Culture of rat mesenchymal stem cells on PHBV-PCL scaffolds: analysis of conditioned culture medium by FT Raman spectroscopy / Cultivo de células-tronco mesenquimais de rato sobre arcabouços de PHBV-PCL: análise do meio de cultura condicionado por espectroscopia de FT-Raman

Mesenchymal stem cells (MSCs) have great potential for application in cell therapy and tissue engineering procedures because of their plasticity and capacity to differentiate into different cell types. Given the widespread use of MSCs, it is necessary to better understand some properties related to osteogenic differentiation, particularly those linked to biomaterials used in tissue engineering. The aim of this study was to develop an analysis method using FT-Raman spectroscopy for the identification and quantification of biochemical components present in conditioned culture media derived from MSCs with or without induction of osteogenic differentiation. All experiments were performed between passages 3 and 5. For this analysis, MSCs were cultured on scaffolds composed of bioresorbable poly(hydroxybutyrate co-hydroxyvalerate) (PHBV) and poly(ε-caprolactone) (PCL) polymers. MSCs (GIBCO®) were inoculated onto the pure polymers and 75:25 PHBV/PCL blend (dense and porous samples). The plate itself was used as control. The cells were maintained in DMEM (with low glucose) containing GlutaMAX® and 10% FBS at 37ºC with 5% CO2 for 21 days. The conditioned culture media were collected and analyzed to probe for functional groups, as well as possible molecular variations associated with cell differentiation and metabolism. The method permitted to identify functional groups of specific molecules in the conditioned medium such as cholesterol, phosphatidylinositol, triglycerides, beta-subunit polypeptides, amide regions and hydrogen bonds of proteins, in addition to DNA expression. In the present study, FT-Raman spectroscopy exhibited limited resolution since different molecules can express similar or even the same stretching vibrations, a fact that makes analysis difficult. There were no variations in the readings between the samples studied. In conclusion, FT-Raman spectroscopy did not meet expectations under the conditions studied.

As células-tronco mesenquimais (MSCs) possuem grande potencial para aplicação em procedimentos terapêuticos ligados a terapia celular e engenharia de tecidos, considerando-se a plasticidade e capacidade de formação em diferentes tipos celulares por elas. Dada a abrangência no emprego das MSCs, há necessidade de se compreender melhor algumas propriedades relacionadas à diferenciação osteogênica, particularmente liga à biomateriais usados em engenharia de tecidos. Este projeto objetiva o desenvolvimento de uma metodologia de análise empregando-se a FT-Raman para identificação e quantificação de componentes bioquímicos presentes em meios de cultura condicionados por MSCs, com ou sem indução à diferenciação osteogênica. Todos os experimentos foram realizados entre as passagens 3 e 5. Para essas análises, as MSCs foram cultivadas sobre arcabouços de polímeros biorreabsorvíveis de poli (hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV) e o poli (ε-caprolactona) (PCL). As MSCs (GIBCO®) foram inoculadas nos polímeros puros e na mistura 75:25 de PHBV / PCL (amostras densas e porosas). As células foram mantidas em DMEM (com baixa glicose) contendo GlutaMAX® e 10% de SFB a 37oC com 5% de CO2 por 21 dias. A própria placa foi usada como controle. Os meios de cultura condicionados foram coletados e analisadas em FT-Raman para sondagem de grupos funcionais, bem como possíveis variações moleculares associadas com a diferenciação e metabolismo celular. Foi possível discernir grupos funcionais de moléculas específicas no meio condicionado, como colesterol, fosfatidilinositol, triglicerídeos, forma Beta de polipeptídeos, regiões de amida e ligações de hidrogênio de proteínas, além da expressão de DNA. Na presente avaliação, a FT-Raman apresentou como uma técnica de resolução limitada, uma vez que modos vibracionais de estiramento próximos ou mesmo iguais podem ser expressos por moléculas diferente, dificultando a [...].

