazit |
1397 | Lipidler, kırmızı kan hücre ν(COO-) |
1226 | ΝaPO4-B-DNA, parazit |
1184 | B-DNA deoksiriboz, parazit |
1083 | ΝaPO4-DNA, parazit |
1042 | νc = O RNA riboz parazit |
Tablo 1: atamaları gruplarından regresyon katsayısı biri PLS-R spectra sıtma üzerinde çivili RBCs. PLSR içinde bir spektrum ile ilişkili parasitemia değerini Önişlenmiş spektrum regresyon vektör tarafından çarpılarak hesaplanır. Bu nedenle, regresyon vektör önemi ve regresyon IR bantlarında yönünü gösteriyor. Spectra ikinci türev kullanarak Önişlenmiş çünkü pozitif bantları düşük parasitemia ile ilişkilendirilse de negatif bantları ile daha yüksek bir parasitemia ilişkilidir. Çoğaltılamaz ve değiştirilmiş dan Martin, M. vd. 10 Royal Society Kimya izniyle.
PLS-R modeli Doğrusal bir ilişki, Y bulduğu bir yöntemdir denetimli birden fazla varyasyon = bX + E on, akıllı değişken X arasındaki (burada, her wavenumber absorbans) ve sürekli değişken Y (burada, parasitemia düzey). Kısacası, model değişkenleri x korelasyon x ile Y farkı yakalamak gizli değişkenler (LVs) yeni bir dizi oluşturmak için birleştirir ve regresyon vektör (b) hesaplar bu y değeri tahmin yeni bir spektrum sonuçları ile çarpılır. İki değer modeli gücünü alınabilir: R2 değeri ve ortalama karekök hata, çapraz doğrulama (RMSECV) değeri. Eski model ve böylece sağlamlık doğrusallık (yakın bunu 1 olarak daha iyi) açıklanır ve R2 değeri 0,8 daha az modelleri için verileri gerekir gözden geçirileceğini dikkatle aykırı ve gürültülü verileri için. RMSECV değeri tahmini yapılabilir hata açıklanır. Her zaman deneyin ve aykırı, dikkatle tedavi verileri dışlamak emin olarak bu sayıyı mümkün olduğunca en aza indirmek en iyi ve bu orada emin gibi birçok biyolojik çoğaltır mümkün olduğunca vardır.
Bu nedenle kaliteli veri modeli oluşturmak için satın aldığım zorunludur. Seyreltme serisi hazırlanması çok önemlidir; Özellikle her RBC örnek olarak homojen olduğundan emin. Pipet çekip dönen veya hafifçe microcentrifuge tüp sonu 5-10 kat flicking sırasında birkaç kez RBCs çıkarma kullanarak, tutarsızlıkları kaçınılması. Benzer şekilde, kristal kontaminasyonu önlemek için her örnek arasında temizlemek için önemlidir. Kristal ve satır taban çizgisi düz kontrol temizlemek için ultra saf su ve tüy bırakmayan ücretsiz mendil kullanarak sonraki örnek ölçüm kontamine hiçbir kalıntı sağlar.
Biyolojik örnekler alanında uygun bir model için gerekli en az 30 benzer bir numara bir veri kümesi ile doğrulanır koşul başına sayısıdır. Bu önemli birimi oluşturmak için önemli miktarda alacağını ve böylece bu tekniğin kısıtlamadır. Ancak, daha fazla örnek doğru analiz edilir gibi onlar öngörü modeli için eklenen ve güçlendirmek. Böylece, kez kurulan modeli daha doğru olabilir ve bunu kurmak için gerekli çaba iki yana yaslayabilirsiniz.
