Hidden Clues Within Blood: ATR-FTIR Spectroscopy and Chemometric Analysis for Determining the Ante-Mortem and Post-Mortem Origin of Blood

Stel je voor dat je een detective bent die op een plaats delict staat en staart naar een mysterieuze rode vlek op de vloer. Jouw taak is om het verhaal achter die vlek te ontrafelen: Gebeurde het terwijl de persoon nog in leven was, tijdens een gevecht of een val? Of gebeurde het nadat de persoon al was overleden, bijvoorbeeld door een wond die pas begon te bloeden toen het hart stopte met slaan? Dit is het verschil tussen "ante-mortem" (vóór de dood) en "post-mortem" (na de dood) bloed. In de wereld van de forensische wetenschap is het kennen van dit verschil als het hebben van het laatste puzzelstukje dat precies vertelt hoe een tragedie zich heeft afgespeeld. Het helpt onderzoekers te begrijpen of een wond vitaal was, of er een strijd heeft plaatsgevonden, of dat de scène is geënsceneerd.

Lange tijd hebben wetenschappers geprobeerd dit puzzelstukje op te lossen met microscopen om naar celvormen te kijken of met chemische tests die het vereisen om met rommelige vloeistoffen te mengen. Maar deze methoden kunnen traag, duur en soms verward worden door hoe oud het bloed is of waar het op ligt. Maak kennis met een nieuw soort detectietool: een machine die onzichtbaar licht gebruikt om te "luisteren" naar de chemische trillingen van het bloed. Denk aan dit als een muziekinstrument. Elke substantie heeft zijn eigen unieke liedje, gemaakt van kleine trillingen. Als je het liedje kent, kun je precies bepalen wat de substantie is zonder er zelfs maar aan te raken. Dit artikel onderzoekt of deze "muzikale" methode eindelijk het verschil kan uitleggen tussen het liedje van levend bloed en het liedje van bloed na de dood, zelfs wanneer dat bloed is gedroogd op een shirt, een haar of een vingernagel.

---

Het Grote Bloedmysterie: Kan Licht het Verschil Zien?

In dit onderzoek besloten een team van onderzoekers te kijken of ze een speciaal soort lichtscanner, genaamd ATR-FTIR spectroscopie, konden gebruiken om het mysterie van de oorsprong van bloed op te lossen. Stel je deze machine voor als een supergevoelig oor dat de minuscule "brom" van de moleculen in een druppel bloed kan horen. Wanneer bloed leeft (ante-mortem), brommen de moleculen één melodie. Wanneer bloed afkomstig is van een lichaam dat is overleden (post-mortem), kunnen de moleculen een iets andere melodie brommen omdat de chemie van het lichaam is veranderd.

De onderzoekers verzamelden een cast van personages voor hun experiment:

• De Levende Cast: 20 monsters van vers bloed van gezonde vrijwilligers, verzameld via een snelle vingerprik.
• De Stille Cast: 40 monsters van bloed genomen uit de harten van overleden personen tijdens autopsies.
• De Wild Card: 10 monsters menstruatiebloed, dat vaak op ander bloed lijkt maar afkomstig is van een andere bron.

Ze keken niet alleen naar het bloed in reageerbuizen. Om het realistisch te maken, droogden ze het bloed op glazen objectdragers en smeerden het zelfs uit op veelvoorkomende voorwerpen van een plaats delict zoals katoenen stof, losse vezels, haar en vingernagels. Ze testten ook of het invriezen van het bloed bij -80°C of het laten liggen op kamertemperatuur hun "liedje" veranderde.

"Kijken" versus "Luisteren"

Op het eerste gezicht vonden de onderzoekers dat de bloedmonsters er exact hetzelfde uitzagen. Als je een stukje gedroogd ante-mortem bloed naast post-mortem bloed zou houden, kon je ze niet van elkaar onderscheiden. Zelfs toen ze het infrarood licht op hen wierpen, zagen de resulterende "spectra" (die als visuele barcodes van de lichtabsorptie fungeren) er bijna identiek uit voor het menselijk oog. Het was alsof twee zangers dezelfde noot raakten; je kon niet horen wie wie was door alleen naar het ruwe geluid te luisteren.

