Vibrational spectroscopy of biofluids for disease screening or diagnosis: Translation from the laboratory to a clinical setting

Journal of Biophotonics

Volumn 7, Issue 3-4, 2014, Pages 153-165

  Mitchell, Alana L ^a   Gajjar, Ketan B ^b   Theophilou, Georgios ^a   Martin, Francis L ^a   Martin Hirsch, Pierre L ^a,c  

^a LANCASTER UNIVERSITY   (United Kingdom)

^b UNIVERSITY OF CAMBRIDGE   (United Kingdom)

^c LANCASHIRE TEACHING HOSPITALS NHS FOUNDATION TRUST   (United Kingdom)

Author keywords

ATR FTIR spectroscopy; Biofluid; Biomarkers; Microfluidic platform; Point of care; Raman spectroscopy; Screening

Indexed keywords

BIOMARKERS; FOURIER TRANSFORM INFRARED SPECTROSCOPY; MICROFLUIDICS; RAMAN SPECTROSCOPY; SCREENING; VIBRATIONAL SPECTROSCOPY;

ATR-FT-IR SPECTROSCOPY; BIOFLUID; CLINICAL PRACTICES; COST-EFFECTIVE APPROACH; DISEASE SCREENING; MICROFLUIDIC PLATFORMS; POINT OF CARE; SAMPLE PREPARATION;

DIAGNOSIS;

BIOLOGICAL MARKER;

DIABETES MELLITUS; EQUIPMENT DESIGN; HOSPITAL INFORMATION SYSTEM; HUMAN; INFRARED SPECTROPHOTOMETRY; INFRARED SPECTROSCOPY; MICROFLUIDIC ANALYSIS; NEOPLASMS; NEURODEGENERATIVE DISEASES; PROCEDURES; RAMAN SPECTROMETRY; VIBRATION;

BIOLOGICAL MARKERS; DIABETES MELLITUS; EQUIPMENT DESIGN; HUMANS; MICROFLUIDIC ANALYTICAL TECHNIQUES; NEOPLASMS; NEURODEGENERATIVE DISEASES; POINT-OF-CARE SYSTEMS; SPECTROPHOTOMETRY, INFRARED; SPECTROSCOPY, FOURIER TRANSFORM INFRARED; SPECTRUM ANALYSIS, RAMAN; VIBRATION;

EID: 84897951136     PISSN: 1864063X     EISSN: 18640648     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/jbio.201400018     Document Type: Article

References (108)

