Multiscale investigation of collagen structure in human skin and gel matrices using polarization resolved second harmonic generation microscopy
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Collagen is critical to the structure and function of skin tissues, with the collagen I/III ratios influencing fibrillogenesis, fiber organization, and skin mechanics. Abnormal collagen organization, such as in fibrosis or scar tissue, compromises both skin functionality and aesthetics. In this study, we employed label-free polarization resolved second harmonic generation (PSHG) microscopy to investigate collagen structure in artificial collagen matrices with various Col I/III ratios at the fibril scale ( $$\sim$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mo>∼</mml:mo> </mml:math> 1 to $$3\,\upmu \hbox {m}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> <mml:mspace/> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mtext>m</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:math> ) and in ex vivo human healthy and scarred skin at the fiber scale ( $$\sim 10$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mo>∼</mml:mo> <mml:mn>10</mml:mn> </mml:mrow> </mml:math> to $$20\,\upmu \hbox {m}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>20</mml:mn> <mml:mspace/> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mtext>m</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:math> ). Complementary third harmonic generation (THG) microscopy provided additional structural information. Our results indicate that an increasing Col I/III ratio is associated with longer fibril length, higher PSHG intensity, and a reduced effective $$\alpha$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mi>α</mml:mi> </mml:math> -helix pitch angle of fibrils. In pure Col I, the effective $$\alpha$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mi>α</mml:mi> </mml:math> -helix pitch angle is determined to be $$47.72^{\circ }$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>47</mml:mn> <mml:mo>.</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>72</mml:mn> <mml:mo>∘</mml:mo> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> . These observations indicate alterations in fibril assembly. Furthermore, although the $$\alpha$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mi>α</mml:mi> </mml:math> -helix pitch angle of fibers in both healthy and scarred skin was approximately $$46.7^{\circ }$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>46</mml:mn> <mml:mo>.</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>7</mml:mn> <mml:mo>∘</mml:mo> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> , healthy skin exhibited $$24\%$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>24</mml:mn> <mml:mo>%</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math> greater variability in fiber orientation, suggesting a more randomized organization compared to scar tissue. THG imaging further revealed a higher cellular density in scar tissue, consistent with the inflammatory activity associated with wound healing. Immunohistochemical (IHC) staining using dermatansulphate and Col III-specific antibodies confirmed that the Col I/III ratio is higher in healthy skin (2.2) than in scarred skin (1.6). These findings underscore the potential of PSHG microscopy for label-free, quantitative assessment of collagen structure across multiple scales, with THG offering complementary cellular insights. This integrated approach represents a promising strategy for real-time, in vivo monitoring and automated quantification of collagen organization in clinical applications, including dermatology, burn treatment, and fibrosis monitoring.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».