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ORCID:  http://orcid.org/0009-0000-6616-3249
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Embargo Date: 2026-08-14
Title: Aplicação de espectroscopia ATR-FTIR suportada por algoritmos de inteligência artificial permite detecção de alterações moleculares no líquido sinovial em modelo animal de infecção pelo vírus Chikungunya
Alternate title (s): Reagent-free ATR-FTIR spectroscopy to detect changes in synovial fluid in an animal model of Chikungunya virus infection
Author: Machado, Hugo Moreira
First Advisor: Silva, Robinson Sabino
First member of the Committee: Luciano, Roberto da Cunha
Second member of the Committee: Melo, Igor Santana
Summary: A infecção pelo vírus da Chikungunya (CHIKV) frequentemente se manifesta pela artralgia simétrica nas articulações periféricas, tenossinovite, inflamação nos ligamentos articulares e cerca de 60% dos pacientes podem desenvolver sintomas crônicos, o que pode impactar diretamente sua qualidade de vida. O diagnóstico correto da infecção por CHIKV é complexo e envolve técnicas de múltiplas etapas com reagentes de biologia molecular de alto custo laboratorial. Diante da necessidade de explorar abordagens inovadoras para a detecção da infecção por CHIKV no líquido sinovial, a espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier com Refletância Total Atenuada (ATR-FTIR) sem uso de reagentes tem se mostrado uma ferramenta promissora para identificação de moléculas relacionadas a presença de partículas virais neste fluido. Desta forma, este estudo teve como objetivo identificar alterações em grupos funcionais dos componentes do fluido sinovial usando a plataforma ATR-FTIR suportada por algoritmos de inteligência artificial para detectar potenciais lesões condrais e osteocondrais em modelo in vivo de infecção por CHIKV. Camundongos C57/BL6 (n=6) foram inoculados com 20 µL (1 x 105 FFU com CHIKV), enquanto camundongos do grupo controle (n=6) receberam 20 µL de placebo. O fluido sinovial foi coletado 7 dias após a infecção pelo CHIKV, e os espectros infravermelhos do líquido sinovial foram analisados em plataforma ATR-FTIR sem utilização de reagentes. O algoritmo de inteligência artificial Redes Neurais Artificiais teve acurácia de 83%, sensibilidade de 66% e especificidade de 100% para detectar alterações de composição do fluido sinovial induzidas pela infecção pelo CHIKV. Os três principais modos vibracionais utilizados no algoritmo para discriminar o líquido sinovial de camundongos infectados pelo CHIKV em comparação com os controles foram 1655 cm-1 , 1543 cm-1 e 1060 cm-1 , todos relacionados com lipídeos. Assim, este estudo demonstrou o potencial da plataforma biofotônica para avançar na aplicação da espectroscopia ATR-FTIR em doenças ortopédicas, sendo pioneiro na obtenção de espectros infravermelhos do líquido sinovial. Estes achados destacam o potencial das plataformas ATR-FTIR suportadas por algoritmos de Redes Neurais Artificiais como uma ferramenta sustentável, sem reagentes, não invasiva e rápida para detectar alterações induzidas pela infecção por CHIKV no líquido sinovial.
Abstract: Chikungunya virus (CHIKV) infection often manifests with symmetric arthralgia in peripheral joints, tenosynovitis, inflammation in joint ligaments, and approximately 60% of patients may develop chronic symptoms, directly impacting their quality of life. The correct diagnosis of CHIKV infection is complex and involves multi-step techniques with high-cost molecular biology reagents. Given the need to explore innovative approaches for CHIKV infection detection in synovial fluid, attenuated total reflectance Fourier-transform infrared (ATR-FTIR) spectroscopy without the use of reagents has emerged as a promising tool for identifying molecules related to the presence of viral particles in this fluid. Thus, this study aimed to identify alterations in functional groups of synovial fluid components using the ATR-FTIR platform supported by artificial intelligence algorithms to detect potential chondral and osteochondral lesions in an in vivo model of CHIKV infection. C57/BL6 mice (n=6) were inoculated with 20 µL (1 x 105 FFU of CHIKV), while control group mice (n=6) received 20 µL of placebo. Synovial fluid was collected 7 days after CHIKV infection, and the infrared spectra of the synovial fluid were analyzed supported by artificial neural network algorithm classification. The results showed a sensitivity of 66%, specificity of 100%, and accuracy of 83% in detecting alterations in the CHIKV infection model. Identifying vibrational modes at 1655 cm-1 , 1543 cm-1 , and 1060 cm-1 related to lipids could be used to discriminate synovial fluid from CHIKV-infected mice compared to controls. Thus, this study demonstrated the potential of the biophotonic platform to advance the application of ATR-FTIR spectroscopy in orthopedic diseases, pioneering in obtaining infrared spectra of synovial fluid. These findings highlight the potential of ATR-FTIR platforms supported by artificial neural network algorithms as a sustainable, reagent-free, non-invasive, and rapid tool for detecting alterations induced by CHIKV infection in synovial fluid
Keywords: Febre Chikungunya
Chikungunya fever
Biomarcadores
Biomarkers
Líquido sinovial
Synovial fluid
Lesões articulares
Joint lesions
Redes neurais artificiais
Artificial neural networks
Inteligência artificial
Artificial intelligence
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS DA SAUDE
Subject: Ciências médicas
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Ciências da Saúde
Quote: Machado, Hugo Moreira. Aplicação de espectroscopia ATR-FTIR suportada por algoritmos de inteligência artificial permite detecção de alterações moleculares no líquido sinovial em modelo animal de infecção pelo vírus chikungunya.2024. 46 f. Dissertação (Mestrado em Ciências da Saúde) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.574
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.574
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/43221
Date of defense: 24-May-2024
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 4. Educação de qualidade - Assegurar a educação inclusiva, e equitativa e de qualidade, e promover oportunidades de aprendizagem ao longo da vida para todos.
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Ciências da Saúde

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