1. Department of Health. Improving outcomes: A strategy for cancer. January 2011.
2. T. Gredmark, S. Kvint, G. Havel, and L. A. Mattsson, Br J Obstet Gynaecol 102, 133-136 (1995).
3. J. K. Gupta, T. J. Clark, S. More, and H. Pattison, Surg Endosc 18, 1099-104 (2004).
4. J. Patnick, Eur J Cancer 36, 2205-2008 (2000).
5. J. Peto, C. Gilham, O. Fletcher, and F. E. Matthews, Lancet 364, 249-256 (2004).
6. NHS cervical screening programme - annual review 2012, published 2012, ISBN 978-1-84463-094-3.
7. G. Broberg, D. Gyrd-Hansen, J. Miao Jonasson, M. L. Ryd, M. Holtenman, I. Milsom, and B. Strander, Int J Cancer 134, 2223-2230 (2014).
8. S. Mukherjee and J. L. Gollan, Assessment of Liver function in: Sherlock's Diseases of the liver and biliary system, J. S. Dooley, A. Lok, A. K. Burroughs, and J. Heathcote (eds.), (Wiley, 2011), pp. 19-21.
9. D. W. Cockcroft and M. H. Gault, Nephron 16, 31-41 (1976).
10. R. C. Bast Jr., F. J. Xu, Y. H. Yu, S. Barnhill, Z. Zhang, and G. B. Mills, Int J Biological Markers 13, 179-187 (1998).
11. I. Jacobs, D. Oram, J. Fairbanks, J. Turner, C. Frost, and J. G. Grudzinskas, Br J Obstet Gynaecol 97, 922-929 (1990).
12. A. N. Rosenthal, L. Fraser, R. Manchanda, P. Badman, S. Philpott, J. Mozersky, R. Hadwin, F. H. Cafferty, E. Benjamin, N. Singh, D. G. Evans, D. M. Eccles, S. J. Skates, J. Mackay, U. Menon, and I. J. Jacobs, J Clin Oncol 31, 49-57 (2013).
13. F. Bonnier, F. Petitjean, M. J. Baker, and H. J. Byrne, J Biophotonics doi: 10.1002/jbio.201300130 (2014).
14. F. L. Martin, ISRN Oncol 2013, 624794 (2013).
15. L. B. Alexandrov, S. Nik-Zainal, D. C. Wedge, P. J. Campbell, and M. R. Stratton, Cell Rep 3, 246-259 (2013).
16. G. Smith, R. Bounds, H. Wolf, R. J. Steele, F. A. Carey, and C. R. Wolf, Br J Cancer 102, 693-703.
17. N. C. Purandare, J. Trevisan, I. I. Patel, K. Gajjar, A. L. Mitchell, G. Theophilou, G. Valasoulis, M. Martin, G. von Bünau, M. Kyrgiou, E. Paraskevaidis, P. L. Martin-Hirsch, W. J. Prendiville, and F. L. Martin, Bioanalysis 5, 2697-2711 (2013).
18. M. J. Walsh, T. G. Fellous, A. Hammiche, W. R. Lin, N. J. Fullwood, O. Grude, F. Bahrami, J. M. Nicholson, M. Cotte, J. Susini, H. M. Pollock, M. Brittan, P. L. Martin-Hirsch, M. R. Alison, and F. L. Martin, Stem Cells 26, 108-118 (2008).
19. A. Hammiche, M. J. German, R. Hewitt, H. M. Pollock, and F. L. Martin, Biophys J 88, 3699-3706 (2005).
20. F. L. Martin, J. G. Kelly, V. Llabjani, P. L. Martin-Hirsch, I. I. Patel, J. Trevisan, N. J. Fullwood, and M. J. Walsh, Nat Protoc 5, 1748-1760 (2010).
21. J. Trevisan, J. Park, P. P. Angelov, A. A. Ahmadzai, K. B. Gajjar, A. D. Scott, P. L. Carmichael, and F. L. Martin, J Biophotonics (in press).
22. Z. Movasaghi, S. Rehman, and I. U. Rehman, Appl Spectrosc Rev 43, 134-179 (2008).
23. A. Dong, B. Caughey, W. S. Caughey, K. S. Blut, and J. E. Coe, Biochemistry 31, 9364-9370 (1992).
24. M. Khanmohammadi, F. H. Rajabi, A. B. Garmarudi, R. Mohammadzadeh, and R. Mohammadzadeh, Eur J Cancer Care (Engl) 19, 352-359 (2010).
25. P. Bassan, A. Sachdeva, A. Kohler, C. Hughes, A. Henderson, J. Boyle, J. H. Shanks, M. Brown, N. W. Clarke, and P. Gardner, Analyst 137, 1370-1377 (2012).
