Санҷиши метилизатсияи ДНК дар якҷоягӣ бо смартфонҳо барои ташхиси барвақти варамҳо ва ташхиси лейкемия бо дақиқии 90.0%!

Муайян кардани барвақти саратон дар асоси биопсияи моеъ самти нави муайян ва ташхиси саратон мебошад, ки аз ҷониби Институти миллии саратоншиносии ИМА дар солҳои охир пешниҳод шудааст ва ҳадафи он муайян кардани саратони барвақт ё ҳатто захмҳои пеш аз саратон мебошад. Он ба таври васеъ ҳамчун биомаркери нав барои ташхиси барвақти навъҳои бадсифат, аз ҷумла саратони шуш, варамҳои меъдаву рӯда, глиома ва варамҳои гинекологӣ истифода мешавад.

Пайдоиши платформаҳо барои муайян кардани биомаркерҳои метилизатсияи ландшафт (Methylscape) метавонад скрининги барвақтии мавҷударо барои саратон ба таври назаррас беҳтар созад ва беморонро дар марҳилаи аввали табобатшаванда қарор диҳад.

Ба наздикӣ, муҳаққиқон як платформаи сенсории оддӣ ва мустақимро барои муайян кардани манзараи метилизатсия дар асоси нанозарраҳои тиллоии орододашудаи систамин (Cyst/AuNPs) дар якҷоягӣ бо биосенсори дар асоси смартфонҳо мавҷудбуда таҳия карданд, ки имкон медиҳад, ки зуд ташхиси барвақти доираи васеи варамҳо анҷом дода шавад. Скрининги барвақти лейкемияро дар давоми 15 дақиқа пас аз истихроҷи ДНК аз намунаи хун бо дақиқии 90.0% анҷом додан мумкин аст. Унвони мақола Муайян кардани зуди ДНК-и саратон дар хуни инсон бо истифода аз AuNPs, ки бо систамин пӯшонида шудааст ва смартфони дорои омӯзиши мошинӣ мебошад.

Расми 1. Платформаи содда ва зуди сенсорӣ барои скрининги саратон тавассути ҷузъҳои Cyst/AuNPs метавонад дар ду қадами оддӣ анҷом дода шавад.

Ин дар расми 1 нишон дода шудааст. Аввалан, барои ҳал кардани пораҳои ДНК маҳлули обӣ истифода шуд. Сипас, киста/AuNP-ҳо ба маҳлули омехта илова карда шуданд. ДНК-и муқаррарӣ ва бадсифат хосиятҳои гуногуни метилизатсия доранд, ки дар натиҷа пораҳои ДНК бо нақшҳои гуногуни худҷамъшавӣ ба вуҷуд меоянд. ДНК-и муқаррарӣ суст ҷамъ мешавад ва дар ниҳоят киста/AuNP-ҳоро ҷамъ мекунад, ки боиси хусусияти сурхгардии киста/AuNP-ҳо мегардад, то ки тағирёбии ранг аз сурх ба арғувонӣ бо чашми бараҳна мушоҳида карда шавад. Баръакс, профили беназири метилизатсияи ДНК-и саратон боиси пайдоиши кластерҳои калонтари пораҳои ДНК мегардад.

Тасвирҳои пластинаҳои 96-чоҳӣ бо истифода аз камераи смартфон гирифта шуданд. ДНК-и саратон бо истифода аз смартфони муҷаҳҳаз бо омӯзиши мошинӣ дар муқоиса бо усулҳои спектроскопия чен карда шуд.

Ташхиси саратон дар намунаҳои хуни воқеӣ

Барои васеъ кардани фоиданокии платформаи сенсорӣ, муҳаққиқон сенсореро истифода бурданд, ки бомуваффақият байни ДНК-и муқаррарӣ ва саратонӣ дар намунаҳои воқеии хун фарқ мегузошт. Нақшҳои метилизатсия дар ҷойҳои CpG ифодаи генро ба таври эпигенетикӣ танзим мекунанд. Қариб дар ҳама намудҳои саратон, тағйирот дар метилизатсияи ДНК ва аз ин рӯ дар ифодаи генҳое, ки пайдоиши варамро мусоидат мекунанд, мушоҳида шудаанд.

Ҳамчун модел барои дигар саратонҳое, ки бо метилизатсияи ДНК алоқаманданд, муҳаққиқон намунаҳои хунро аз беморони лейкемия ва гурӯҳи солим барои таҳқиқи самаранокии манзараи метилизатсия дар фарқ кардани саратони лейкемия истифода бурданд. Ин биомаркери манзараи метилизатсия на танҳо аз усулҳои мавҷудаи скрининги босуръати лейкемия бартарӣ дорад, балки инчунин имконпазирии васеъ кардани ташхиси барвақтии доираи васеи саратонро бо истифода аз ин таҳлили оддӣ ва содда нишон медиҳад.

ДНК аз намунаҳои хуни 31 бемори гирифтори лейкемия ва 12 шахси солим таҳлил карда шуд. Тавре ки дар диаграммаи қуттӣ дар расми 2a нишон дода шудааст, ҷабби нисбии намунаҳои саратон (ΔA650/525) нисбат ба ДНК аз намунаҳои муқаррарӣ пасттар буд. Ин асосан аз сабаби афзоиши гидрофобӣ буд, ки боиси ҷамъшавии зичи ДНК-и саратон гардид, ки аз ҷамъшавии Cyst/AuNP-ҳо пешгирӣ кард. Дар натиҷа, ин нанозарраҳо дар қабатҳои берунии агрегатҳои саратон пурра пароканда шуданд, ки боиси паҳншавии гуногуни Cyst/AuNP-ҳо гардид, ки дар агрегатҳои ДНК-и муқаррарӣ ва саратонӣ адсорбсия карда шуданд. Сипас, каҷҳои ROC бо тағир додани остона аз арзиши ҳадди ақали ΔA650/525 то арзиши максималӣ тавлид карда шуданд.