Culture of rat mesenchymal stem cells on PHBV-PCL scaffolds: analysis of conditioned culture medium by FT Raman spectroscopy / Cultivo de células-tronco mesenquimais de rato sobre arcabouços de PHBV-PCL: análise do meio de cultura condicionado por espectroscopia de FT-Raman

Mesenchymal stem cells (MSCs) have great potential for application in cell therapy and tissue engineering procedures because of their plasticity and capacity to differentiate into different cell types. Given the widespread use of MSCs, it is necessary to better understand some properties related to osteogenic differentiation, particularly those linked to biomaterials used in tissue engineering. The aim of this study was to develop an analysis method using FT-Raman spectroscopy for the identification and quantification of biochemical components present in conditioned culture media derived from MSCs with or without induction of osteogenic differentiation. All experiments were performed between passages 3 and 5. For this analysis, MSCs were cultured on scaffolds composed of bioresorbable poly(hydroxybutyrate co-hydroxyvalerate) (PHBV) and poly(ε-caprolactone) (PCL) polymers. MSCs (GIBCO®) were inoculated onto the pure polymers and 75:25 PHBV/PCL blend (dense and porous samples). The plate itself was used as control. The cells were maintained in DMEM (with low glucose) containing GlutaMAX® and 10% FBS at 37ºC with 5% CO2 for 21 days. The conditioned culture media were collected and analyzed to probe for functional groups, as well as possible molecular variations associated with cell differentiation and metabolism. The method permitted to identify functional groups of specific molecules in the conditioned medium such as cholesterol, phosphatidylinositol, triglycerides, beta-subunit polypeptides, amide regions and hydrogen bonds of proteins, in addition to DNA expression. In the present study, FT-Raman spectroscopy exhibited limited resolution since different molecules can express similar or even the same stretching vibrations, a fact that makes analysis difficult. There were no variations in the readings between the samples studied. In conclusion, FT-Raman spectroscopy did not meet expectations under the conditions studied.(AU)

As células-tronco mesenquimais (MSCs) possuem grande potencial para aplicação em procedimentos terapêuticos ligados a terapia celular e engenharia de tecidos, considerando-se a plasticidade e capacidade de formação em diferentes tipos celulares por elas. Dada a abrangência no emprego das MSCs, há necessidade de se compreender melhor algumas propriedades relacionadas à diferenciação osteogênica, particularmente liga à biomateriais usados em engenharia de tecidos. Este projeto objetiva o desenvolvimento de uma metodologia de análise empregando-se a FT-Raman para identificação e quantificação de componentes bioquímicos presentes em meios de cultura condicionados por MSCs, com ou sem indução à diferenciação osteogênica. Todos os experimentos foram realizados entre as passagens 3 e 5. Para essas análises, as MSCs foram cultivadas sobre arcabouços de polímeros biorreabsorvíveis de poli (hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV) e o poli (ε-caprolactona) (PCL). As MSCs (GIBCO®) foram inoculadas nos polímeros puros e na mistura 75:25 de PHBV / PCL (amostras densas e porosas). As células foram mantidas em DMEM (com baixa glicose) contendo GlutaMAX® e 10% de SFB a 37oC com 5% de CO2 por 21 dias. A própria placa foi usada como controle. Os meios de cultura condicionados foram coletados e analisadas em FT-Raman para sondagem de grupos funcionais, bem como possíveis variações moleculares associadas com a diferenciação e metabolismo celular. Foi possível discernir grupos funcionais de moléculas específicas no meio condicionado, como colesterol, fosfatidilinositol, triglicerídeos, forma Beta de polipeptídeos, regiões de amida e ligações de hidrogênio de proteínas, além da expressão de DNA. Na presente avaliação, a FT-Raman apresentou como uma técnica de resolução limitada, uma vez que modos vibracionais de estiramento próximos ou mesmo iguais podem ser expressos por moléculas diferente, dificultando a [...].(AU)

Culture of rat mesenchymal stem cells on PHBV-PCL scaffolds: analysis of conditioned culture medium by FT-Raman spectroscopy / Cultivo de células-tronco mesenquimais de rato sobre arcabouços de PHBV-PCL: análise do meio de cultura condicionado por espectroscopia de FT-Raman

Abstract Mesenchymal stem cells (MSCs) have great potential for application in cell therapy and tissue engineering procedures because of their plasticity and capacity to differentiate into different cell types. Given the widespread use of MSCs, it is necessary to better understand some properties related to osteogenic differentiation, particularly those linked to biomaterials used in tissue engineering. The aim of this study was to develop an analysis method using FT-Raman spectroscopy for the identification and quantification of biochemical components present in conditioned culture media derived from MSCs with or without induction of osteogenic differentiation. All experiments were performed between passages 3 and 5. For this analysis, MSCs were cultured on scaffolds composed of bioresorbable poly(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) (PHBV) and poly(ε-caprolactone) (PCL) polymers. MSCs (GIBCO®) were inoculated onto the pure polymers and 75:25 PHBV/PCL blend (dense and porous samples). The plate itself was used as control. The cells were maintained in DMEM (with low glucose) containing GlutaMAX® and 10% FBS at 37oC with 5% CO2 for 21 days. The conditioned culture media were collected and analyzed to probe for functional groups, as well as possible molecular variations associated with cell differentiation and metabolism. The method permitted to identify functional groups of specific molecules in the conditioned medium such as cholesterol, phosphatidylinositol, triglycerides, beta-subunit polypeptides, amide regions and hydrogen bonds of proteins, in addition to DNA expression. In the present study, FT-Raman spectroscopy exhibited limited resolution since different molecules can express similar or even the same stretching vibrations, a fact that makes analysis difficult. There were no variations in the readings between the samples studied. In conclusion, FT-Raman spectroscopy did not meet expectations under the conditions studied.