26. M. J. Walsh, M. J. German, M. Singh, H. M. Pollock, A. Hammiche, M. Kyrgiou, H. F. Stringfellow, E. Paraskevaidis, P. L. Martin-Hirsch, and F. L. Martin, Cancer Lett 246, 1-11 (2007).
27. H. H. Mantsch and D. Chapman, Infrared Spectroscopy of Biomolecules. Wiley-Liss, New York (1996).
28. K. M. Dorling and M. J. Baker, Trends Biotechnol 31, 437-438 (2013).
29. I. I. Patel, J. Trevisan, G. Evans, V. Llabjani, P. L. Martin-Hirsch, H. F. Stringfellow, and F. L. Martin, Analyst 136, 4950-4959 (2011).
30. C. Kendall, J. Hutchings, H. Barr, N. Shepherd, and N. Stone, Faraday Discuss 149, 279-290 (2011).
31. W. Pang, A. A. Ahmadzai, I. I. Patel, X. Qiu, M. Liles, A. J. Quantock, and F. L. Martin, Invest Ophthalmol Vis Sci 53, 1162-1168.
32. P. Matousek and N. Stone, J Biophotonics 6, 7-19 (2013).
33. K. Gracie, E. Correa, S. Mabbott, J. A. Dougan, D. Graham, R. Goodacre, and K. Faulds, Chem Sci 5, 1030-1040 (2014).
34. S. M. Hanash, C. S. Baik, and O. Kallioniemi, Nat Rev Clin Oncol 8, 142-150 (2011).
35. N. Spooner, Bioanalysis 2, 1343-1344 (2010).
36. P. Wong, R. Pham, B. A. Bruenner, and C. A. James, Bioanalysis 2, 1787-1789 (2010).
37. S. A. Leon, B. Shapiro, D. M. Sklaroff, and M. J. Yaros, Cancer Res 37, 646-650 (1977).
38. B. Shapiro, M. Chakrabarty, E. M. Cohn, and S. A. Leon, Cancer 51, 2116-2120 (1983).
39. A. K. Pathak, M. Bhutani, S. Kumar, A. Mohan, and R. Guleria, Clin Chem 52, 1833-1842 (2006).
40. S. Jahr, H. Hentze, S. Englisch, D. Hardt, F. O. Fackelmayer, R. D. Hesch, and R. Knippers, Cancer Res 61, 1659-1665 (2001).
41. K. Pantel and C. Alix-Panabieres, Trends Mol Med 16, 398-406 (2010).
42. U. Neugebauer, T. Bocklitz, J. H. Clement, C. Kraftt, and J. Popp, Analyst 135, 3178-3182 (2010).
43. NICE. Ovarian cancer: the recognition and initial management of ovarian cancer. 2011.
44. P. Aggarwal and S. Kehoe, Maturitas 67, 46-53 (2010).
45. U. Menon, A. Gentry-Maharaj, R. Hallett, A. Ryan, M. Burnell, A. Sharma, S. Lewis, S. Davies, S. Philpott, A. Lopes, K. Godfrey, D. Oram, J. Herod, K. Williamson, M. W. Seif, I. Scott, T. Mould, R. Woolas, J. Murdoch, S. Dobbs, N. N. Amso, S. Leeson, D. Cruickshank, A. McGuire, S. Campbell, L. Fallowfield, N. Singh, A. Dawney, S. J. Skates, M. Parmar, and I. Jacobs, Lancet Oncol 10, 327-340 (2009).
46. S. S. Buys, E. Partridge, A. Black, C. C. Johnson, L. Lamerato, C. Isaacs, D. J. Reding, R. T. Greenlee, L. A. Yokochi, B. Kessel, E. D. Crawford, T. R. Church, G. L. Andriole, J. L. Weissfeld, M. N. Fouad, D. Chia, B. O'Brien, L. R. Ragard, J. D. Clapp, J. M. Rathmell, T. L. Riley, P. Hartge, P. F. Pinsky, C. S. Zhu, G. Izmirlian, B. S. Kramer, A. B. Miller, J. L. Xu, P. C. Prorok, J. K. Gohagan, C. D. Berg, and PLCO Project Team, JAMA 305, 295 (2011).
47. K. Gajjar, J. Trevisan, G. Owens, P. J. Keating, N. J. Wood, H. F. Stringfellow, P. L. Martin-Hirsch, and F. L. Martin, Analyst 138, 3917-3926 (2013).
48. J. R. Hands, P. Abel, K. Ashton, T. Dawson, C. Davis, R. W. Lea, A. J. McIntosh, and M. J. Baker, Anal Bioanal Chem 405, 7347-7355 (2013).
49. J. R. Hands, K. M. Dorling, P. Abel, K. M. Ashton, A. Brodbelt, C. Davis, T. Dawson, M. D. Jenkinson, R. W. Lea, C. Walker, and M. J. Baker, J Biophotonics doi: 10.1002/jbio.201300149 (2014).