Расми 2.(а) Арзишҳои нисбии ҷабби маҳлулҳои киста/AuNP, ки мавҷудияти ДНК-и муқаррарӣ (кабуд) ва саратонӣ (сурх)-ро дар шароити оптимизатсияшуда нишон медиҳанд.

(DA650/525) графикҳои қуттӣ; (б) Таҳлили ROC ва арзёбии санҷишҳои ташхисӣ. (в) Матритсаи нофаҳмиҳо барои ташхиси беморони солим ва саратонӣ. (г) Ҳассосият, мушаххасӣ, арзиши пешгӯии мусбат (PPV), арзиши пешгӯии манфӣ (NPV) ва дақиқии усули таҳияшуда.

Тавре ки дар расми 2b нишон дода шудааст, масоҳати зери каҷи ROC (AUC = 0.9274), ки барои сенсори таҳияшуда ба даст оварда шудааст, ҳассосият ва хосияти баландро нишон дод. Тавре ки аз диаграммаи қуттӣ дида мешавад, нуқтаи пасттарин, ки гурӯҳи ДНК-и муқаррариро ифода мекунад, аз нуқтаи баландтарин, ки гурӯҳи ДНК-и саратонро ифода мекунад, хуб ҷудо нашудааст; аз ин рӯ, регрессияи логистикӣ барои фарқ кардани гурӯҳҳои муқаррарӣ ва саратон истифода шудааст. Бо назардошти маҷмӯи тағирёбандаҳои мустақил, он эҳтимолияти рух додани ҳодисаро, ба монанди саратон ё гурӯҳи муқаррариро, тахмин мекунад. Тағирёбандаи вобаста аз 0 то 1 аст. Аз ин рӯ, натиҷа эҳтимолият аст. Мо эҳтимолияти муайян кардани саратонро (P) дар асоси ΔA650/525 чунин муайян кардем.

ки дар он b=5.3533,w1=-6.965. Барои таснифоти намуна, эҳтимолияти камтар аз 0.5 намунаи муқаррариро нишон медиҳад, дар ҳоле ки эҳтимолияти 0.5 ё бештар аз он намунаи саратонро нишон медиҳад. Расми 2c матритсаи нофаҳмиеро нишон медиҳад, ки аз санҷиши салибӣ ба вуҷуд омадааст, ки барои тасдиқи устувории усули таснифот истифода шудааст. Расми 2d арзёбии санҷиши ташхисии усулро, аз ҷумла ҳассосият, мушаххасӣ, арзиши пешгӯии мусбат (PPV) ва арзиши пешгӯии манфӣ (NPV) ҷамъбаст мекунад.

Биосенсорҳои дар смартфонҳо асосёфта

Барои содда кардани санҷиши намунаҳо бе истифодаи спектрофотометрҳо, муҳаққиқон аз зеҳни сунъӣ (AI) барои тафсири ранги маҳлул ва фарқ кардани шахсони солим ва саратонӣ истифода бурданд. Бо назардошти ин, биниши компютерӣ барои тарҷумаи ранги маҳлули Cyst/AuNPs ба ДНК-и муқаррарӣ (арғувонӣ) ё ДНК-и саратонӣ (сурх) бо истифода аз тасвирҳои лавҳаҳои 96-чоҳӣ, ки тавассути камераи телефони мобилӣ гирифта шудаанд, истифода шуд. Зеҳни сунъӣ метавонад хароҷотро кам кунад ва дастрасиро дар тафсири ранги маҳлулҳои нанозарраҳо ва бидуни истифодаи ягон лавозимоти сахтафзори оптикии смартфон беҳтар созад. Ниҳоят, ду модели омӯзиши мошинӣ, 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% дуруст ҳамчун мусбат ва манфӣ тасниф карданд. Ин нишон медиҳад, ки истифодаи зеҳни сунъӣ дар биосенсорӣ дар асоси телефонҳои мобилӣ хеле имконпазир аст.

Расми 3.(а) Синфи ҳадафи маҳлул, ки ҳангоми омода кардани намуна барои марҳилаи гирифтани тасвир сабт шудааст. (б) Намунаи тасвир, ки ҳангоми марҳилаи гирифтани тасвир гирифта шудааст. (в) Шиддати ранги маҳлули кист/AuNPs дар ҳар як чоҳи пластинаи 96-чоҳӣ, ки аз тасвир гирифта шудааст (б).

Бо истифода аз Cyst/AuNPs, муҳаққиқон бомуваффақият як платформаи оддии сенсориро барои муайян кардани манзараи метилизатсия ва сенсореро таҳия карданд, ки қодир аст ДНК-и муқаррариро аз ДНК-и саратон ҳангоми истифодаи намунаҳои воқеии хун барои скрининги лейкемия фарқ кунад. Сенсори таҳияшуда нишон дод, ки ДНК-и аз намунаҳои воқеии хун гирифташуда тавонист миқдори ками ДНК-и саратонро (3nM) дар беморони гирифтори лейкемия дар тӯли 15 дақиқа зуд ва бо нархи кам муайян кунад ва дақиқии 95,3% -ро нишон дод. Барои содда кардани санҷиши намуна тавассути аз байн бурдани ниёз ба спектрофотометр, омӯзиши мошинӣ барои тафсири ранги маҳлул ва фарқ кардани шахсони муқаррарӣ ва саратонӣ бо истифода аз акси телефони мобилӣ истифода шуд ва дақиқӣ низ дар 90,0% ба даст оварда шуд.

Маълумотнома: DOI: 10.1039/d2ra05725e