Ex vivo nonlinear microscopy imaging of Ehlers–Danlos syndrome-affected skin

Abstract

Ehlers-Danlos syndrome (EDS) is the name for a heterogenous group of rare genetic connective tissue disorders with an overall incidence of 1 in 5000. The histological characteristics of EDS have been previously described in detail in the late 1970s and early 1980s. Since that time, the classification of EDS has undergone significant changes, yet the description of the histological features of collagen morphology in different EDS subtypes has endured the test of time. Nonlinear microscopy techniques can be utilized for non-invasive in vivo label-free imaging of the skin. Among these techniques, two-photon absorption fluorescence (TPF) microscopy can visualize endogenous fluorophores, such as elastin, while the morphology of collagen fibers can be assessed by second-harmonic generation (SHG) microscopy. In our present work, we performed TPF and SHG microscopy imaging on ex vivo skin samples of one patient with classical EDS and two patients with vascular EDS and two healthy controls. We detected irregular, loosely dispersed collagen fibers in a non-parallel arrangement in the dermis of the EDS patients, while as expected, there was no noticeable impairment in the elastin content. Based on further studies on a larger number of patients, in vivo nonlinear microscopic imaging could be utilized for the assessment of the skin status of EDS patients in the future.

Novel imaging techniques and their clinical applications in the field of dermatology

“…A bőr vizsgálatára alkalmazható fontosabb képalkotó modalitások jellemzői (rövidítések: VIS: visible spectrum, látható fény; IR: infrared spectrum, infravörös tartomány; NIR: near infrared spectrum, közel-infravörös tartomány, HFUS: high frequency ultrasound, magas frekvenciájú ultrahang; OCT: optical coherence tomography, optikai koherencia tomográfia; RCM: reflectance confocal microscopy, reflektancia konfokális mikroszkópia; TPF: two-photon absorption fluorescence, kétfoton abszorpciós fluoreszcencia; SHG: second harmonic generation, másodharmonikus keltés (16,29,33,38) ellátást, amennyiben nincs elérhető szakorvos, továbbá javíthatja a prevenciót és a betegek utánkövetését, különösen bőrdaganatok és egyes foglalkozási bőrbetegségek esetén (12,13). A gyakran időigényes személyes vizsgálatokat és konzultációkat, a jövőben részint kiválthatják a telemedicina adta lehetőségek, ezzel csökkentve a vizsgálatok idejét, s javítva a betegek együttműködését.…”

“…A NLO módszerek kevésbé érzékenyek a felbontást csökkentő szórt fényre, így kiválóan alkalmasak a szövetek nagy felbontású leképezésére. Az alkalmazott NIR lézerekkel elhanyagolható fototoxicitás mellett az egyfotonos módszerekhez képest nagyobb penetrációs képesség érhető el (37,38). A NLO mikroszkópia modalitásai közül a bőr in vivo vizsgálatára alkalmas a kétfoton abszorpciós fluoreszcencia (two-photon absorption fluorescence, TPF) és a másodharmonikus keltés (second harmonic generation, SHG), melyek már kereskedelmi forgalomban is elérhetőek.…”

“…A különböző képfeldolgozási algoritmusok nagy segítséget nyújthatnak a NLO mikroszkópia során készült képek értékelésére, objektív diagnosztikai kritériumrendszerek kidolgozására és a sebészi szélek meghatározására. A NLO különböző ritka bőrbetegségek vizsgálatára is alkalmazható, ezek közül munkacsoportunk vizsgálta elsőként az Ehlers-Danlos szindróma karakterisztikus bőrelváltozásait NLO módszerekkel (38). A nemlineáris mikroszkópia fent nem részletezett módszerei a BVSZ 91. évfolyam 1. számában kerültek bemutatásra.…”

Genetic analysis and nonlinear opical imaging of vascular Ehlers-Danlos syndrome

“…További diagnosztikus lehetőséget jelent az elektronmikroszkópos képalkotás és a kollagén elektroforézis. Történtek erőfeszítések különböző laboratóriumi tesztek kifejlesztése irányában is, mint a vizeletben lévő kollagén bomlástermékek arányának meghatározása, melyek alkalmazásáról azonban csekély evidencia áll rendelkezésre, és nem terjedtek el (2,14,31,32). A bőrszövettani vizsgálaton kívül a különböző diagnosztikai módszerek a korlátozott hozzáférhetőségük és magas költségük miatt jelenleg még nem terjedtek el a klinikai gyakorlatban.…”

Nonlinear optical microscopy is a novel tool for the analysis of cutaneous alterations in pseudoxanthoma elasticum

“…Nonlinear optical (NLO) microscopy is a novel noninvasive imaging technique which has been used to assess morphologic changes in a wide array of dermatological conditions, including skin cancer, metabolic disorders, and various genodermatoses [19][20][21][22][23]. NLO processes can be generated by ultrafast, picosecond or femtosecond, laser pulses providing stain-free, and submicron resolution imaging of the skin with deeper tissue penetration than reflectance confocal microscopy.…”