90,0% aniqlik bilan o'smalarni erta skrining va leykemiya skriningi uchun DNK metilatsiyasi testi smartfonlar bilan birgalikda!

Suyuq biopsiya asosida saratonni erta aniqlash saratonni aniqlash va tashxislashning yangi yo'nalishi bo'lib, so'nggi yillarda AQSh Milliy rak instituti tomonidan taklif qilingan bo'lib, saratonni erta bosqichlarda yoki hatto saratondan oldingi lezyonlarni aniqlash uchun. U o'pka saratoni, oshqozon-ichak o'smalari, gliomalar va ginekologik o'smalarni o'z ichiga olgan turli xil malign o'smalarni erta tashxislash uchun yangi biomarker sifatida keng qo'llanilgan.

Metilatsiya landshafti (Methylscape) biomarkerlarini aniqlash uchun platformalarning paydo bo'lishi saraton uchun mavjud erta skriningni sezilarli darajada yaxshilash, bemorlarni davolash mumkin bo'lgan eng erta bosqichga qo'yish imkoniyatiga ega.

Yaqinda tadqiqotchilar sisteamin bilan bezatilgan oltin nanozarrachalar (Kist/AuNPs) asosida metillanish landshaftini aniqlash uchun oddiy va to‘g‘ridan-to‘g‘ri sensorli platformani ishlab chiqdilar, bu esa smartfonga asoslangan biosensor bilan birgalikda keng ko‘lamli o‘smalarni tez erta tekshirish imkonini beradi. Leykemiyaning erta skriningi qon namunasidan DNK ekstraktsiyasidan keyin 15 minut ichida, 90,0% aniqlikda amalga oshirilishi mumkin. Maqola sarlavhasi: Sisteamin bilan qoplangan AuNPlar va mashinani o'rganishni qo'llab-quvvatlaydigan smartfon yordamida inson qonida saraton DNKsini tez aniqlash.

Shakl 1. Kist/AuNPs komponentlari orqali saraton skriningi uchun oddiy va tez sezgir platforma ikki oddiy qadamda bajarilishi mumkin.

Bu 1-rasmda ko'rsatilgan. Birinchidan, DNK bo'laklarini eritish uchun suvli eritma ishlatilgan. Keyin aralash eritmaga kist/AuNP qo'shildi. Oddiy va malign DNK turli xil metillanish xususiyatlariga ega, buning natijasida turli xil o'z-o'zini yig'ish naqshlariga ega bo'lgan DNK parchalari paydo bo'ladi. Oddiy DNK bo'shashmasdan yig'iladi va oxir-oqibat Kist/AuNPlarni yig'adi, bu esa Kist/AuNPlarning qizil rangga siljishiga olib keladi, shuning uchun rangning qizildan binafsha rangga o'zgarishini yalang'och ko'z bilan kuzatish mumkin. Bundan farqli o'laroq, saraton DNKsining noyob metilatsiya profili DNK fragmentlarining katta klasterlarini ishlab chiqarishga olib keladi.

96 quduqli plitalarning suratlari smartfon kamerasi yordamida olingan. Saraton DNKsi spektroskopiyaga asoslangan usullar bilan solishtirganda mashina o'rganish bilan jihozlangan smartfon orqali o'lchandi.

Haqiqiy qon namunalarida saraton skriningi

Sensor platformasidan foydalanish imkoniyatlarini kengaytirish uchun tadqiqotchilar haqiqiy qon namunalarida normal va saraton DNKlarini muvaffaqiyatli ajrata oladigan sensorni qo'llashdi. CpG saytlarida metilatsiya naqshlari gen ekspressiyasini epigenetik tarzda tartibga soladi. Deyarli barcha saraton turlarida DNK metilatsiyasidagi o'zgarishlar va shu bilan o'simta hosil bo'lishini rag'batlantiradigan genlarning ifodalanishida o'zgarishlar kuzatilgan.

DNK metilatsiyasi bilan bog'liq bo'lgan boshqa saraton turlari uchun namuna sifatida tadqiqotchilar leykemiya bilan og'rigan bemorlar va sog'lom nazoratchilarning qon namunalaridan leykemiya saratonini farqlashda metilatsiya landshaftining samaradorligini tekshirish uchun foydalanganlar. Ushbu metilatsiya landshafti biomarkeri nafaqat mavjud tezkor leykemiya skrining usullaridan ustun turadi, balki ushbu oddiy va sodda tahlil yordamida saratonning keng doirasini erta aniqlashni kengaytirish imkoniyatini ko'rsatadi.

31 nafar leykemiya bilan kasallangan va 12 nafar sog'lom odamning qon namunalaridan DNK tahlil qilindi. 2a-rasmdagi quti chizmasida ko'rsatilganidek, saraton namunalarining nisbiy absorbsiyasi (DA650/525) oddiy namunalardagi DNKdan past edi. Bu asosan saraton DNKsining zich to'planishiga olib keladigan hidrofobiklikning kuchayishi bilan bog'liq bo'lib, bu Kist/AuNPlarning yig'ilishiga to'sqinlik qildi. Natijada, bu nanozarrachalar saraton agregatlarining tashqi qatlamlarida to'liq tarqalib ketdi, bu esa normal va saraton DNK agregatlarida adsorbsiyalangan Kist/AuNPlarning turli xil tarqalishiga olib keldi. Keyin ROC egri chiziqlari chegarani DA650/525 ning minimal qiymatidan maksimal qiymatgacha o'zgartirish orqali yaratildi.

