Шешләрне иртә скрининглау һәм лейкемия скринингы өчен смартфоннар белән берлектә ДНК метилляция тесты 90,0% төгәллек белән!

Сыек биопсия нигезендә яман шешне иртә ачыклау - АКШ Милли Онкология Институты тарафыннан соңгы елларда тәкъдим ителгән яман шешне ачыклау һәм диагностикалауның яңа юнәлеше, аның максаты - яман шешне иртә яки хәтта яман шеш алды авыруларын ачыклау. Ул төрле яман шешләрне, шул исәптән үпкә яман шешен, ашказаны-эчәк шешләрен, глиомаларны һәм гинекологик шешләрне иртә диагностикалау өчен яңа биомаркер буларак киң кулланыла.

Метилизация ландшафтын (Methylscape) ачыклау өчен платформаларның барлыкка килүе яман шешне иртә скрининглауны сизелерлек яхшырту мөмкинлегенә ия, пациентларны иң иртә дәвалау стадиясенә җиткерә.

Күптән түгел тикшеренүчеләр цистеамин белән бизәлгән алтын нанокисәкчәләренә (Cyst/AuNPs) нигезләнгән метиллашу ландшафтын ачыклау өчен гади һәм турыдан-туры сизү платформасын смартфон нигезендәге биосенсор белән берләштерделәр, ул төрле шешләрне тиз арада иртә скрининглау мөмкинлеген бирә. Лейкемияне иртә скрининглау кан үрнәгеннән ДНК алынганнан соң 15 минут эчендә, 90,0% төгәллек белән башкарылырга мөмкин. Мәкалә исеме - Цистеамин белән капланган AuNPs һәм машина белән өйрәнү мөмкинлеге булган смартфон ярдәмендә кеше канындагы яман шеш ДНКсын тиз ачыклау.

1 нче рәсем. Cyst/AuNPs компонентлары аша яман шешне тикшерү өчен гади һәм тиз сенсор платформасын ике гади адымда эшләп була.

Бу 1 нче рәсемдә күрсәтелгән. Башта ДНК фрагментларын эретү өчен сулы эремә кулланылды. Аннары катнаш эремәгә киста/AuNP өстәлде. Нормаль һәм яман шешле ДНК төрле метиллашу үзлекләренә ия, нәтиҗәдә төрле үз-үзен җыю үрнәкләре белән ДНК фрагментлары барлыкка килә. Нормаль ДНК йомшак агрегацияләнә һәм ахыр чиктә киста/AuNP агрегацияләнә, бу киста/AuNPларның кызылга күчү характерына китерә, шуңа күрә төснең кызылдан шәмәхә төскә үзгәрүен ялангач күз белән күзәтергә мөмкин. Киресенчә, яман шеш ДНКсының уникаль метиллашу профиле ДНК фрагментларының зуррак кластерлары барлыкка килүенә китерә.

96 коелы пластиналарның рәсемнәре смартфон камерасы ярдәмендә төшерелгән. Рак ДНКсы спектроскопиягә нигезләнгән ысуллар белән чагыштырылып, машина белән өйрәнү мөмкинлеге булган смартфон ярдәмендә үлчәнгән.

Чын кан үрнәкләрендә яман шеш скринингы

Сенсор платформасының файдалылыгын киңәйтү өчен, тикшерүчеләр чын кан үрнәкләрендә нормаль һәм яман шеш ДНКсын уңышлы аера торган сенсор кулландылар. CpG урыннарындагы метиллашу үрнәкләре ген экспрессиясен эпигенетик яктан көйли. Барлык яман шеш төрләрендә диярлек ДНК метиллашуындагы үзгәрешләр һәм шулай итеп шеш барлыкка килүне стимуллаштыручы геннар экспрессиясендә чиратлашып тору күзәтелде.

ДНК метиллашуы белән бәйле башка яман шеш авырулары өчен модель буларак, тикшеренүчеләр лейкемия белән авыручыларның һәм сәламәт контроль төркемнең кан үрнәкләрен кулланып, метиллашу ландшафтының лейкемик яман шешләрне аерудагы нәтиҗәлелеген тикшерделәр. Бу метиллашу ландшафт биомаркеры лейкемияне тиз арада тикшерү ысулларыннан гына түгел, ә бу гади һәм аңлаешлы анализ ярдәмендә төрле яман шеш авыруларын иртә ачыклау мөмкинлеген дә күрсәтә.

31 лейкемия белән авыручы һәм 12 сәламәт кешенең кан үрнәкләреннән алынган ДНК анализланды. 2a рәсемдәге рамка диаграммасында күрсәтелгәнчә, яман шеш үрнәкләренең чагыштырмача сеңүчәнлеге (ΔA650/525) гадәти үрнәкләрдән алынган ДНКга караганда түбәнрәк булган. Бу, нигездә, яман шеш ДНКсының тыгыз агрегациясенә китерә торган гидрофоблыкның артуы белән бәйле, бу киста/AuNP агрегациясен булдырмый. Нәтиҗәдә, бу нанокисәкчәләр яман шеш агрегатларының тышкы катламнарында тулысынча таралган, бу исә нормаль һәм яман шеш ДНК агрегатларында адсорбцияләнгән киста/AuNPларның төрле дисперсиясенә китергән. Аннары ROC кәкреләре бусаганы ΔA650/525 минималь кыйммәтеннән максималь кыйммәткә үзгәртү юлы белән булдырылган.