Resumo As células-tronco mesenquimais (MSCs) possuem grande potencial para aplicação em procedimentos terapêuticos ligados a terapia celular e engenharia de tecidos, considerando-se a plasticidade e capacidade de formação em diferentes tipos celulares por elas. Dada a abrangência no emprego das MSCs, há necessidade de se compreender melhor algumas propriedades relacionadas à diferenciação osteogênica, particularmente liga à biomateriais usados em engenharia de tecidos. Este projeto objetiva o desenvolvimento de uma metodologia de análise empregando-se a FT-Raman para identificação e quantificação de componentes bioquímicos presentes em meios de cultura condicionados por MSCs, com ou sem indução à diferenciação osteogênica. Todos os experimentos foram realizados entre as passagens 3 e 5. Para essas análises, as MSCs foram cultivadas sobre arcabouços de polímeros biorreabsorvíveis de poli (hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV) e o poli (ε-caprolactona) (PCL). As MSCs (GIBCO®) foram inoculadas nos polímeros puros e na mistura 75:25 de PHBV / PCL (amostras densas e porosas). As células foram mantidas em DMEM (com baixa glicose) contendo GlutaMAX® e 10% de SFB a 37oC com 5% de CO2 por 21 dias. A própria placa foi usada como controle. Os meios de cultura condicionados foram coletados e analisadas em FT-Raman para sondagem de grupos funcionais, bem como possíveis variações moleculares associadas com a diferenciação e metabolismo celular. Foi possível discernir grupos funcionais de moléculas específicas no meio condicionado, como colesterol, fosfatidilinositol, triglicerídeos, forma Beta de polipeptídeos, regiões de amida e ligações de hidrogênio de proteínas, além da expressão de DNA. Na presente avaliação, a FT-Raman apresentou como uma técnica de resolução limitada, uma vez que modos vibracionais de estiramento próximos ou mesmo iguais podem ser expressos por moléculas diferente, dificultando a análise. Não houve variações nas leituras entre as amostras estudadas, concluindo-se que a FT-Raman não atendeu às expectativas nas condições estudadas.

AVALIAÇÃO DA ESPECTROSCOPIA RAMAN NA DIFERENCIAÇÃO DE MOLÉCULAS DE AMIDO E MALTODEXTRINA EM REQUEIJÃO

Considerando a propriedade que a matéria exibe de espalhar luz inelasticamente,e que cada espécie química fornece um espectro, é possível obter informações sobre a composição química de uma matriz alimentar utilizando espalhamento de luz. Neste estudo foi avaliada a utilização da Espectroscopia Raman para diferenciação de moléculas de amido e maltodextrina em amostras de requeijão. Trata-se de uma técnica de custo reduzido baseada na energia vibracional das moléculas, que viabiliza a identificação e quantificação de espécies químicas. A matriz de escolha foi o requeijão pela importância comercial e por não apresentar uma legislação específica relativa adição de amido. Foram adicionadas concentrações conhecidas de amido (5, 15, 25 e 50%) e maltodextrina (5 e 10%) em uma marca de requeijão previamente analisado, livre de traços dessas substâncias, para o estabelecimento da curva padrão pela Espectroscopia Raman. Concomitantemente, foram avaliadas 17 amostras de requeijão com diferentes composições, adquiridas no mercado varejista do Estado do Rio de Janeiro, São Paulo e Minas Gerais, os quais foram analisados parâmetros de umidade e lipídios (AOAC, 2005) e, em seguida, procedidas as análises de amido e maltodextrina pela Espectroscopia Raman. No espalhamento Raman, foi observado que as amostras de requeijão adicionadas intencionalmente de amido apresentaram picos de 478cm-1 e 940cm-1 e aquelas adicionadas de maltodextrina o pico característico foi apenas o de 940cm-1, sendo possível portanto realizar a detecção e quantificação destas substâncias. Nas amostras do mercado varejista que continham amido em seu rótulo, os picos 478cm-1 e 940cm-1 foram observados; entretanto, em outras cinco marcas comerciais foi detectado o pico de 940cm-1 sugerindo a adição ilegal de maltodextrina. Em relação às análises de umidade e lipídios, das 17 amostras de requeijão comercial, quatro apresentaram valores elevados de umidade, sendo duas denominadas requeijão cremoso e duas denominadas requeijão; os resultados de lipídios não demonstraram divergência segundo os limites preconizados pela legislação. Entretanto duas amostras denominadas requeijão cremoso apresentaram valores de lipídios superiores à média (±67.40 ; DP= 3.76) das demais amostras analisadas. Portanto, a partir da obtenção dos resultados do presente estudo é possível inferir que a espectroscopia Raman demonstrou aplicabilidade na detecção e quantificação de amido e maltodextrina de forma rápida e eficiente em amostras de requeijão. Em relação à qualidade físico-química dos requeijões obtidos no mercado varejista, foi observada a falta de padronização de determinados produtos, indicando provavelmente falhas no processamento e/ou tentativa de adulteração dos mesmos, o que requer maior vigor na fiscalização pelos órgãos públicos, reforçando a necessidade de procedimentos analíticos eficientes na detecção de fraudes.

