Санҷиши метилизатсияи ДНК дар якҷоягӣ бо смартфонҳо барои скрининги барвақти омосҳо ва скрининги лейкемия бо дақиқии 90,0%!

Муайянкунии барвақти саратон дар асоси биопсияи моеъ як самти нави ошкор ва ташхиси саратон аст, ки аз ҷониби Институти миллии саратони ИМА дар солҳои охир бо ҳадафи ошкор кардани саратони барвақт ва ҳатто захмҳои пеш аз саратон пешниҳод шудааст. Он ҳамчун биомаркери нав барои ташхиси барвақти бемориҳои гуногун, аз ҷумла саратони шуш, варамҳои меъдаю рӯда, глиомаҳо ва варамҳои гинекологӣ истифода шудааст.

Пайдоиши платформаҳо барои муайян кардани манзараи метилизатсия (Methylscape) биомаркерҳо имкон дорад, ки скрининги барвақти саратонро ба таври назаррас беҳтар созад ва беморонро дар марҳилаи аввали табобатшаванда гузорад.

Ба наздикӣ, муҳаққиқон як платформаи оддӣ ва мустақими ҳассос барои муайян кардани манзараи метилизатсияро дар асоси нанозарраҳои тиллоии систеамин (Cyst/AuNPs) дар якҷоягӣ бо биосенсори смартфон, ки имкон медиҳад скрининги зуди барвақти доираи васеи варамҳоро таҳия карданд. Скрининги барвақт барои лейкемия метавонад дар давоми 15 дақиқа пас аз истихроҷи ДНК аз намунаи хун бо дақиқии 90,0% анҷом дода шавад. Сарлавҳаи мақола Муайянкунии босуръати ДНК-и саратон дар хуни инсон бо истифода аз AuNP-ҳои дорои систеамин ва смартфони омӯзиши мошинсозӣ мебошад.

Тасвири 1. Платформаи оддии ҳассос ва зуд барои скрининги саратон тавассути ҷузъҳои Cyst/AuNPs метавонад дар ду қадами оддӣ анҷом дода шавад.

Ин дар расми 1 нишон дода шудааст. Аввалан, барои пароканда кардани пораҳои ДНК маҳлули обӣ истифода шуд. Пас аз он кист/AuNPs ба маҳлули омехта илова карда шуданд. ДНК-и муқаррарӣ ва ашаддӣ хосиятҳои гуногуни метилизатсия доранд, ки дар натиҷа порчаҳои ДНК бо шаклҳои гуногуни худмонтажкунӣ ба вуҷуд меоянд. ДНК-и муқаррарӣ ба таври возеҳ ҷамъ мешаванд ва дар ниҳоят Cyst/AuNPҳоро ҷамъ мекунанд, ки дар натиҷа табиати сурх иваз шудани Киста/AuNPҳо мегардад, то тағирёбии рангро аз сурх ба бунафш бо чашми бараҳна мушоҳида кардан мумкин аст. Баръакс, профили беназири метилизатсияи ДНК-и саратон боиси тавлиди кластерҳои калонтари порчаҳои ДНК мегардад.

Тасвирҳои плитаҳои 96-чоҳ бо истифода аз камераи смартфон гирифта шуданд. ДНК-и саратон тавассути смартфоне, ки бо омӯзиши мошинсозӣ муҷаҳҳаз шудааст, дар муқоиса бо усулҳои спектроскопӣ чен карда шуд.

Скрининги саратон дар намунаҳои хуни воқеӣ

Барои васеъ кардани фоидаи платформаи ҳассос, муфаттишон сенсореро истифода бурданд, ки дар намунаҳои воқеии хун ДНК-и муқаррарӣ ва саратонро бомуваффақият фарқ мекунад. Намунаҳои метилизатсия дар сайтҳои CpG ифодаи генро ба таври эпигенетикӣ танзим мекунанд. Тақрибан дар ҳама намудҳои саратон, тағирот дар метилизатсияи ДНК ва ба ин васила дар ифодаи генҳо, ки варамҳои варамро пеш мебаранд, мушоҳида шудааст.

Ҳамчун намуна барои саратонҳои дигари марбут ба метилизатсияи ДНК, муҳаққиқон намунаҳои хуни беморони лейкемия ва назорати солимро барои таҳқиқи самаранокии манзараи метилизатсия дар фарқияти саратони лейкомикӣ истифода бурданд. Ин биомаркери манзараи метилизатсия на танҳо аз усулҳои мавҷудаи скрининги босуръати лейкемия бартарӣ дорад, балки имкони паҳн кардани ташхиси барвақти доираи васеи саратонро бо истифода аз ин таҳлили содда ва содда нишон медиҳад.

ДНК аз намунаҳои хуни 31 бемори лейкемия ва 12 шахси солим таҳлил карда шуд. тавре ки дар нақшаи қуттӣ дар расми 2а нишон дода шудааст, ҷабби нисбии намунаҳои саратон (ΔA650/525) нисбат ба ДНК аз намунаҳои муқаррарӣ камтар буд. Ин асосан аз сабаби баланд шудани гидрофобӣ буд, ки боиси ҷамъшавии зичи ДНК-и саратон гардид, ки ҷамъшавии Cyst/AuNPs-ро пешгирӣ кард. Дар натиҷа, ин нанозарраҳо дар қабатҳои берунии агрегатҳои саратон комилан пароканда шуданд, ки дар натиҷа дисперсияи гуногуни Cyst/AuNPs, ки дар агрегатҳои ДНК муқаррарӣ ва саратон адсорб карда шудаанд, ба вуҷуд омад. Пас аз он хатҳои ROC тавассути тағир додани ҳадди ақал аз арзиши ҳадди ақали ΔA650/525 то арзиши максималӣ тавлид карда шуданд.