2 нче рәсем.(а) Оптимальләштерелгән шартларда нормаль (зәңгәр) һәм яман шеш (кызыл) ДНК булуын күрсәтүче киста/AuNPs эремәләренең чагыштырма абсорбция кыйммәтләре.

(DA650/525) рамка графиклары; (b) ROC анализы һәм диагностик тестларны бәяләү. (c) Гадәти һәм яман шеш авырулы пациентларны диагностикалау өчен буталчыклык матрицасы. (d) Эшләнгән ысулның сизгерлеге, спецификлыгы, уңай фаразлау кыйммәте (PPV), тискәре фаразлау кыйммәте (NPV) һәм төгәллеге.

2b рәсемдә күрсәтелгәнчә, эшләнгән сенсор өчен алынган ROC кәкресе астындагы мәйдан (AUC = 0.9274) югары сизгерлек һәм спецификлык күрсәтте. Картографиядән күренгәнчә, нормаль ДНК төркемен күрсәтүче иң түбән нокта яман шеш ДНК төркемен күрсәтүче иң югары ноктадан яхшы аерылмаган; шуңа күрә нормаль һәм яман шеш төркемнәрен аеру өчен логистик регрессия кулланылды. Бәйсез үзгәрүчәннәр җыелмасы бирелгәнлектән, ул яман шеш яки нормаль төркем кебек вакыйганың булу ихтималын бәяли. Бәйле үзгәрүчән 0 һәм 1 арасында була. Шуңа күрә нәтиҗә ихтималлык була. Без яман шешне ачыклау ихтималын (P) ΔA650/525 нигезендә түбәндәгечә билгеләдек.

монда b=5.3533,w1=-6.965. Үрнәк классификациясе өчен, 0,5 тан кимрәк ихтималлык нормаль үрнәкне күрсәтә, ә 0,5 яки аннан югарырак ихтималлык яман шеш үрнәген күрсәтә. 2c рәсемдә классификация ысулының тотрыклылыгын раслау өчен кулланылган, аерым тикшерү нәтиҗәсендә барлыкка килгән буталчыклык матрицасы күрсәтелгән. 2d рәсемдә ысулның диагностик тест бәяләмәсе, шул исәптән сизгерлек, спецификлык, уңай фаразлау кыйммәте (PPV) һәм тискәре фаразлау кыйммәте (NPV) гомумиләштерелгән.

Смартфонга нигезләнгән биосенсорлар

Спектрофотометрлар кулланмыйча үрнәкләрне тикшерүне тагын да гадиләштерү өчен, тикшеренүчеләр ясалма интеллект (ЯИ) ярдәмендә эремәнең төсен аңладылар һәм нормаль һәм яман шешле кешеләрне аердылар. Шуңа күрә, компьютер күрүе ярдәмендә Cyst/AuNPs эремәсенең төсен мобиль телефон камерасы аша төшерелгән 96 коелы пластиналарның рәсемнәре ярдәмендә нормаль ДНКга (шәмәхә төс) яки яман шешле ДНКга (кызыл) әйләндерде. Ясалма интеллект нанокисәкчәләр эремәләренең төсен аңлатуда чыгымнарны киметә һәм мөмкинлекләрне яхшырта ала, һәм бернинди оптик аппарат смартфон аксессуарларын кулланмыйча. Ниһаять, модельләрне төзү өчен ике машина белән өйрәнү моделе, шул исәптән Random Forest (RF) һәм Support Vector Machine (SVM) өйрәтелде. RF һәм SVM модельләре дә үрнәкләрне 90,0% төгәллек белән уңай һәм тискәре дип дөрес классификацияләделәр. Бу ясалма интеллектны мобиль телефон нигезендәге биосенсорлауда куллану бик мөмкин икәнен күрсәтә.

3 нче рәсем.(а) Рәсем алу этабы өчен үрнәк әзерләү вакытында теркәлгән эремәнең максатчан классы. (б) Рәсем алу этабында төшерелгән рәсем үрнәге. (в) Рәсемнән алынган 96 чокырлы пластинаның һәр чокырында киста/AuNPs эремәсенең төс интенсивлыгы (б).

Cyst/AuNP кулланып, тикшеренүчеләр метиллашу ландшафтын ачыклау өчен гади сенсор платформасын һәм лейкемия скринингы өчен чын кан үрнәкләрен кулланганда нормаль ДНКны яман шеш ДНКсыннан аера алырлык сенсорны уңышлы эшләделәр. Эшләнгән сенсор чын кан үрнәкләреннән алынган ДНКның лейкемия белән авыручыларда аз күләмдә яман шеш ДНКсын (3nM) 15 минут эчендә тиз һәм экономияле рәвештә ачыклый алуын һәм 95,3% төгәллек күрсәтүен күрсәтте. Спектрофотометрга ихтыяҗны бетерү юлы белән үрнәкләрне тикшерүне тагын да гадиләштерү өчен, эремәнең төсен аңлату һәм мобиль телефон фотосурәте ярдәмендә нормаль һәм яман шешле кешеләрне аеру өчен машина белән өйрәнү кулланылды, һәм төгәллеккә дә 90,0% ирешелде.

Сылтама: DOI: 10.1039/d2ra05725e