50. J. L. Gonzalez-Solis, J. C. Martinez-Espinosa, L. A. Torres-Gonzalez, A. Aquilar-Lemarroy, and P. Palomares-Anda, Lasers Med Sci, doi: 10.1007/s10103-013-1447-6 (2013).
51. H. Nordenstedt, D. L. White, and H. B. El-Serag, Dig Liver Dis 42(Suppl 3), S206-S214 (2010).
52. I. Taleb, G. Thiefin, C. Gobinet, V. Untereiner, B. Bernard-Chabert, A. Heurgué, C. Truntzer, P. Hillon, M. Manfait, P. Ducoroy, and G. D. Sockalingum, Analyst 138, 4006-4014 (2013).
53. M. Culha, Appl Spectrosc 67, 355-364 (2013).
54. M. Vendrell, K. K. Maitti, K. Dhaliwal, and Y. T. Chang, Trends Biotechnol 31, 249-257 (2013).
55. A. J. Wilson, and K. A. Willets, Wiley Interdiscip Rev Nanomed Nanobiotechnol 5, 180-189 (2013).
56. R. A. Alvarez-Puebla, and L. M. Liz-Marzan, Chem Soc Rev 41, 43-51 (2012).
57. J. Kneipp, H. Kneipp, B. Wittig, and K. Kneipp, Nanomedicine 6, 214-226 (2010).
58. K. W. Kho, C. Y. Fu, U. S. Dinish, and M. Olivo, J Biophotonics 4, 667-684 (2011).
59. X. Li, T. Yang, and J. Lin, J Biomed Opt 17, 0370031-0370035 (2012).
60. H. Chon, S. Lee, and S. W. Son, Anal Chem 81, 3029-3034 (2009).
61. G. Wang, R. J. Lipert, M. Jain, S. Kaur, S. Chakraboty, M. P. Torres, S. K. Batra, R. E. Brand, and M. D. Porter, Anal Chem 83, 2554-2561 (2011).
62. American Diabetes Association. Diabetes Care 35(Suppl 1), S64-S71 (2012).
63. J. Hoenes, P. Mueller, and N. Surridge, Diabetes Technol Ther 10, S10-S26 (2008).
64. Handbook of Optical Sensing of Glucose in Biological Fluids and Tissues, V. V. Tuchin (ed.) (Taylor & Francis, Inc Boca Raton FL, 2008).
65. W. Petrich, Appl Spectrosc Rev 36, 181-237 (2001).
66. M. Diem, P. R. Griffiths, and J. M. Chalmers, Vibrational Spectroscopy for Medical Diagnosis (John Wiley & Sons Inc Hoboken NJ, 2008).
67. H. M. Heise, Biomedical Vibrational Spectroscopy - Technical Advances in: Biomedical Vibrational Spectroscopy, P. Lasch, and J. Kneipp (eds.) (John Wiley & Sons Inc Hoboken NJ, 2008), pp. 9-37.
68. D. Rohleder, W. Kiefer, and W. Petrich, Analyst 129, 906-911 (2004).
69. D. R. Rohleder, G. Kocherscheidt, K. Gerber, W. Kiefer, W. Köhler, J. Möcks, W. H. Petrich, J Biomed Optics 10, 031108-1-031108-10 (2005).
70. H. M. Heise, A. Bittner, T. Koschinsky, and F. A. Gries, Fresenius J Anal Chem 359, 83-87 (1997).
71. C. S. Park, K. K. Kim, J. M. Choi, and K. S. Park, Physiol Meas 28, 583-593 (2007).
72. F. Severcan, O. Bozkurt, R. Gurbanov, and G. Gorgulu, J. Biophotonics 3, 621-631 (2010).
73. C. Vrancic, A. Fomichoca, N. Gretz, C. Herrmann, S. Neudecker, A. Pucci, and W. Petrich, Analyst 136, 1192-1198 (2011).
74. Y. A. Bakhirkin, A. A. Kosterev, C. Roller, R. F. Curl, and F. K. Tittel, Appl Opt 43, 2257-2266 (2004).
75. A. Kosterev, G. Wysocki, Y. Bakhirkin, S. So, R. Lewicki, M. Fraser, F. Tittel, and R. F. Curl, Appl Phys B 90, 165-176 (2008).
76. H. M. Schipper, Alzheimers Dement 3, 325-332 (2007).
77. M. Brandstetter, T. Sumalowitsch, A. Genner, A. E. Posch, C. Herwig, A. Drolz, V. Fuhrmann, T. Perkmann, and B. Lendl, Analyst 138, 4022-4028 (2013).
78. M. G. Basto and G. M. Kirsztajn, J Bras Nefrol 33, 74-87 (2011).
79. J. W. McMurdy and A. J. Berger, Appl Spectrosc 57, 522-555 (2003).
80. J. A. Bispo, E. E. Vieira, L. Silveira Jr., and A. B. Fernandes, J Biomed Opt 18, 087004 (2013).
81. J. L. Cummings and G. Cole, JAMA 287, 2335-2338 (2002).
