This Thesis presents a quantitative tool that has been developed for the oxidative stress analysis of mouse serum using near-infrared (NIR) spectroscopy. We hypothesize that elevations in oxidative stress will cause changes in pre-selected NIR spectral regions. An optical detection system has been developed and optimized using bovine serum albumin. A total of 118 mouse serum samples were collected and NIR spectra were obtained. Sample collection was carried out in two stages. First, 70 mouse serum samples were collected followed by an additional 48 samples. A pre-selection of 5 hypothesis-driven wavelength regions (CH, SH, POH, ROH, and RNH2) were used in order to obtain spectral signatures for the serum samples. Spectra were analyzed using multi-linear regression (MLR) based optimizations were all possible variable combinations and ratios were computed. The Students' t-test for statistical significance was used to obtain the most parsimonious combination of variables.Pregnancy and infection status were classified using this approach. Mouse serum samples with doses of a murine gastrointestinal nematode were investigated. NIR spectral differences were observed for pregnant and non-pregnant serum samples with varying infection states in the 1600-2400 nm spectral window. Of the 5 pre-selected spectral regions, results indicate that 3 components (CH, SH, and POH) demonstrate the most pronounced changes in their relative means for non-pregnant mouse serum samples compared with non-infected and high infection states. The proposed 3-component model was used to differentiate between non-infected and high infected mouse serum samples with >95% confidence (sensitivity=82% and specificity=81%). Additionally, the proposed 3-component model was used to determine if a low infection state could be differentiated from both non-infected and high-infected samples. Significant differences with >95% confidence were obtained for mouse serum samples which were non-infected compared to those exhibiting high-infection states. These findings are significant in that they suggest an intermediate infection level may be both present and also quantified. The system was then also used to differentiate between infection states in 48 pregnant serum samples. The equation generated by the MLR was solved for the regions yielding the highest separations. Results showed improved separations with >95% confidence (sensitivity=86% and specificity=81%). The results confirm the hypothesis that CH, SH, and POH functional groups may be used as markers for the progression of infection. It should be highlighted that separations between infection states were achieved with >95% confidence independent of pregnancy status. This proposed research offers the basis for a rapid point-of-care method that could be used to differentiate samples with infection. / Cette thèse présente un instrument quantitatif qui a été développé pour l'analyse de stress oxydatif de sérum en utilisant la spectroscopie proche infrarouge. Nous émettons une hypothèse que les élévations dans le stress oxydatif provoqueront des changements dans les régions spectrales pré-choisies. Un système de détection optique a été développé et a été optimisé avec de l'albumine. Un total de 118 échantillons a été recueilli et les spectres infrarouges-proche ont été mesurés. La collection d'échantillons s'est fait dans deux stages. D'abord, 70 sérums de souris ont été recueillis suivis par 48 échantillons supplémentaires. Une présélection de 5 régions spectrales (CH, SH, POH, ROH, et RNH2) a été utilisée pour obtenir des signatures spectrales pour les échantillons de sérum. Les données spectrales ont été analysées en utilisant la rétrogradation multilinéaire où toutes les combinaisons variables possibles et tous les ratios ont été calculés. La signification statistique a été utilisée pour obtenir la combinaison la plus parcimonieuse de variables.La grossesse et les états d'infection ont été classifiés en utilisant cette approche. Échantillons de sérum des souris avec des doses d'un nématode gastro-intestinal murin ont été étudiés. Les différences spectrales ont été observées pour les échantillons de sérum enceintes et non-enceintes avec les états d'infection variables dans la gamme spectrale 1600-2400 nm. Des 5 régions pré-choisies, les résultats indiquent que 3 composantes (CH, SH, et POH) démontrent les changements les plus prononcés dans leurs moyens relatifs pour les échantillons de sérum de souris enceintes avec les états d'infection non-infectés et de niveaux élevés. Le modèle de 3 composantes proposé a été utilisé pour faire la différence entre les échantillons de sérum de souris infectés, non-infectés et de niveaux d'infection élevés avec >95% confiance (sensibilité=82% et spécificité=81%). Le modèle de 3 composantes proposé a été utilisé pour déterminer si un état d'infection bas pourrait être différencié des échantillons non-infectés et de niveaux élevés. Les séparations significatives avec >95% confiance ont été obtenues pour l'échantillon de sérum de souris qui ont été non-infectés que ceux exposant l'infection haute. Ces conclusions sont significatives dans cela qu'ils suggèrent un niveau d'infection intermédiaire présent et qui pourrait être mesuré. Le plus intéressant, quand le modèle de 3 composant proposé a été appliqué aux 48 échantillons recueillis; les résultats ont montré des séparations améliorées avec >95% confiance (sensibilité=86% et spécificité=81%). Les résultats obtenus confirment l'hypothèse que CH, SH, et POH peuvent être utilisés comme les marqueurs pour la progression d'infection. Il devrait être accentué que les séparations entre les états d'infection ont été accomplies avec >95% confiance indépendante de statut de grossesse.Cette recherche proposée offre une signification dans le cycle ATP aussi bien que les ponts disulfures trouvés dans l'ADN.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.104596 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Cassin, Steven |
| Contributors | David H Burns (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Chemistry) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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