Upimaji wa methylation ya DNA pamoja na smartphones za uchunguzi wa mapema wa tumors na uchunguzi wa leukemia na usahihi wa 90.0%!

Ugunduzi wa saratani ya mapema kulingana na biopsy ya kioevu ni mwelekeo mpya wa kugundua saratani na utambuzi uliopendekezwa na Taasisi ya Saratani ya Kitaifa ya Amerika katika miaka ya hivi karibuni, kwa lengo la kugundua saratani ya mapema au vidonda vya asili. Imekuwa ikitumika sana kama riwaya ya riwaya kwa utambuzi wa mapema wa malignancies anuwai, pamoja na saratani ya mapafu, tumors za utumbo, gliomas na tumors za ugonjwa wa uzazi.

Kuibuka kwa majukwaa kutambua biomarkers ya methylation (methylscape) ina uwezo wa kuboresha sana uchunguzi wa mapema wa saratani, kuweka wagonjwa katika hatua ya mapema inayoweza kutibiwa.

Hivi majuzi, watafiti wameunda jukwaa rahisi na la moja kwa moja la kugundua methylation ya mazingira kulingana na cysteamine iliyopambwa nanoparticles (cyst/auNPs) pamoja na biosensor inayotokana na smartphone ambayo inawezesha uchunguzi wa haraka wa mapema wa tumors. Uchunguzi wa mapema wa leukemia unaweza kufanywa ndani ya dakika 15 baada ya uchimbaji wa DNA kutoka kwa sampuli ya damu, na usahihi wa 90.0%. Kichwa cha Kifungu ni kugundua haraka DNA ya saratani katika damu ya binadamu kwa kutumia cysteamine-capped AuNPs na mashine ya kujifunza iliyowezeshwa na mashine。

Kielelezo 1. Jukwaa rahisi na la haraka la uchunguzi wa saratani kupitia vifaa vya Cyst/AuNPs yanaweza kutekelezwa katika hatua mbili rahisi.

Hii inaonyeshwa kwenye Mchoro 1. Kwanza, suluhisho la maji lilitumiwa kufuta vipande vya DNA. Cyst/AuNPs basi ziliongezwa kwenye suluhisho iliyochanganywa. DNA ya kawaida na mbaya ina mali tofauti za methylation, na kusababisha vipande vya DNA na mifumo tofauti ya mkutano wa kibinafsi. DNA ya kawaida hujumuisha kwa urahisi na hatimaye huongeza cyst/auNPs, ambayo husababisha asili nyekundu ya cyst/auNPs, ili mabadiliko ya rangi kutoka nyekundu hadi zambarau yaweze kuzingatiwa na jicho uchi. Kwa kulinganisha, wasifu wa kipekee wa methylation ya DNA ya saratani husababisha utengenezaji wa vikundi vikubwa vya vipande vya DNA.

Picha za sahani 96-zilichukuliwa kwa kutumia kamera ya smartphone. DNA ya saratani ilipimwa na smartphone iliyo na kujifunza kwa mashine ikilinganishwa na njia za msingi wa kutazama.

Uchunguzi wa saratani katika sampuli halisi za damu

Ili kupanua matumizi ya jukwaa la kuhisi, wachunguzi walitumia sensor ambayo ilifanikiwa kutofautisha kati ya DNA ya kawaida na ya saratani katika sampuli halisi za damu. Mifumo ya methylation katika tovuti za CPG epigenetically inasimamia usemi wa jeni. Karibu katika aina zote za saratani, mabadiliko katika methylation ya DNA na kwa hivyo katika usemi wa jeni ambao unakuza tumourigeneis umezingatiwa kuwa mbadala.

Kama mfano wa saratani zingine zinazohusiana na methylation ya DNA, watafiti walitumia sampuli za damu kutoka kwa wagonjwa wa leukemia na udhibiti wa afya kuchunguza ufanisi wa mazingira ya methylation katika kutofautisha saratani za leukaemic. Mazingira haya ya methylation biomarker sio tu inazidisha njia za uchunguzi wa leukemia za haraka, lakini pia inaonyesha uwezekano wa kupanua kugundua mapema ya saratani nyingi kwa kutumia assay hii rahisi na moja kwa moja.

DNA kutoka kwa sampuli za damu kutoka kwa wagonjwa 31 wa leukemia na watu 12 wenye afya walichambuliwa. Kama inavyoonyeshwa kwenye njama ya sanduku kwenye Kielelezo 2A, kunyonya kwa sampuli za saratani (ΔA650/525) ilikuwa chini kuliko ile ya DNA kutoka kwa sampuli za kawaida. Hii ilitokana na hydrophobicity iliyoimarishwa inayoongoza kwa mkusanyiko mnene wa DNA ya saratani, ambayo ilizuia mkusanyiko wa cyst/auNPs. Kama matokeo, nanoparticles hizi zilitawanywa kabisa katika tabaka za nje za saratani ya saratani, ambayo ilisababisha utawanyiko tofauti wa cyst/AuNPs adsorbed kwenye hesabu za kawaida na za saratani za DNA. Curves za ROC zilitolewa kwa kutofautisha kizingiti kutoka kwa kiwango cha chini cha ΔA650/525 hadi thamani kubwa.