Shakl 2.(a) optimallashtirilgan sharoitda normal (ko'k) va saraton (qizil) DNK mavjudligini ko'rsatadigan kist/AuNPs eritmalarining nisbiy absorbsiya qiymatlari

(DA650/525) quti uchastkalari; (b) ROC tahlili va diagnostik testlarni baholash. (c) Oddiy va saraton kasalliklarini tashxislash uchun chalkashlik matritsasi. (d) ishlab chiqilgan usulning sezgirligi, o'ziga xosligi, ijobiy bashoratli qiymati (PPV), salbiy bashoratli qiymati (NPV) va aniqligi.

2b-rasmda ko'rsatilganidek, ishlab chiqilgan sensor uchun olingan ROC egri chizig'i ostidagi maydon (AUC = 0,9274) yuqori sezuvchanlik va o'ziga xoslikni ko'rsatdi. Quti syujetidan ko'rinib turibdiki, oddiy DNK guruhini ifodalovchi eng past nuqta saraton DNK guruhini ifodalovchi eng yuqori nuqtadan yaxshi ajratilmagan; shuning uchun normal va saraton guruhlarini farqlash uchun logistik regressiya ishlatilgan. Mustaqil o'zgaruvchilar to'plamini hisobga olgan holda, u saraton yoki oddiy guruh kabi hodisaning yuzaga kelish ehtimolini taxmin qiladi. Bog'liq o'zgaruvchi 0 va 1 oralig'ida bo'ladi. Demak, natija ehtimollikdir. Biz DA650/525 asosida saratonni aniqlash ehtimolini (P) quyidagicha aniqladik.

bunda b=5,3533,w1=-6,965. Namuna tasnifi uchun 0,5 dan kam bo'lgan ehtimollik normal namunani ko'rsatadi, 0,5 yoki undan yuqori ehtimollik esa saraton namunasini ko'rsatadi. 2c-rasmda tasniflash usulining barqarorligini tekshirish uchun foydalanilgan o'zaro tekshirish natijasida hosil bo'lgan chalkashlik matritsasi tasvirlangan. 2d-rasmda sezuvchanlik, o'ziga xoslik, ijobiy bashoratli qiymat (PPV) va salbiy bashorat qilish qiymati (NPV) o'z ichiga olgan usulning diagnostik testini baholash umumlashtiriladi.

Smartfonga asoslangan biosensorlar

Spektrofotometrlardan foydalanmasdan namunaviy sinovni yanada soddalashtirish uchun tadqiqotchilar sun'iy intellektdan (AI) eritma rangini izohlash va oddiy va saratonli odamlarni farqlash uchun foydalanishdi. Buni hisobga olgan holda, mobil telefon kamerasi orqali olingan 96 quduqli plitalar tasvirlari yordamida Cyst/AuNPs eritmasining rangini oddiy DNK (binafsha) yoki saraton DNKsi (qizil) ga aylantirish uchun kompyuter ko'rishdan foydalanildi. Sun'iy intellekt har qanday optik apparat smartfon aksessuarlaridan foydalanmasdan nanozarrachalar eritmalarining rangini talqin qilishda xarajatlarni kamaytirishi va foydalanish imkoniyatini yaxshilashi mumkin. Nihoyat, ikkita mashinani o'rganish modeli, jumladan Random Forest (RF) va Support Vector Machine (SVM) modellarni yaratish uchun o'qitildi. RF va SVM modellari namunalarni 90,0% aniqlik bilan ijobiy va salbiy deb to'g'ri tasnifladi. Bu shuni ko'rsatadiki, sun'iy intellektdan mobil telefonga asoslangan biosensingda foydalanish juda mumkin.

Shakl 3.(a) Tasvirni olish bosqichi uchun namunani tayyorlash jarayonida qayd etilgan eritmaning maqsadli sinfi. (b) Rasmni olish bosqichida olingan tasvir namunasi. (c) Rasmdan olingan 96-quduqli plastinkaning har bir qudug'idagi kist/AuNPs eritmasining rang intensivligi (b).

Kist/AuNPlardan foydalangan holda tadqiqotchilar metilatsiya landshaftini aniqlash uchun oddiy sezgir platformani va leykemiya skriningi uchun haqiqiy qon namunalaridan foydalanganda oddiy DNKni saraton DNKsidan ajrata oladigan sensorni muvaffaqiyatli ishlab chiqdilar. Ishlab chiqilgan sensor haqiqiy qon namunalaridan olingan DNK leykemiya bilan og‘rigan bemorlarda kichik miqdordagi saraton DNKsini (3nM) tez va tejamkorlik bilan 15 daqiqada aniqlay olishini ko‘rsatdi va 95,3% aniqlik ko‘rsatdi. Spektrofotometrga bo'lgan ehtiyojni bartaraf etish orqali namunaviy sinovni yanada soddalashtirish uchun eritma rangini talqin qilish va mobil telefon fotosurati yordamida oddiy va saratonli odamlarni farqlash uchun mashinani o'rganish ishlatilgan va aniqlikka 90,0% erishish mumkin edi.

Malumot: DOI: 10.1039/d2ra05725e