Upimaji wa DNA methylation pamoja na simu mahiri kwa uchunguzi wa mapema wa uvimbe na uchunguzi wa leukemia kwa usahihi wa 90.0%!

Ugunduzi wa mapema wa saratani kulingana na biopsy ya kioevu ni mwelekeo mpya wa kugundua na utambuzi wa saratani uliopendekezwa na Taasisi ya Kitaifa ya Saratani ya Amerika katika miaka ya hivi karibuni, kwa lengo la kugundua saratani ya mapema au vidonda vya precancerous. Imetumika sana kama alama ya riwaya ya utambuzi wa mapema wa magonjwa anuwai, pamoja na saratani ya mapafu, uvimbe wa utumbo, gliomas na tumors ya uzazi.

Kuibuka kwa majukwaa ya kutambua alama za mazingira ya methylation (Methylscape) kuna uwezo wa kuboresha kwa kiasi kikubwa uchunguzi wa awali wa saratani, na kuwaweka wagonjwa katika hatua ya awali ya kutibika.

Hivi majuzi, watafiti wameunda jukwaa rahisi na la moja kwa moja la kutambua mazingira ya methylation kulingana na nanoparticles ya dhahabu iliyopambwa ya cysteamine (Cyst/AuNPs) pamoja na biosensor inayotegemea smartphone ambayo huwezesha uchunguzi wa mapema wa tumors anuwai. Uchunguzi wa mapema wa leukemia unaweza kufanywa ndani ya dakika 15 baada ya uchimbaji wa DNA kutoka kwa sampuli ya damu, kwa usahihi wa 90.0%. Kichwa cha makala ni Ugunduzi wa Haraka wa DNA ya saratani katika damu ya binadamu kwa kutumia AuNPs zenye kofia ya cysteamine na simu mahiri inayoweza kusoma kwa mashine.

Mchoro 1. Jukwaa rahisi na la haraka la uchunguzi wa saratani kupitia vipengele vya Cyst/AuNPs linaweza kutekelezwa kwa hatua mbili rahisi.

Hii imeonyeshwa kwenye Mchoro 1. Kwanza, suluhisho la maji lilitumiwa kufuta vipande vya DNA. Cyst/AuNPs kisha ziliongezwa kwenye suluhisho mchanganyiko. DNA ya kawaida na mbaya ina sifa tofauti za methylation, na kusababisha vipande vya DNA na mifumo tofauti ya kujikusanya. DNA ya kawaida hujumlishwa kwa urahisi na hatimaye kujumlisha Cyst/AuNPs, ambayo husababisha asili ya Cyst/AuNPs iliyobadilishwa kuwa nyekundu, ili mabadiliko ya rangi kutoka nyekundu hadi zambarau yaweze kuzingatiwa kwa macho. Kinyume chake, wasifu wa kipekee wa methylation wa DNA ya saratani husababisha utengenezaji wa vikundi vikubwa vya vipande vya DNA.

Picha za sahani zenye visima 96 zilichukuliwa kwa kutumia kamera ya simu mahiri. DNA ya saratani ilipimwa na simu mahiri iliyo na vifaa vya kujifunza kwa mashine ikilinganishwa na mbinu zinazotegemea uchunguzi.

Uchunguzi wa saratani katika sampuli halisi za damu

Ili kupanua matumizi ya jukwaa la kuhisi, wachunguzi walitumia kihisi ambacho kilifaulu kutofautisha kati ya DNA ya kawaida na ya saratani katika sampuli halisi za damu. mifumo ya methylation katika tovuti za CpG epigenetically kudhibiti usemi wa jeni. Karibu katika aina zote za saratani, mabadiliko katika methylation ya DNA na kwa hivyo katika usemi wa jeni zinazokuza tumorigenesis yamezingatiwa kuwa mbadala.

Kama kielelezo cha saratani nyingine zinazohusiana na methylation ya DNA, watafiti walitumia sampuli za damu kutoka kwa wagonjwa wa leukemia na udhibiti wa afya ili kuchunguza ufanisi wa mazingira ya methylation katika kutofautisha saratani ya lukemia. Alama hii ya mazingira ya methylation sio tu inashinda mbinu zilizopo za uchunguzi wa haraka wa leukemia, lakini pia inaonyesha uwezekano wa kupanua utambuzi wa mapema wa aina mbalimbali za saratani kwa kutumia jaribio hili rahisi na la moja kwa moja.

DNA kutoka kwa sampuli za damu kutoka kwa wagonjwa 31 wa leukemia na watu 12 wenye afya ilichambuliwa. kama inavyoonyeshwa katika njama ya kisanduku katika Mchoro 2a, ufyonzaji wa jamaa wa sampuli za saratani (ΔA650/525) ulikuwa chini kuliko ule wa DNA kutoka kwa sampuli za kawaida. hii ilitokana hasa na kuimarishwa kwa haidrofobu na kusababisha mkusanyiko mnene wa DNA ya saratani, ambayo ilizuia mkusanyiko wa Cyst/AuNPs. Kama matokeo, nanoparticles hizi zilitawanywa kabisa katika tabaka za nje za mikusanyiko ya saratani, ambayo ilisababisha mtawanyiko tofauti wa Cyst/AuNPs uliotangazwa kwenye mijumuisho ya kawaida na ya saratani ya DNA. Mikondo ya ROC ilitolewa kwa kubadilisha kiwango cha juu kutoka kwa thamani ya chini ya ΔA650/525 hadi thamani ya juu zaidi.