Considering the property that the material exhibits to spread light inelastically, and that each chemical species provides a spectrum, it is possible to obtain information on the chemical composition of an alimentary matrix using light scattering. In this study it was evaluated the use of Raman Spectroscopy for the differentiation of starch molecules and maltodextrin in "Requeijão cheese" samples. It is a cost-effective technique based on the vibrational energy of molecules, which enables the identification and quantification of chemical species. The matrix of choice was the Requeijão cheese through it commercial importance and for not presenting a specific legislation regarding the addition of starch. Known concentrations of starch (5, 15, 25 and 50%) and maltodextrin (5 and 10%) were added to a previously analyzed requeijão cheese brand that was trace-free of the above substances for the establishment of the standard curve by Raman Spectroscopy. Concomitantly, 17 samples of Requeijão cheese with different compositions, acquired in the retail market of the State of Rio de Janeiro, São Paulo and Minas Gerais, were evaluated. The moisture and lipid parameters were analyzed (AOAC, 2005) and the analysis of starch and maltodextrin by Raman Spectroscopy. It was observed in the Raman scattering, the intentionally addition of starch in requeijão cheese samples, which presented 478cm-1 and 940cm-1 peaks and those with maltodextrin added, only showed the characteristic peak of 940cm-1, thus it is possible to detect and quantify these substances. In the retail market samples containing starch on its label, the 478cm-1 and 940cm-1 peaks were observed; however, in a further five trade marks the 940cm-1 peak was detected suggesting the illegal addition of maltodextrin. In relation to the moisture and lipid analyzes, from the 17 samples of commercial requeijão cheese, four were high in moisture, two were called " Requeijão creamy cheese" and two were called "requeijão cheese"; the lipid results did not show divergence according to the limits recommended by the legislation. However, two samples denominated "Requeijão creamy cheese" presented values of lipids higher than the average (± 67.40; SD = 3.76) of the other samples analyzed. Therefore, from the results of the present study, it is possible to infer that Raman spectroscopy demonstrated the applicability in the detection and quantification of starch and maltodextrin quickly and efficiently in Requeijão cheese samples. Regarding the physical-chemical quality of the Requeijão cheese obtained in the retail market, it was observed the lack of standardization of certain products, indicating probably failures in the processing and / or attempt to adulterate them, which requires greater vigor in the inspection by the public agencies, reinforcing the need for efficient analytical procedures in fraud detection.

FT-Raman spectroscopy for the differentiation between cutaneous melanoma and pigmented nevus / Espectroscopia FT-Raman na diferenciação entre melanoma cutâneo e nevo pigmentado

