Development of analytical approaches for molecular and fully quantitative
elemental micro-imaging of brain tissue with X-ray and infrared radiation
Celem przedstawionej pracy doktorskiej było opracowanie procedur metodologicznych dla współcześnie stosowanych technik fizycznych, które w znaczącym stopniu mogą wspomagać badania układów biologicznych. Szczególny nacisk położono na mikroobrazowanie składu chemicznego tkanki ośrodkowego układu nerwowego człowieka z wykorzystaniem: rentgenowskiej mikroanalizy fluorescencyjnej (ang. X-ray fluorescence - XRF) i mikrospektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera (ang. Fourier transform infrared micro- spectroscopy - FTIR). Wykorzystując techniki bazujące na promieniowaniu rentgenowskim, jednym z podstawowym zadań niniejszej rozprawy doktorskiej było opracowanie metodologii, pozwalających na eliminację efektów związanych z niejednorodnością masy powierzchniowej tkanek, poprzez przeprowadzenie eksperymentów spektroskopowych, umożliwiających jednoczesną lub prawie jednoczesną rejestrację sygnału czułego na różnice we własnościach strukturalnych próbek tkanki. Równolegle prowadzono drugi nurt badań z wykorzystaniem spektroskopii FTIR w kierunku identyfikacji potencjalnych efektów przeszkadzających, związanych z niejednorodnością tkanki ośrodkowego układu nerwowego człowieka, jak również rozwój procedur analitycznych na potrzeby dokładnej oceny struktury drugorzędowej białek i składu lipidowego tkanek. Ukoronowaniem analiz była ocena użyteczności stworzonych narzędzi analitycznych na potrzeby badań składu pierwiastkowego i molekularnego tkanki istoty czarnej mózgu, przeprowadzonych dla dużej liczby mózgów starczych.The goal of this thesis was to develop novel methodological means for modern spectroscopic methods that can foster biophysical studies of complex biological systems. Particular scrutiny was placed upon chemical micro-imaging of brain tissue by X-ray fluorescence (XRF) and Fourier transform infrared (FTIR) micro-spectroscopies. Specifically, by using X-ray-based techniques, the aim was to find out the solutions to acquire the spectral data simultaneously (or semi-simultaneously) with the information on structural properties (thickness, density) of tissue areas studied. In turn, the investigations by FTIR were to tackle the problem of lipid and protein secondary structure imaging together with identifying and taking into account physical effects that obscure relevant spectroscopic information. Finally, based on the developed analytical tools, a cross-sectional study on the molecular and fully quantitative elemental micro-imaging of the age-associated biochemical effects in the substantia nigra tissue was carried out to demonstrate their applicability.