Kielelezo 2. (a) Thamani za kunyonya za jamaa za suluhisho za cyst/AuNPs zinazoonyesha uwepo wa kawaida (bluu) na saratani (nyekundu) DNA chini ya hali iliyoboreshwa

(DA650/525) ya viwanja vya sanduku; (b) Uchambuzi wa ROC na tathmini ya vipimo vya utambuzi. (C) Matrix ya machafuko kwa utambuzi wa wagonjwa wa kawaida na saratani. (d) Usikivu, maalum, thamani nzuri ya utabiri (PPV), thamani hasi ya utabiri (NPV) na usahihi wa njia iliyotengenezwa.

Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2B, eneo lililo chini ya Curve ya ROC (AUC = 0.9274) iliyopatikana kwa sensor iliyoandaliwa ilionyesha unyeti wa hali ya juu na maalum. Kama inavyoonekana kutoka kwa njama ya sanduku, hatua ya chini kabisa inayowakilisha kikundi cha kawaida cha DNA haijatengwa vizuri kutoka kwa kiwango cha juu zaidi kinachowakilisha kikundi cha saratani ya DNA; Kwa hivyo, kumbukumbu ya vifaa ilitumiwa kutofautisha kati ya vikundi vya kawaida na vya saratani. Kwa kuzingatia seti ya vigezo vya kujitegemea, inakadiria uwezekano wa tukio kutokea, kama saratani au kikundi cha kawaida. Tofauti inayotegemewa kati ya 0 na 1. Matokeo yake ni uwezekano. Tuliamua uwezekano wa kitambulisho cha saratani (p) kulingana na ΔA650/525 kama ifuatavyo.

ambapo b = 5.3533, w1 = -6.965. Kwa uainishaji wa mfano, uwezekano wa chini ya 0.5 unaonyesha sampuli ya kawaida, wakati uwezekano wa 0.5 au zaidi unaonyesha sampuli ya saratani. Kielelezo 2C kinaonyesha machafuko ya machafuko yanayotokana na uthibitisho wa msalaba wa pekee, ambao ulitumiwa kudhibitisha utulivu wa njia ya uainishaji. Kielelezo 2D kinatoa muhtasari wa uchunguzi wa uchunguzi wa njia hiyo, pamoja na unyeti, maalum, thamani nzuri ya utabiri (PPV) na thamani hasi ya utabiri (NPV).

Biosensors inayotegemea smartphone

Ili kurahisisha zaidi upimaji wa sampuli bila kutumia spectrophotometers, watafiti walitumia akili bandia (AI) kutafsiri rangi ya suluhisho na kutofautisha kati ya watu wa kawaida na wa saratani. Kwa kuzingatia hii, maono ya kompyuta yalitumiwa kutafsiri rangi ya suluhisho la cyst/AuNPs ndani ya DNA ya kawaida (zambarau) au DNA ya saratani (nyekundu) kwa kutumia picha za sahani 96 zilizochukuliwa kupitia kamera ya simu ya rununu. Ujuzi wa bandia unaweza kupunguza gharama na kuboresha upatikanaji katika kutafsiri rangi ya suluhisho za nanoparticle, na bila kutumia vifaa vya vifaa vya smartphone vya vifaa. Mwishowe, mifano miwili ya kujifunza mashine, pamoja na Msitu wa Random (RF) na Mashine ya Vector ya Msaada (SVM) zilifunzwa kujenga mifano. Aina zote mbili za RF na SVM ziliainisha kwa usahihi sampuli kuwa nzuri na hasi na usahihi wa 90.0%. Hii inaonyesha kuwa utumiaji wa akili ya bandia katika biosensing inayotokana na simu ya rununu inawezekana kabisa.

Kielelezo 3. (a) Darasa la lengo la suluhisho lililorekodiwa wakati wa utayarishaji wa sampuli kwa hatua ya upatikanaji wa picha. (b) mfano picha iliyochukuliwa wakati wa hatua ya upatikanaji wa picha. .

Kutumia cyst/auNPs, watafiti wamefanikiwa kuunda jukwaa rahisi la kuhisi la kugundua mazingira ya methylation na sensor inayoweza kutofautisha DNA ya kawaida kutoka kwa saratani ya DNA wakati wa kutumia sampuli za damu halisi kwa uchunguzi wa leukemia. Sensor iliyoendelezwa ilionyesha kuwa DNA iliyotolewa kutoka kwa sampuli za damu halisi iliweza kugundua haraka na kwa gharama kubwa kugundua kiwango kidogo cha saratani ya DNA (3NM) kwa wagonjwa wa leukemia katika dakika 15, na ilionyesha usahihi wa 95.3%. Ili kurahisisha upimaji wa sampuli kwa kuondoa hitaji la spectrophotometer, kujifunza kwa mashine ilitumiwa kutafsiri rangi ya suluhisho na kutofautisha kati ya watu wa kawaida na wa saratani wanaotumia picha ya simu ya rununu, na usahihi pia uliweza kupatikana kwa 90.0%.

Rejea: doi: 10.1039/d2ra05725e