Ramanova spektroskopie jako nástroj k diagnostice Alzheimerovy choroby

• Thesis title in Czech: Ramanova spektroskopie jako nástroj k diagnostice Alzheimerovy choroby
• Thesis title in English: Raman spectroscopy as the tool for Alzheimer’s disease diagnostics
• Key words: Ramanova spektroskopie, biomedicínská vibrační spektroskopie, krevní sérum, mozkomíšní mok, Alzheimerova choroba
• English key words: Raman spectroscopy, biomedical vibrational spectroscopy, blood serum, cerebrospinal fluid, Alzheimer's disease
• Academic year of topic announcement: 2012/2013
• Thesis type: diploma thesis
• Thesis language: čeština
• Department: Institute of Physics of Charles University (32-FUUK)
• Supervisor: RNDr. Vladimír Kopecký, Ph.D.
• Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 03.10.2012
• Date of assignment: 06.11.2012
• Confirmed by Study dept. on: 18.01.2013
• Date and time of defence: 14.09.2015 00:00
• Date of electronic submission: 08.08.2015
• Date of submission of printed version: 31.07.2015
• Date of proceeded defence: 14.09.2015
• Opponents: doc. RNDr. Otakar Jelínek, CSc.
• Advisors: RNDr. Jakub Klener, Ph.D.

Guidelines

1. Seznámit se s principy Ramanovy mikroskopie a Ramanovy spektroskopie kapkově nanášených povlaků (drop coating deposition Raman spectroscopy – DCDR).
2. Vypracovat rešerši na téma studia biomolekul pomocí DCDR a aplikovatelnosti Ramanovy a obecněji vibrační spektroskopie v medicínské diagnostice chorob se zvláštním zřetelem na spektroskopii tělních tekutin (především krevního séra) a na diagnostiku neurodegenerativních chorob.
3. Prakticky zvládnout přípravu DCDR vzorků mozkomíšního moku a krevního séra a jejich měření na Ramanově mikrospektrometru.
4. Vypracovat metodiku pro měření DCDR vzorků krevního séra se zřetelem na jejich stabilitu a reprodukovatelnost spektroskopických měření.
5. Změřit pomocí Ramanovy spektroskopie sérii vzorků mozkomíšního moku a korespondujících vzorků krevního séra již vyvinutou metodikou.
6. Provést srovnávací analýzu získaných dat, pomocí metod multidimenzionální statistiky, se zaměření na robustnost DCDR měření, stabilitu DCDR vzorků krevního séra a zvláště pak prozkoumat možnosti diferenční spektroskopie krevního séra vs. mozkomíšního moku s ohledem na zvýšení citlivosti diagnostiky Alzheimerovy choroby.

References

M. Diem: Introduction to Modern Vibrational Spectroscopy. John Wiley & Sons, New York 1993.
M. Diem, P. R. Griffiths, J. M. Chalmers, eds.: Vibrational Spectroscopy for Medical Diagnosis. Wiley, Chichester 2008.
J. Filik, N. Stone: Investigation into the protein composition of human tear fluid using centrifugal filters and drop coating deposition Raman spectroscopy. Journal of Raman Spectroscopy 40 (2009) 218–224.
H. A. Havel, ed.: Spectroscopic Methods for Determining Protein Structure in Solution, VCH Publishers, New York 1996.
P. Lasch, J. Kneipp, eds.: Biomedical Vibrational Spectroscopy. Wiley, Hoboken 2008.
W. Petrisch: Mid-infrared and Raman spectroscopy for medical diagnostics. Applied Spectroscopy Reviews 36 (2001) 181–237.
D. Zhang, Y. Xie, M. F. Mrozek, C. Ortiz, V. J. Davisson, D. Ben-Amotz: Raman detection of proteomic analytes. Analytical Chemistry 75 (2003) 5703–5709.

Preliminary scope of work

Ramanova spektroskopie kapkově nanášených povlaků (drop coating deposition Raman spectroscopy – DCDR) je relativně novou techniku měření biomolekul, jež je založena na interakci molekul a speciálně k tomu připraveného povrchu. Měření tak lze provádět za až o dva řády nižších koncentrací biomolekul než je tomu obvyklé u standardní Ramanovy spektroskopie. Z druhé strany v posledních letech zažívá nebývalý rozvoj užití metod optické spektroskopie, zvláště pak vibrační spektroskopie, v diagnostice chorob (ať již za užití histologických preparátů, tělních tekutin či měření in situ). Přesto je diagnostika neurodegenerativních chorob, např. Alzheimerovy, Parkinsonovy či Creutzfeld-Jacobovy choroby, velmi obtížná a spektroskopicky byly dosud analyzovány pouze histologické preparáty post mortem. Spolehlivá a objektivní diagnostika těchto chorob v časných fázích jejich vzniku, ještě než se projeví klinický obraz naplno, stále chybí.
Náplní diplomové práce by mělo být hledání možností Ramanovy spektroskopie v oblasti diagnostiky Alzheimerovy choroby na základě analýzy krevního séra a mozkomíšního moku. V rámci práce by se měl student soustředit na vytvoření spolehlivé metodiky pro měření krevního séra, přičemž měření odpovídajících vzorků mozkomíšního moku by prováděl již vyvinutou metodikou. Práce by se měla zaměřit na možnost zvýšení diagnostické citlivosti při užití diferenční spektroskopie krevního séra vs. mozkomíšního moku. Přirozenou snahou bude získat při diplomové práci též co největší soubor měřených dat. Měření budou prováděna na novém Ramanově mikrospektrometru LabRam HR800 (Horiba Jobin Yvon), tj. na Ramanově spektrometru kombinovaném s mikroskopem.
Předpokladem pro tuto práci je schopnost vytrvalé, velmi pečlivé, vědecké práce na velmi perspektivním a důležitém tématu. Nezbytná je též schopnost spolupracovat s lékaři na dané problematice a projevit tak interdisciplinární schopnosti. V neposlední řadě bude třeba při řešení tématu skloubit experimentální dovednosti s teoretickými v rámci statistické analýzy dat a programování v prostředí MATLAB.