De onderzoekers wisten echter dat computers beter zijn in het horen van de minuscule verschillen dan menselijke oren. Ze gebruikten een reeks wiskundige hulpmiddelen genaamd chemometrie (denk aan deze als een super slim filter dat patronen kan vinden die onzichtbaar zijn voor ons) om de gegevens te analyseren. Ze gebruikten drie hoofdmethode:

1. PCA (Principal Component Analysis): Een manier om alle complexe gegevens samen te persen tot een eenvoudige kaart om te zien of de groepen zich natuurlijk scheiden.
2. PLS-DA (Partial Least Squares-Discriminant Analysis): Een methode die een model bouwt om te voorspellen bij welke groep een monster thuishoort.
3. LDA (Linear Discriminant Analysis): Nog een statistisch hulpmiddel om een duidelijke lijn tussen de twee groepen te trekken.

De Resultaten: Een Perfecte Score

De resultaten waren verrassend duidelijk. Hoewel het menselijk oog het verschil niet kon zien, konden de computermodellen dat wel.

• De Scheiding: Wanneer de onderzoekers de gegevens plotten, vormden het "levende" bloed en het "post-mortem" bloed twee duidelijke, niet-overlappende clusters. Het was alsof de computer een muur tussen hen tekende.
• De Nauwkeurigheid: De modellen hadden het 100% van de tijd goed. Er waren geen fouten. Niet één monster werd verkeerd geïdentificeerd. De modellen identificeerden ante-mortem bloed correct als ante-mortem en post-mortem bloed correct als post-mortem, met nul valse alarmen.
• De Wild Card: Toen ze het menstruatiebloed testten, raakte het model niet in de war. Het plaatste het menstruatiebloed correct in een eigen aparte categorie, verschillend van zowel de ante-mortem als de post-mortem groep. Dit is een grote zaak, omdat menstruatiebloed soms voor ander type bloed aangezien kan worden in complexe gevallen.

Maakt de Achtergrond of de Vriezer Uit?

De onderzoekers vroegen ook: "Maakt het uit of het bloed op een shirt zit, op een haar of op een nagel? Maakt het uit of we het hebben ingevroren?"

• De Substraten: Ze ontdekten dat het "liedje" van het bloed duidelijk bleef, zelfs wanneer het op katoen, haar of nagels was gedroogd. Hoewel het achtergrondmateriaal (zoals de stof) enige ruis aan het signaal toevoegde, was de unieke chemische vingerafdruk van het bloed nog steeds sterk genoeg voor de computer om het correct te identificeren.
• De Opslag: Ze vergeleken bloed dat was ingevroren bij -80°C met bloed dat op kamertemperatuur was gelaten. Verrassend genoeg veranderde de opslagconditie, zodra het bloed was gedroogd, de chemische "song" niet genoeg om het model in de war te brengen. Of het nu bevroren was of niet, de machine kon nog steeds het verschil zien tussen ante-mortem en post-mortem bloed.

De Conclusie

Dit onderzoek suggereert dat het combineren van ATR-FTIR spectroscopie met slimme computeranalyse een krachtige, snelle en niet-destructieve manier is om het mysterie van de oorsprong van bloed op te lossen. Het vereist geen rommelige chemicaliën of lange wachttijden. De machine kan naar een gedroogde vlek op een stuk kleding kijken en, met 100% nauwkeurigheid in deze specifieke studie, aan onderzoekers vertellen of dit bloed werd afgestoten terwijl de persoon nog in leven was of nadat hij/zij was overleden.

De onderzoekers benadrukken dat deze methode werkt, zelfs wanneer het bloed op lastige oppervlakken zoals haar of nagels zit, en dat het standhoudt of het monster nu bevroren was of niet. Door ook het menstruatiebloed succesvol te onderscheiden van de andere typen, laat de studie zien dat deze aanpak een betrouwbaar hulpmiddel kan zijn voor forensisch onderzoekers die proberen de gebeurtenissen van een misdrijf te reconstrueren, waarbij een eenvoudige rode vlek wordt omgezet in een helder verhaal van wat er is gebeurd.