zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-272Research Article******ГИСТОПАТОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТКАНЕЙ КОЖИ ЧЕЛОВЕКА НА ОСНОВЕ КР-СПЕКТРАЛЬНОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИRAMAN SPECTRAL IMAGING BASED HISTOPATHOLOGY OF HUMAN SKIN TISSUEYinY. .YinY. .noemail@neicon.ruGongY. .GongY. .noemail@neicon.ruZhangX. .ZhangX. .noemail@neicon.ruLiJ. .LiJ. .noemail@neicon.ruWangK. .WangK. .noemail@neicon.ruHeQ. .HeQ. .noemail@neicon.ruBaiJ. .BaiJ. .noemail@neicon.ruQinJ. .QinJ. .noemail@neicon.ruWangSh. .WangSh. .swang@nwu.edu.cnИнститут фотонных технологий, Северо-Западный университет; Северо-Западный университетNorthwest UniversityИнститут фотонных технологий, Северо-Западный университетInstitute of Photonics and Photon-Technology, Northwest UniversityСеверо-Западный университетNorthwest UniversityВторая больница Университета ЦзяотунThe Second Affiliated Hospital of Xi'an Jiaotong University201810032020853518(1)-518(7)Copyright © Yin Y..., Gong Y..., Zhang X..., Li J..., Wang K..., He Q..., Bai J..., Qin J..., Wang S..., 20202020Yin Y..., Gong Y..., Zhang X..., Li J..., Wang K..., He Q..., Bai J..., Qin J..., Wang S...Yin Y..., Gong Y..., Zhang X..., Li J..., Wang K..., He Q..., Bai J..., Qin J..., Wang S...Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/272

Методом конфокальной микроспектральной визуализации исследованы спектральные особенности тканей кожи и проведен одно- и многофакторный анализ для получения точной корреляции между биохимическим профилем и гистологической архитектурой ткани кожи человека ex vivo. Слой дермы кожи визуализируется с помощью интегрированных изображений пиков коллагена при 855, 940 и 1248 cм- 1 , роговой слой описывается химическими изображениями керамидов. Модели накопления меланина в эпидермисе получены путем интегрирования пиков КР при 1375 и 1580 cм- 1 . По некоторым частотам КР можно сделать вывод о спектральных особенностях прекурсора меланина, которые характеризуют молекулярный состав и строение волосяных фолликулов. Эти результаты дают возможность уникального проникновения в суть гистологических, биохимических и биофизических процессов в коже, что позволяет объяснить основные механизмы развития кожных злокачественных образований.

Confocal Raman microspectral imaging (CRMI) provides a versatile tool to extract biochemical information on histologically defined regions with improved spatial resolution and sensitivity. Here, we investigate spectral features and perform both uni- and multi-variate analyses to obtain precise correlation between the biochemical profile and histological architecture of ex vivo human skin tissue. The skin dermis layer is visualized by integrated images of collagen peaks at 855, 940, and 1248 cm- 1 , while the stratum corneum layer is described by chemical images of ceramides. Melanin accumulation patterns in epidermis are obtained by integration of 1375 and 1580 cm- 1 Raman peaks. In addition, distinct spectral features of the melanin precursor are revealed by certain Raman vibrations, which structurally characterize the molecular composition and organization of hair follicles. These results offer a unique insight into the skin histology, biochemistry, and biophysics, which provide the possibility of interpreting the underlying mechanisms of skin malignant processes.

конфокальная КР-микроскопическая визуализациякожная ткань человекакластерный анализconfocal Raman microscopy imaginghuman skin tissueRaman imagingK-mean cluster analysisReferencesA. Whitley, F. Adar, Cytometry, A, 69, 880-887 (2006).A. Whitley, F. Adar, Cytometry, A, 69, 880-887 (2006).J. Choi, J. Choo, H. Chung, Biopolymers, 77, 264-272 (2005).J. Choi, J. Choo, H. Chung, Biopolymers, 77, 264-272 (2005).D. Zhang, P. Wang, M. Slipchenko, Acc. Chem. Res., 47, 2282-2290 (2014).D. Zhang, P. Wang, M. Slipchenko, Acc. Chem. Res., 47, 2282-2290 (2014).A. Tfayli, O. Piot, F. Draux, Biopolymers, 87, 261-274 (2007). 518-7A. Tfayli, O. Piot, F. Draux, Biopolymers, 87, 261-274 (2007). 518-7J. E. Lai-Cheong, J. A. Mcgrath, Medicine, 37, 223-226 (2009).J. E. Lai-Cheong, J. A. Mcgrath, Medicine, 37, 223-226 (2009).E. Proksch, J. J. Brandner, Exp. Dermatol., 17, 1063-1072 (2008).E. Proksch, J. J. Brandner, Exp. Dermatol., 17, 1063-1072 (2008).S. J. Van, M. Janssens, G. S. Gooris, BBA Biomembranes, 1841, 295-313 (2014).S. J. Van, M. Janssens, G. S. Gooris, BBA Biomembranes, 1841, 295-313 (2014).A. Baroni, E. Buommino, G. V. De, Clin. Dermatol., 30, 257-262 (2012).A. Baroni, E. Buommino, G. V. De, Clin. Dermatol., 30, 257-262 (2012).D. L. Bissett, Clin. Dermatol., 27, 435-445 (2009).D. L. Bissett, Clin. Dermatol., 27, 435-445 (2009).S. M. Ali, F. Bonnier, A. Tfayli, J. Biomed. Opt., 18, 61202 (2013).S. M. Ali, F. Bonnier, A. Tfayli, J. Biomed. Opt., 18, 61202 (2013).M. Venus, J. Waterman, I. Mcnab, Surgery, 28, 469-472 (2010).M. Venus, J. Waterman, I. Mcnab, Surgery, 28, 469-472 (2010).L. T. Kerr, H. Byrne, B. M. Hennelly, Anal. Methods, 7, 5041-5052 (2015).L. T. Kerr, H. Byrne, B. M. Hennelly, Anal. Methods, 7, 5041-5052 (2015).L. Mikoliunaite, R. D. Rodriguez, E. Sheremet, Sci. Rep., 5, 13150 (2015).L. Mikoliunaite, R. D. Rodriguez, E. Sheremet, Sci. Rep., 5, 13150 (2015).C. A. Lieber, A. Mahadevanjansen, Appl. Spectrosc., 57, 1363-1367 (2003).C. A. Lieber, A. Mahadevanjansen, Appl. Spectrosc., 57, 1363-1367 (2003).T. T. Nguyen, C. Gobinet, J. Feru, Spectroscopy, 27, 421-427 (2012).T. T. Nguyen, C. Gobinet, J. Feru, Spectroscopy, 27, 421-427 (2012).Y. J. Hwang, J. G. Lyubovitsky, Biopolymers, 99, 349-356 (2013).Y. J. Hwang, J. G. Lyubovitsky, Biopolymers, 99, 349-356 (2013).C. R. Flach, D. J. Moore, Int. J. Cosmetic Sci., 35, 125-135 (2013).C. R. Flach, D. J. Moore, Int. J. Cosmetic Sci., 35, 125-135 (2013).Z. Huang, H. Zeng. Proc. SPIE, 4597, 109-114 (2001).Z. Huang, H. Zeng. Proc. SPIE, 4597, 109-114 (2001).G. Yu, G. Zhang, C. R. Flach, J. Biomed. Opt., 18, 61207 (2013).G. Yu, G. Zhang, C. R. Flach, J. Biomed. Opt., 18, 61207 (2013).A. N. C. Anigbogu, A. C. Williams, B. W. Barry, Int. J. Pharm., 125, 265-282 (1995).A. N. C. Anigbogu, A. C. Williams, B. W. Barry, Int. J. Pharm., 125, 265-282 (1995).P. J. Caspers, G. W. Lucassen, R. Wolthuis. Biospectroscopy, 4, S31-S39 (1998).P. J. Caspers, G. W. Lucassen, R. Wolthuis. Biospectroscopy, 4, S31-S39 (1998).S. Krimm, J. Bandekar. Adv. Protein Chem., 38, 181-364 (1986).S. Krimm, J. Bandekar. Adv. Protein Chem., 38, 181-364 (1986).Z. Huang, H. Lui, X. K. Chen, J. Biomed. Opt., 9, 1198-1205 (2004).Z. Huang, H. Lui, X. K. Chen, J. Biomed. Opt., 9, 1198-1205 (2004).J. Zhao, H. Lui, D. I. Mclean. New Developments in Biomedical Engineering. InTech, 455-474 (2010).J. Zhao, H. Lui, D. I. Mclean. New Developments in Biomedical Engineering. InTech, 455-474 (2010).S. Tfaili, C. Gobinet, G. Josse. Analyst, 137, 3673-3682 (2012).S. Tfaili, C. Gobinet, G. Josse. Analyst, 137, 3673-3682 (2012).A. Mahadevan-Jansen, R. R. Richards-Kortum. J. Biomed. Opt., 1, 31-70 (1996).A. Mahadevan-Jansen, R. R. Richards-Kortum. J. Biomed. Opt., 1, 31-70 (1996).L. Chrit, C. Hadjur, S. Morel. J. Biomed. Opt., 10, 1-11 (2005).L. Chrit, C. Hadjur, S. Morel. J. Biomed. Opt., 10, 1-11 (2005).B. W. Barry, H. G. M. Edwards, A. C. Williams, J. Raman Spectrosc., 23, 641-645 (1992).B. W. Barry, H. G. M. Edwards, A. C. Williams, J. Raman Spectrosc., 23, 641-645 (1992).T. T. Nguyen, T. Happillon, J. Feru, J. Raman Spectrosc., 44, 1230-1237 (2013).T. T. Nguyen, T. Happillon, J. Feru, J. Raman Spectrosc., 44, 1230-1237 (2013).L. N. Marekov, P. M. Steinert, J. Biol. Chem., 273, 17763-17770 (1998).L. N. Marekov, P. M. Steinert, J. Biol. Chem., 273, 17763-17770 (1998).P. S. Kushwaha, P. C. Mishra, J. Photochem. Photobiol. A, 137, 79-86 (2000).P. S. Kushwaha, P. C. Mishra, J. Photochem. Photobiol. A, 137, 79-86 (2000).C. M. R. Silva, L. Baptistagontijo, R. Bernardo, An. Bras. Dermatol., 82, 47-51 (2007).C. M. R. Silva, L. Baptistagontijo, R. Bernardo, An. Bras. Dermatol., 82, 47-51 (2007).A. S. Michaels, S. K. Chandrasekaran, J. E. Shaw, AIChE J., 21, 985-996 (1975).A. S. Michaels, S. K. Chandrasekaran, J. E. Shaw, AIChE J., 21, 985-996 (1975).R. B. Saager, M. Balu, and V. Crosignani, J. Biomed Opt., 20, 66005 (2015).R. B. Saager, M. Balu, and V. Crosignani, J. Biomed Opt., 20, 66005 (2015).B. G. Carvalho, L. J. Raniero, A. A. Martin, Spectrochim. Acta A, 106, 73-79 (2013).B. G. Carvalho, L. J. Raniero, A. A. Martin, Spectrochim. Acta A, 106, 73-79 (2013).J. Huelsken, R. Vogel, B. Erdmann, Cell, 105, 533-545 (2001).J. Huelsken, R. Vogel, B. Erdmann, Cell, 105, 533-545 (2001).K. Krause, K. Foitzik, Semi. Cutan. Med. Surg., 25, 2-10 (2006).K. Krause, K. Foitzik, Semi. Cutan. Med. Surg., 25, 2-10 (2006).M. Gniadecka, O. F. Nielsen, D. H. Christensen, J. Invest. Dermatol., 110, 393-398 (1998).M. Gniadecka, O. F. Nielsen, D. H. Christensen, J. Invest. Dermatol., 110, 393-398 (1998).C. S. Potten, Radiat. Res., 51, 167-189 (1972).C. S. Potten, Radiat. Res., 51, 167-189 (1972).D. J. Tobin, Brit. J. Dermatol., 138, 795-798 (1998).D. J. Tobin, Brit. J. Dermatol., 138, 795-798 (1998).S. M. Ali, F. Bonnier, K. Ptasinski, Analyst, 138, 3946-3956 (2013).S. M. Ali, F. Bonnier, K. Ptasinski, Analyst, 138, 3946-3956 (2013).W. E. Straile, Dev. Biol., 10, 45-70 (1964).W. E. Straile, Dev. Biol., 10, 45-70 (1964).J. M. Gallas, G. W. Zajac, T. Sarna, Pigm. Cell Res., 13, 99-108 (2000).J. M. Gallas, G. W. Zajac, T. Sarna, Pigm. Cell Res., 13, 99-108 (2000).E. M. Peters, D. J. Tobin, N. Botchkareva, J. Hystochem. Cytochem., 50, 751-766 (2002).E. M. Peters, D. J. Tobin, N. Botchkareva, J. Hystochem. Cytochem., 50, 751-766 (2002).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.