Çevre ve üzerinde ölçümler alınır araçları bağlı olarak, birkaç diğer sorunları ortaya çıkabilir. Beamline tamamen enstrüman değil alınmış, eklem hava geçirmez değildir ya da ATR pencere diğer örnek bölmeleri ile değiştirilebilir anlamı etanol ve su buharı spectra kontamine. Etanol 1070/cm 14etrafında güçlü bir keskin bant olarak görünür. Bu etanol ücretsiz bir alanda ölçme ve sadece tüm ölçümler alınır sonra araç dezenfeksiyon önlenebilir. Su buharı atmosferde değişiklikler nedeniyle oluşur ve küçük keskin pozitif ve negatif tepeler olarak görünür 1400-1800 /cm ve 3200-3600/cm. Bu arka plan ölçüm sıklığı artan ve azot aletle Temizleme tarafından çözülebilir. Tasfiye kullanılamaz ve su buharı hala oldukça güçlü olduğu yerde durumlarda, algoritmalar ve su buharı tazminat yumuşatma veri ön işleme için bunları kaldırmak için eklenebilir.
Bu teknik söz hasta sonuçları ve gelecekte teşhis için bir çok tutar. Öncelikle, genel olarak örnek yalnızca ATR kristal pipetted ihtiyacı var ve sonra doğrudan ölçülebilir ve Kullanıcı hata olasılığını azaltarak modeline giriş uygulanması çok kolay yöntemdir. Bu çok yetenekli ışık microscopist, ihtiyacını olan Afrika'nın bazı bölgelerde Şu anda2eksik ortadan kaldırabilir. Kolaylık olması nedeniyle, aynı zamanda pahalı reaktifler ve ekipman ihtiyacını ortadan kaldırılır ve böylece tanı olacaktır maliyet ücretsiz neredeyse hastalar için olan PCR büyük sınırlama. Bu arada çok erken ve böylece hasta sonuçları iyileştirilmesi tanı için gelen hastaların daha yüksek sayılara yol açacak. Teknik RDTs düşük hassasiyetleri aşmak ve asemptomatik taşıyıcılar er ve böylece bir tarama Teknik olarak kullanılabilir tespit etmek mümkün olacaktır son derece yüksek hassasiyetleri için potansiyele sahiptir. Ayrıca, teknik diğer hastalıklar için kullanılan, bir kaç microliters veya mikrogram için kristal nerede uygulanabilir kan kaynaklı veya başka türlü potansiyeline sahiptir.
Ancak, örnek modeli alanında uygulanabilmesi ele alınması gereken çok şey vardır. Çapraz doğrulama bir biyolojik çoğaltır az sayıda nedeniyle ve bu ideal değil; daha doğrusu sahip ayrı bir doğrulama modeli test etmek için ayarla bunun yerine çok daha iyidir. Ayrıca, RMSECV miktar alt düzeylerini güvenilmez yapma burada oldukça yüksektir. Çoğaltır artırıldığında bu değer artıracak ve alanında bu yöntemle contalı profillerde önce yapılmalıdır. Bu laboratuvar denemeleri9nerede RMSECV daha büyük örnek boyutu nedeniyle çok daha düşük, doğruladı. Buna ek olarak, artan aralığı aralığı ve puan da bu değer de artıracaktır. Teşhis yeteneği daha da geliştirmek, P. falciparum vahşi suşları kullanılmalıdır, 3D 7 olarak P. falciparum bir laboratuvar yük olduğunu ve varyasyonlar nedeniyle farklı bir kimyasal bileşimi fenotip takdim edeyim.
Yazarlar ifşa gerek yok.
Yazarlar için finansman Avustralya Araştırma Konseyi tarafından sağlanan (gelecek bursu FT120100926 BRW için), Ulusal Sağlık ve tıbbi araştırma Konseyi, Avustralya'da (Program grant ve kıdemli araştırma bursu için JGB; Erken kariyer bursu JSR; Altyapı araştırma enstitüleri destek düzeni Grant Burnet Enstitüsü için), ve Victoria Eyalet hükümeti operasyonel alt yapıyı desteklemek Burnet Enstitüsü için Grant. Bay Finlay Shanks enstrümantal desteği anıyoruz.
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 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır