健康和病变关节软骨的傅里叶变换红外光谱显微成像及-分析化学.PDF

第43卷 分析化学 (FENXI HUAXUE)摇 研究报告 第4期 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 2015年4月 ChineseJournal of Analytical Chemistry 518~522 DOI:10.11895/j.issn.0253鄄3820.141029 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 1 1 1 *1 2 毛之华摇 张学喜摇 吴曰超摇 尹建华 摇 XIA Yang 1(南京航空航天大学自动化学院生物医学工程系,南京210016) 2(Department of Physics and Center for Bimedical Reserch,Oakland University,Rochester,MI48309,USA) 摘摇 要摇 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。 关键词摇 关节软骨,傅里叶变换红外光谱,主成分分析,Fisher判别 1摇 引摇 言 关节软骨覆盖骨关节表面,能有效减少关节间的摩擦、承受机械压力和缓冲震动,在生命运动中发 [1] 挥着重要作用 。 关节软骨由软骨基质和软骨细胞组成。 软骨基质的主要成分为 II 型胶原蛋白 [2] (Collagen)、蛋白多糖(PG,主要是硫酸软骨素CS鄄6)、水和少量的无机离子等 。 胶原蛋白构成软骨基 [3] [4] 质纤维网络的基本架构,并有效固定蛋白多糖 。 蛋白多糖则能保证关节软骨的弹性和耐压性 。 软 骨基质外表面到潮线之间呈板层状结构,由连续的3 层构成:表层区(SZ)、过渡区(TZ)和深层区 [5] [6] (DZ) 。 在3个分区内,基质主成分的含量及空间分布各不相同 。 年龄增长、外伤、负重等因素都可能改变软骨基质主成分的含量及空间分布,从而导致骨关节炎 [7,8] (OA)的发生 。 OA早期主要表现为软骨基质主成分浓度以及软骨细胞形态和活性的改变,无明显 [9] 的组织损伤出现 。 这对OA 的早期诊断造成极大困难。 目前关于关节软骨的研究方法主要有:阳离 [10] [11] 子染色剂结合显微分光光度测量法 、荧光探针结合竞争酶联免疫吸附测定法 、生化分析法、磁共 [12] 振成像(MRI)