Cutaneous melanoma is the most aggressive type of skin cancer and Ft-Raman spectroscopy has been studied as a potential method that could be a real alternative for early diagnosis of neoplasms. PURPOSE: To qualify the spectral FT-Raman data, in order to differentiate cutaneous melanoma and pigmented nevus. METHODS: For this study, 10 samples of cutaneous melanoma, 9 samples of pigmented nevi, and 10 samples of normal skin were obtained by incisional biopsies performed during plastic surgeries ex vivo, immediately after removing the surgical sample. RESULTS: The FT-Raman spectra of each group presented a high correlation between the elements of the same group, thus favoring the elaboration of spectral averages. When analyzing the spectral standard of each group, the normal skin standard did not show a significant variation between the spectra; the standard of the pigmented nevi group showed significant variation, and the cutaneous melanoma group also showed variation. Through univariate analysis, specific bands were detected for each vibrational mode identified. The discriminatory analysis of the data showed a 75.3 percent efficiency of the differentiation between the three groups studied. CONCLUSION: The vibrational modes Polysaccharides, Tyrosine and Amide-I differentiated the melanoma from the pigmented nevus.(AU)

O melanoma cutâneo é o câncer de pele mais agressivo, e a espectroscopia FT-Raman tem sido estudada como um método em potencial que pode ser uma verdadeira alternativa no diagnóstico precoce de neoplasias. OBJETIVO: Qualificar os dados espectrais FT-Raman de modo a diferenciar melanoma cutâneo de nevo pigmentado. MÉTODOS: Foram utilizadas 10 amostras de melanoma cutâneo, obtidas por meio de biopsias incisionais realizadas "ex-vivo"; nove amostras de nevo pigmentado e 10 amostras de pele normal foram coletadas durante cirurgias plásticas. RESULTADOS: Os espectros FT-Raman de cada grupo diagnóstico apresentaram alta correlação entre os elementos do mesmo grupo, o que favoreceu a realização das médias espectrais. Analisando o padrão espectral de cada grupo, o de pele normal não mostrou grande variação entre os espectros; o de nevo pigmentado apresentou variação notável e, o grupo melanoma primário também indicou variação. Por meio de análise univariada foram identificadas bandas específicas para cada modo vibracional identificado. A análise discriminante aos dados mostrou 75,3 por cento de eficiência na diferenciação entre os três grupos estudados. CONCLUSÃO: Os modos vibracionais Polissacarídeos (Banda I), Tirosina (Banda 6) e Amida I (Banda 10) diferenciaram o melanoma do nevo pigmentado.(AU)

Differential diagnosis in primary and metastatic cutaneous melanoma by FT-Raman spectroscopy / Diagnóstico diferencial no melanoma primário e metastático por espectroscopia FT-Raman

PURPOSE: To qualify the FT-Raman spectral data of primary and metastatic cutaneous melanoma in order to obtain a differential diagnosis. METHODS: Ten normal human skin samples without any clinical or histopathological alterations, ten cutaneous melanoma fragments, and nine lymph node metastasis samples were used; 105, 140 and 126 spectra were obtained respectively. Each sample was divided into 2 or 3 fragments of approximately 2 mm³ and positioned in the Raman spectrometer sample holder in order to obtain the spectra; a monochrome laser light Nd:YAG at 1064 nm was used to excite the inelastic effect. RESULTS: To differentiate the three histopathological groups according to their characteristics extracted from the spectra, data discriminative analysis was undertaken. Phenylalanine, DNA, and Amide-I spectral variables stood out in the differentiation of the three groups. The percentages of correctly classified groups based on Phenylalanine, DNA, and Amide-I spectral features was 93.1 percent. CONCLUSION: FT-Raman spectroscopy is capable of differentiating melanoma from its metastasis, as well as from normal skin.(AU)

OBJETIVO: Qualificar os dados espectrais FT-Raman do melanoma cutâneo primário e metastático e assim realizar o diagnóstico diferencial. MÉTODOS: Foram utilizadas amostras de 10 fragmentos de pele sem alterações clínicas ou histopatológicas, 10 de melanomas cutâneos e 9 de metástases linfonodais; 105, 140 and 126 espectros foram obtidos respectivamente. Cada amostra foi dividida em 2 ou 3 frações de 2 mm³ e posicionada no porta amostras do espectrômetro Raman para obtenção dos espectros, por meio da excitação do espalhamento inelástico pelo laser de Nd:YAG em 1064 nm incididos na amostra. RESULTADOS: Para diferenciar os três grupos formados de acordo com as características fornecidas pelos espectros, realizamos a análise discriminante dos dados. As variáveis espectrais Fenilalanina, DNA e Amida-I se destacaram na capacidade de diferenciação dos três grupos histológicos. A porcentagem de classificação correta utilizando estes critérios foi de 93,1 por cento; o que mostra a eficiência da análise realizada. CONCLUSÃO: A espectroscopia FT-Raman é capaz de diferenciar o melanoma de sua metástase, assim como da pele normal.(AU)