DNK metilleşme synagy smartfonlar bilen utgaşdyrylyp, şişleriň irki barlagy we leýkemiýanyň barlagy üçin 90.0% takyklyk bilen!

Suwuk biopsiýa esasynda rak keselini irki anyklamak, soňky ýyllarda ABŞ-nyň Milli Rak Keselleri Instituty tarapyndan teklip edilen rak keselini anyklamak we diagnoz goýmakda täze ugur bolup, onuň maksady irki rak keselini ýa-da hatda rakdan öňki zeperlenmeleri anyklamakdyr. Ol öýken raky, aşgazan-içege şişleri, gliomalar we ginekologik şişler ýaly dürli howply täze keselleri irki anyklamak üçin täze biomarker hökmünde giňden ulanylýar.

Metilleşme landşaftynyň (Methylscape) biomarkerlerini kesgitlemek üçin platformalaryň peýda bolmagy, rak keseliniň irki barlaglaryny düýpli gowulandyrmaga we hassalary iň irki bejeriş tapgyryna goýmaga mümkinçilik berýär.

Ýakynda ylmy işgärler sisteamin bilen bezelen altyn nanopartikullaryna (Kist/AuNP) esaslanýan metilasiýa landşaftyny anyklamak üçin ýönekeý we gönüden-göni duýujy platforma işläp düzdüler, bu bolsa dürli şişleriň çalt irki barlagyny üpjün edýän smartfon esasyndaky biosensor bilen utgaşdyryldy. Leýkemiýanyň irki barlagy gan nusgasyndan DNK alnandan soň 15 minut içinde, 90,0% takyklyk bilen geçirilip bilner. Makalanyň ady: Sisteamin bilen örtülen AuNP-leri we maşyn öwrenmegi mümkin bolan smartfony ulanyp, adam ganyndaky rak DNK-ny çalt anyklamak.

1-nji surat. Cyst/AuNPs komponentleri arkaly rak keselini barlamak üçin ýönekeý we çalt duýujy platforma iki ýönekeý ädimde amala aşyrylyp bilner.

Bu 1-nji suratda görkezilen. Ilki bilen, DNK böleklerini eretmek üçin suwly ergin ulanyldy. Soňra garyşyk ergine kista/auNP goşuldy. Adaty we zyýanly DNK-nyň metilleşme häsiýetleri dürli bolup, öz-özünden ýygnanma görnüşleri dürli bolan DNK bölekleri emele gelýär. Adaty DNK gowşak agregasiýa edýär we ahyrsoňy kista/auNP-leri agregasiýa edýär, bu bolsa kista/auNP-leriň gyzyl süýşme tebigatyna getirýär, şonuň üçin reňkiň gyzyldan gyrmyzy reňke üýtgemegini ýalaňaç göz bilen synlap bolýar. Tersine, rak DNK-synyň özboluşly metilleşme profili DNK bölekleriniň has uly klasterleriniň öndürilmegine getirýär.

96 guýulyk plastinkalaryň suratlary smartfon kamerasy arkaly düşürildi. Rak DNK-sy spektroskopiýa esasly usullar bilen deňeşdirilip, maşyn öwrenmesi bilen enjamlaşdyrylan smartfon arkaly ölçeldi.

Hakyky gan nusgalarynda rak barlagy

Duýgur platformasynyň peýdasyny giňeltmek üçin, derňewçiler hakyky gan nusgalarynda kadaly we rak DNK-ny tapawutlandyrýan sensory ulandylar. CpG ýerlerinde metilleşme nusgalary epigenetik taýdan gen ekspresiýasyny düzgünleşdirýär. Rak görnüşleriniň diýen ýaly ählisinde DNK metilleşmesinde we şonuň üçin şiş döremegine ýardam berýän genleriň ekspresiýasynda üýtgeşmeleriň üýtgeýändigi syn edildi.

DNK metilleşmesi bilen baglanyşykly beýleki rak keselleri üçin nusga hökmünde, barlagçylar leýkemiýa keselinden ejir çekýän hassalaryň we sagdyn gözegçilik toparynyň gan nusgalaryny ulanyp, metilleşme landşaftynyň leýkemiýa rak keselini tapawutlandyrmakdaky netijeliligini öwrendiler. Bu metilleşme landşaft biomarkeri diňe bir bar bolan çalt leýkemiýa barlag usullaryndan has gowy netije bermän, eýsem bu ýönekeý we düşnükli synagy ulanyp, dürli rak kesellerini irki anyklamak mümkinçiligini hem görkezýär.

31 leýkemiýa hassasynyň we 12 sagdyn adamyň gan nusgalaryndan alnan DNK seljerildi. 2a-njy suratdaky gutu diagrammasynda görkezilişi ýaly, rak nusgalarynyň deňeşdirme siňdirilişi (ΔA650/525) adaty nusgalardaky DNK-dan pes boldy. Bu, esasan, rak DNK-synyň dykyz agregasiýasyna getirýän gidrofoblygyň ýokarlanmagy bilen baglanyşyklydy, bu bolsa Kist/AuNP-leriň agregasiýasynyň öňüni aldy. Netijede, bu nanopartikullar rak agregatlarynyň daşky gatlaklarynda doly dargady, bu bolsa adaty we rak DNK agregatlarynda adsorbsiýa edilen Kist/AuNP-leriň dürli dispersiýasyna getirdi. Soňra ROC egrileri bosaga ΔA650/525 minimal gymmatyndan maksimum gymmata çenli üýtgedilip döredildi.