82. A. J. Mitchell, J Psychiatric Res 43, 411-431 (2009).
83. L. S. Libow, Manag Care Interface 20, 20-23 (2007).
84. R. A. Floyd and K. Hensley, Neurol Aging 23, 795-807 (2002).
85. R. A. Floyd and J. M. Carney, Ann Neurol 32, S22-S27 (1992).
86. D. A. Butterfield, Chem Res Toxicol 10, 495-506 (1997).
87. D. A. Butterfield and D. Boyd-Kimball, Brain Pathol 14, 426-432 (2004).
88. L. P. Choo, M. Jackson, W. C. Halliday, and H. H. Mantsch, Biochim Biophys Acta 1182, 333-337 (1993).
89. L. P. Choo, J. R. Mansfield, R. L. Pizzi, R. L. Somorjai, M. Jackson, W. C. Halliday, and H. H. Mantsch, Biospectroscopy 1, 141-148 (1995).
90. L. P. Choo, D. L. Wetzel, W. C. Halliday, M. Jackson, S. M. LeVine, and H. H. Mantsch, Biophys J 71, 1672-1679 (1996).
91. M. Goedert, Trends Neurosci 16, 460-465 (1993).
92. H. Fukumoto, T. Tokuda, T. Kasai, N. Ishigami, H. Hidaka, M. Kondo, D. Allsop, and M. Nakagawa, FASEB J 24, 2716-2726 (2010).
93. D. H. Burns, S. Rosendahl, D. Bandilla, O. C. Maes, H. M. Chertkow, and H. M. Schipper, J Alzheimer's Dis 17, 391-397 (2009).
94. J. Trevisan, P. P. Angelov, P. L. Carmichael, A. D. Scott, and F. L. Martin, Analyst 137, 3202-3215 (2012).
95. J. Trevisan, P. P. Angelov, A. D. Scott, P. L. Carmichael, and F. L. Martin, Bioinformatics 29, 1095-1097 (2013).
96. http://www.irootlab.googlecode.com
97. R. M. Jarvis, and R. Goodacre, Bioinformatics 21, 860-868 (2005).
98. T. Vahlsing, U. Damm, V. R. Kondepati, S. Leonhardt, M. D. Brendel, B. R. Wood, and H. M. Heise, J Biophotonics 3, 567-578 (2010).
99. S. L. Hass, R. Müller, A. Fernandes, K. Dzeyk-Boycheva, S. Würl, J. Hohmann, S. Hemberger, E. Elmas, M. Brückmann, P. Bugert, and J. Backhaus, Appl Spectrosc 64, 262-267 (2010).
100. W. Petrich, K. B. Lewandrowski, J. B. Muhlestein, M. E. H. Hammond, J. L. Januzzi, E. L. Lewandrowski, R. R. Pearson, B. Dolenko, J. Früh, M. Haass, M. M. Hirschl, W. Köhler, R. Mischler, J. Möcks, J. Ordóñez-Llanos, O. Quarder, R. Somorjai, A. Staib, C. Sylvén, G. Werner and R. Zerback, Analyst 134, 1092-1098 (2009).
101. J. Ollesch, S. L. Drees, H. M. Heise, T. Behrens, T. Brüning, and K. Gerwert, Analyst 138, 4092-4102 (2013).
102. K. Gajjar, A. A. Ahmadzai, G. Valasoulis, J. Trevisan, C. Founta, M. Nasioutziki, A. Loufopoulos, M. Kyrgiou, S. M. Stasinou, P. Karakitsos, E. Paraskevaidis, B. Da Gama-Rose, P. L. Martin-Hirsch, and F. L. Martin, PLoS One 9, e82416 (2014).
103. D. Allsop, F. L. Martin, S. Moore, N. J. Fullwood, and Alzheimer's Society, Lancet 368, 361 (2006).
104. X. Bi, M. J. Walsh, X. Wei, G. Sheng, J. Fu, P. L. Martin-Hirsch, G. O. Thomas, K. C. Jones, and F. L. Martin, Environ Sci Technol 41, 5915-5922 (2007).
105. J. Li, R. Strong, J. Trevisan, S. W. Fogarty, N. J. Fullwood, K. C. Jones, and F. L. Martin, Environ Sci Technol 47, 10005-10011 (2013).
106. A. A. Ahmadzai, J. Trevisan, W. Pang, I. I. Patel, N. J. Fullwood, S. W. Bruce, K. Pant, P. L. Carmichael, A. D. Scott, and F. L. Martin, Mutagenesis 27, 375-382 (2012).
107. M. D. Hodges, J. G. Kelly, A. J. Bentley, S. Fogarty, I. I. Patel, F. L. Martin, and N. J. Fullwood, ACS Nano 5, 9535-9541 (2011).
108. D. Choudhury, W. T. Ramsay, R. Kiss, N. A. Willoughby, L. Paterson, and A. K. Kar, Lab Chip 12, 948-953 (2012).