Mchoro 2.(a) Thamani zinazohusiana za ufyonzaji wa cyst/AuNPs zinazoonyesha uwepo wa DNA ya kawaida (bluu) na saratani (nyekundu) chini ya hali iliyoboreshwa.

(DA650/525) ya viwanja vya sanduku; (b) Uchunguzi wa ROC na tathmini ya vipimo vya uchunguzi. (c) Matrix ya kuchanganyikiwa kwa utambuzi wa wagonjwa wa kawaida na wa saratani. (d) Usikivu, umaalumu, thamani chanya ya ubashiri (PPV), thamani hasi ya ubashiri (NPV) na usahihi wa mbinu iliyotengenezwa.

Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2b, eneo chini ya ROC Curve (AUC = 0.9274) iliyopatikana kwa sensor iliyotengenezwa ilionyesha unyeti wa juu na maalum. Kama inavyoonekana kutoka kwa njama ya kisanduku, sehemu ya chini kabisa inayowakilisha kundi la kawaida la DNA haijatenganishwa vyema na sehemu ya juu zaidi inayowakilisha kundi la DNA la saratani; kwa hivyo, urekebishaji wa vifaa ulitumiwa kutofautisha kati ya vikundi vya kawaida na vya saratani. Kwa kuzingatia seti ya vigeu vinavyojitegemea, inakadiria uwezekano wa tukio kutokea, kama vile saratani au kikundi cha kawaida. Tofauti tegemezi ni kati ya 0 na 1. Kwa hivyo matokeo ni uwezekano. Tuliamua uwezekano wa utambuzi wa saratani (P) kulingana na ΔA650/525 kama ifuatavyo.

ambapo b=5.3533,w1=-6.965. Kwa uainishaji wa sampuli, uwezekano wa chini ya 0.5 unaonyesha sampuli ya kawaida, wakati uwezekano wa 0.5 au zaidi unaonyesha sampuli ya saratani. Mchoro wa 2c unaonyesha mkusanyiko wa mkanganyiko unaotokana na uthibitishaji mtambuka wa kuondoka pekee, ambao ulitumiwa kuthibitisha uthabiti wa mbinu ya uainishaji. Kielelezo 2d ni muhtasari wa tathmini ya jaribio la uchunguzi wa mbinu, ikijumuisha usikivu, umaalumu, thamani chanya ya ubashiri (PPV) na thamani hasi ya ubashiri (NPV).

Sensorer za kutumia simu mahiri

Ili kurahisisha zaidi upimaji wa sampuli bila kutumia spectrophotometers, watafiti walitumia akili ya bandia (AI) kutafsiri rangi ya suluhisho na kutofautisha kati ya watu wa kawaida na wa saratani. Kutokana na hili, maono ya kompyuta yalitumiwa kutafsiri rangi ya suluhisho la Cyst/AuNPs katika DNA ya kawaida (zambarau) au DNA ya saratani (nyekundu) kwa kutumia picha za sahani za visima 96 zilizochukuliwa kupitia kamera ya simu ya mkononi. Ujuzi wa Bandia unaweza kupunguza gharama na kuboresha ufikiaji katika kutafsiri rangi ya suluhu za nanoparticle, na bila kutumia vifaa vyovyote vya vifaa vya macho vya smartphone. Hatimaye, miundo miwili ya mashine za kujifunza, ikiwa ni pamoja na Msitu wa Random (RF) na Mashine ya Kusaidia Vekta (SVM) ilifunzwa kuunda miundo. miundo ya RF na SVM iliainisha kwa usahihi sampuli kuwa chanya na hasi kwa usahihi wa 90.0%. Hii inaonyesha kwamba matumizi ya akili bandia katika biosensing msingi wa simu ya mkononi inawezekana kabisa.

Mchoro 3.(a) Darasa lengwa la suluhisho lililorekodiwa wakati wa utayarishaji wa sampuli kwa hatua ya kupata picha. (b) Mfano wa picha iliyochukuliwa wakati wa hatua ya kupata picha. (c) Uzito wa rangi ya myeyusho wa cyst/AuNPs katika kila kisima cha sahani yenye visima 96 iliyotolewa kwenye picha (b).

Kwa kutumia Cyst/AuNPs, watafiti wamefanikiwa kutengeneza jukwaa rahisi la kuhisi kwa ajili ya utambuzi wa mandhari ya methylation na kitambuzi chenye uwezo wa kutofautisha DNA ya kawaida kutoka kwa DNA ya saratani wakati wa kutumia sampuli halisi za damu kwa uchunguzi wa leukemia. Sensor iliyotengenezwa ilionyesha kuwa DNA iliyotolewa kutoka kwa sampuli halisi za damu iliweza kugundua kwa haraka na kwa gharama nafuu kiasi kidogo cha DNA ya saratani (3nM) kwa wagonjwa wa leukemia katika dakika 15, na ilionyesha usahihi wa 95.3%. Ili kurahisisha zaidi upimaji wa sampuli kwa kuondoa hitaji la spectrophotometer, kujifunza kwa mashine kulitumiwa kutafsiri rangi ya suluhisho na kutofautisha kati ya watu wa kawaida na wenye saratani kwa kutumia picha ya simu ya rununu, na usahihi pia uliweza kupatikana kwa 90.0%.

Rejea: DOI: 10.1039/d2ra05725e