2-nji surat.(a) Optimallaşdyrylan şertlerde kadaly (gök) we rak (gyzyl) DNK-nyň bardygyny görkezýän kista/AuNP erginleriniň deňeşdirilen siňdiriş gymmatlyklary

(DA650/525) gutu diagrammalarynyň; (b) ROC analizi we diagnostika synaglarynyň bahalandyrylmagy. (c) Sagdyn we rak keselinden ejir çekýän hassalaryň diagnozyny goýmak üçin bulaşyklyk matrisasy. (d) Duýgurlyk, spesifiklik, oňyn çaklama gymmaty (PPV), negatiw çaklama gymmaty (NPV) we işlenip düzülen usulyň takyklygy.

2b-nji suratda görkezilişi ýaly, işlenip düzülen sensor üçin alnan ROC egrisiniň aşagyndaky meýdan (AUC = 0.9274) ýokary duýgurlygy we aýratynlygy görkezdi. Guty diagrammasyndan görnüşi ýaly, kadaly DNK toparyny görkezýän iň pes nokat rak DNK toparyny görkezýän iň ýokary nokatdan gowy bölünenok; şonuň üçin kadaly we rak toparlaryny tapawutlandyrmak üçin logistik regressiýa ulanyldy. Garaşsyz üýtgeýänleriň toplumy berlende, rak ýa-da kadaly topar ýaly wakanyň bolmagynyň ähtimallygyny çaklaýar. Garaşly üýtgeýän 0 bilen 1 aralygynda üýtgeýär. Şonuň üçin netije ähtimallykdyr. Rak keseliniň anyklanmagynyň ähtimallygyny (P) ΔA650/525 esasynda aşakdaky ýaly kesgitledik.

bu ýerde b=5.3533,w1=-6.965. Nusga klassifikasiýa üçin 0.5-den az ähtimallyk kadaly nusgany, 0.5 ýa-da ondan ýokary ähtimallyk bolsa rak nusgasyny görkezýär. 2c suratda klassifikasiýa usulynyň durnuklylygyny barlamak üçin ulanylan, özbaşyna goýlan özara barlagdan dörän bulaşyklyk matrisasy görkezilýär. 2d suratda usulyň diagnostika synagynyň bahalandyrylyşy, şol sanda duýgurlyk, spesifiklik, oňyn çaklama gymmaty (PPV) we negatiw çaklama gymmaty (NPV) jemlenendir.

Smartfon esasly biosensorlar

Spektrofotometrleri ulanmazdan nusga synagyny has-da ýeňilleşdirmek üçin, barlagçylar erginiň reňkini düşündirmek we kadaly we rak keselli adamlary tapawutlandyrmak üçin emeli intellektden (EI) peýdalandylar. Şuny göz öňünde tutup, kompýuter görmesi arkaly Cyst/AuNPs erginiň reňkini mobil telefon kamerasy arkaly düşürilen 96 guýulyk plastinkalaryň suratlary ulanylyp, kadaly DNK-a (benewşe) ýa-da rak keselli DNK-a (gyzyl) öwürmek üçin ulanyldy. Emeli intellekt nanopartikul erginiň reňkini düşündirmekde çykdajylary azaldyp we elýeterliligi gowulandyryp biler, şeýle hem smartfonyň optiki enjamlaryny ulanmazdan. Ahyrsoňy, Random Forest (RF) we Support Vector Machine (SVM) ýaly iki sany maşyn öwrenme modeli modelleri gurmak üçin öwredildi. RF we SVM modelleriniň ikisi hem nusgalary 90,0% takyklyk bilen oňyn we negatiw diýip dogry klassifikasiýa etdiler. Bu bolsa emeli intellektiň mobil telefon esasynda biosensingde ulanylmagynyň mümkindigini görkezýär.

3-nji surat.(a) Surat almak tapgyry üçin nusgany taýýarlamak wagtynda ýazylan erginiň nyşana klasy. (b) Surat almak tapgyry wagtynda alnan mysal surat. (c) Suratdan çykarylan 96 guýulyk plastinkanyň her guýusyndaky kist/AuNPs erginiň reňk intensiwligi (b).

Cyst/AuNP-leri ulanyp, ylmy işgärler metilasiýa landşaftyny anyklamak üçin ýönekeý duýujy platformany we leýkemiýa barlagy üçin hakyky gan nusgalaryny ulananda adaty DNK-ny rak DNK-syndan tapawutlandyryp bilýän sensory üstünlikli işläp düzdüler. Işlenip düzülen sensor hakyky gan nusgalaryndan alynýan DNK-nyň leýkemiýa hassalarynda az mukdarda rak DNK-ny (3nM) 15 minutda çalt we tygşytly anyklap bilýändigini we 95,3% takyklyk görkezýändigini görkezdi. Spektrofotometre zerurlygy aradan aýyrmak arkaly nusga barlagyny has-da ýeňilleşdirmek üçin, erginiň reňkini düşündirmek we mobil telefon suraty arkaly adaty we rak keselli adamlary tapawutlandyrmak üçin maşyn öwrenmesi ulanyldy we takyklyk 90,0% -e ýetildi.

Salgylanma: DOI: 10.1039/d2ra05725e