Расми 2.(а) Қиматҳои ҷабби нисбии маҳлулҳои кист/AuNPs, ки мавҷудияти ДНК-и муқаррарӣ (кабуд) ва саратонро (сурх) дар шароити оптимизатсияшуда нишон медиҳанд

(DA650/525) қитъаҳои қуттӣ; (б) Таҳлили ROC ва арзёбии санҷишҳои ташхисӣ. (в) Матритсаи нофаҳмиҳо барои ташхиси беморони муқаррарӣ ва саратон. $D) Ҳассосият, хосият, арзиши мусбати пешгӯӣ (PPV), арзиши манфии пешгӯӣ (NPV) ва саҳеҳии усули таҳияшуда.

Тавре ки дар расми 2b нишон дода шудааст, майдони зери хатти ROC (AUC = 0,9274) барои сенсори таҳияшуда ҳассосият ва хосияти баланд нишон дод. Тавре ки аз қитъаи қуттӣ дида мешавад, нуқтаи пасттарин, ки гурӯҳи муқаррарии ДНК-ро ифода мекунад, аз баландтарин нуқтаи намояндагии гурӯҳи ДНК-и саратон хуб ҷудо нашудааст; аз ин рӯ, регрессияи логистикӣ барои фарқ кардани гурӯҳҳои муқаррарӣ ва саратон истифода шуд. Бо назардошти маҷмӯи тағирёбандаҳои мустақил, он эҳтимолияти рух додани ҳодисаро, ба монанди саратон ё гурӯҳи муқаррариро ҳисоб мекунад. Тағйирёбандаи вобаста аз 0 то 1 аст. Бинобар ин натиҷа эҳтимолият аст. Мо эҳтимолияти муайян кардани саратонро (P) дар асоси ΔA650/525 ба таври зерин муайян кардем.

ки дар он b = 5,3533, w1 = -6,965. Барои таснифи намуна, эҳтимолияти камтар аз 0,5 намунаи муқаррариро нишон медиҳад, дар ҳоле ки эҳтимолияти 0,5 ё баландтар намунаи саратонро нишон медиҳад. Тасвири 2c матритсаи нофаҳмиҳоеро, ки аз санҷиши салиб-танҳо тавлид шудааст, тасвир мекунад, ки барои тасдиқи устувории усули таснифот истифода шудааст. Дар расми 2d арзёбии санҷиши ташхисии усул, аз ҷумла ҳассосият, хосият, арзиши пешгӯии мусбат (PPV) ва арзиши манфии пешгӯӣ (NPV) ҷамъбаст карда шудааст.

Биосенсорҳои ба смартфон асосёфта

Барои боз ҳам содда кардани санҷиши намуна бидуни истифодаи спектрофотометрҳо, муҳаққиқон зеҳни сунъиро (AI) барои тафсири ранги маҳлул ва фарқ кардани одамони муқаррарӣ ва саратон истифода бурданд. Бо назардошти ин, биниши компютер барои тарҷума кардани ранги маҳлули Cyst/AuNPs ба ДНК муқаррарӣ (арғувон) ё ДНК-и саратонӣ (сурх) бо истифода аз тасвирҳои плитаҳои 96-чоҳ, ки тавассути камераи телефони мобилӣ гирифта шудааст, истифода шудааст. Зеҳни сунъӣ метавонад хароҷотро коҳиш диҳад ва дастрасиро дар тафсири ранги маҳлулҳои нанозарраҳо ва бидуни истифодаи ҳама гуна лавозимоти смартфони оптикӣ беҳтар созад. Дар ниҳоят, ду модели омӯзиши мошинсозӣ, аз ҷумла Random Forest (RF) ва Support Vector Machine (SVM) барои сохтани моделҳо омӯзонида шуданд. ҳам моделҳои RF ва ҳам SVM намунаҳоро бо дақиқии 90,0% мусбат ва манфӣ тасниф карданд. Ин аз он шаҳодат медиҳад, ки истифодаи зеҳни сунъӣ дар биосенсинг дар асоси телефони мобилӣ комилан имконпазир аст.

Расми 3.(а) Синфи ҳадафи маҳлул, ки ҳангоми омода кардани намуна барои марҳилаи ба даст овардани тасвир сабт шудааст. (б) Намунаи тасвире, ки ҳангоми қадами ба даст овардани тасвир гирифта шудааст. (в) Шиддати ранги маҳлули кист/AuNPs дар ҳар як чоҳи лавҳаи 96-чоҳ, ки аз тасвир гирифта шудааст (б).

Бо истифода аз Cyst/AuNPs, муҳаққиқон бомуваффақият платформаи оддии ҳассосро барои муайян кардани манзараи метилизатсия ва сенсореро таҳия карданд, ки қодиранд ДНК-и муқаррариро аз ДНК-и саратон ҳангоми истифодаи намунаҳои хун барои скрининги лейкемия фарқ кунанд. Сенсори таҳияшуда нишон дод, ки ДНК-и аз намунаҳои воқеии хун истихроҷшуда қодир аст, дар тӯли 15 дақиқа миқдори ками ДНК-и саратонро (3nM) дар беморони лейкемия зуд ва камхарҷ муайян кунад ва дақиқии 95,3% нишон дод. Барои боз ҳам содда кардани санҷиши намуна тавассути рафъи зарурати спектрофотометр, омӯзиши мошинсозӣ барои тафсири ранги маҳлул ва фарқ кардани одамони муқаррарӣ ва саратон бо истифода аз акси телефони мобилӣ истифода шуд ва дақиқӣ низ ба 90,0% ноил шуд.

Маълумотнома: DOI: 10.1039/d2ra05725e