Ittestjar tal-metilazzjoni tad-DNA flimkien ma 'smartphones għall-iscreening bikri ta' tumuri u skrining tal-lewkimja bi preċiżjoni ta '90.0%!

Sejbien bikri tal-kanċer ibbażat fuq bijopsija likwida hija direzzjoni ġdida ta 'skoperta ta' kanċer u dijanjosi proposta mill-Istitut Nazzjonali tal-Kanċer ta 'l-Istati Uniti f'dawn l-aħħar snin, bil-għan li tiskopri kanċer bikri jew saħansitra leżjonijiet prekanċerużi. Intuża ħafna bħala bijomarkatur ġdid għad-dijanjosi bikrija ta 'diversi malinni, inkluż kanċer tal-pulmun, tumuri gastro-intestinali, glijomi u tumuri ġinekoloġiċi.

It-tfaċċar ta 'pjattaformi biex jiġu identifikati l-bijomarkaturi tal-pajsaġġ tal-metilazzjoni (metilscape) għandu l-potenzjal li jtejjeb b'mod sinifikanti l-iskrining bikri eżistenti għall-kanċer, u jpoġġi lill-pazjenti fl-ewwel stadju li jista' jiġi kkurat.

Riċentement, ir-riċerkaturi żviluppaw pjattaforma ta 'sensing sempliċi u diretta għall-iskoperta tal-pajsaġġ tal-metilazzjoni bbażata fuq nanopartiċelli tad-deheb imżejna minn ċisteamin (Cyst / AuNPs) flimkien ma' bijosensur ibbażat fuq smartphone li jippermetti skrining bikri rapidu ta 'firxa wiesgħa ta' tumuri. L-iscreening bikri għal-lewkimja jista 'jitwettaq fi żmien 15-il minuta wara l-estrazzjoni tad-DNA minn kampjun tad-demm, bi preċiżjoni ta '90 .0%. It-titlu tal-artikolu huwa skoperta rapida tad-DNA tal-kanċer fid-demm tal-bniedem bl-użu ta 'AuNPs b'kappa ta' ċisteamin u smartphone li jippermetti t-tagħlim tal-magni。

Figura 1. Pjattaforma sempliċi u ta 'sensing veloċi għall-iscreening tal-kanċer permezz ta' komponenti Cyst / AuNPs tista 'titwettaq f'żewġ stadji sempliċi.

Dan jidher fil-Figura 1. L-ewwel, ġiet użata soluzzjoni milwiema biex tinħall il-frammenti tad-DNA. Ċisti / AuNPs imbagħad ġew miżjuda mas-soluzzjoni mħallta. Id-DNA normali u malinni għandhom proprjetajiet ta 'metilazzjoni differenti, li jirriżultaw fi frammenti tad-DNA b'disinji differenti ta' assemblaġġ ta 'awto. L-aggregati tad-DNA normali b'mod laxk u eventwalment jiġbru ċisti / AuNPs, li jirriżulta fin-natura ħamra ta 'ċisti / AuNPs, sabiex bidla fil-kulur minn aħmar għal vjola tista' tiġi osservata bl-għajn. B'kuntrast, il-profil uniku tal-metilazzjoni tad-DNA tal-kanċer iwassal għall-produzzjoni ta 'raggruppamenti akbar ta' frammenti tad-DNA.

Immaġini ta 'pjanċi b'96 bir ittieħdu bl-użu ta' kamera tal-ismartphone. Id-DNA tal-kanċer ġie mkejjel permezz ta 'smartphone mgħammar bit-tagħlim tal-magni meta mqabbel ma' metodi bbażati fuq l-ispettroskopija.

Screening tal-kanċer f'kampjuni tad-demm reali

Biex testendi l-utilità tal-pjattaforma ta 'sensing, l-investigaturi applikaw senser li ddistingwa b'suċċess bejn DNA normali u kanċer f'kampjuni tad-demm reali. Ix-xejriet tal-metilazzjoni fis-siti CpG jirregolaw l-espressjoni tal-ġene epigenetikament. Fi kważi t-tipi kollha tal-kanċer, il-bidliet fil-metilazzjoni tad-DNA u għalhekk fl-espressjoni ta 'ġeni li jippromwovu t-tumourigenesi ġew osservati li jalternaw.

Bħala mudell għal kanċers oħra assoċjati ma 'metilazzjoni tad-DNA, ir-riċerkaturi użaw kampjuni tad-demm minn pazjenti tal-lewkimja u kontrolli b'saħħithom biex jinvestigaw l-effikaċja tal-pajsaġġ tal-metilazzjoni fid-differenzjar tal-kanċer lewkamiku. Dan il-bijomarkatur tal-pajsaġġ tal-metilazzjoni mhux biss jiżboq metodi ta 'skrining ta' lewkimja rapida eżistenti, iżda juri wkoll il-fattibilità li testendi għal skoperta bikrija ta 'firxa wiesgħa ta' kanċer bl-użu ta 'dan l-assaġġ sempliċi u sempliċi.

Id-DNA minn kampjuni tad-demm minn 31 pazjent tal-lewkimja u 12-il individwu b'saħħtu ġie analizzat. Kif muri fil-plott tal-kaxxa fil-Figura 2A, l-assorbenza relattiva tal-kampjuni tal-kanċer (ΔA650 / 525) kienet inqas minn dik tad-DNA minn kampjuni normali. Dan kien dovut l-aktar għall-idrofobiċità msaħħa li twassal għal aggregazzjoni densa tad-DNA tal-kanċer, li ma ħallietx l-aggregazzjoni ta 'ċisti / AuNPs. Bħala riżultat, dawn in-nanopartiċelli ġew imxerrda kompletament fis-saffi ta 'barra tal-aggregati tal-kanċer, li rriżultaw fi dispersjoni differenti ta' ċisti / AuNPs assorbiti fuq aggregati normali u tal-kanċer tad-DNA. Il-kurvi ROC imbagħad ġew iġġenerati billi jvarjaw il-limitu minn valur minimu ta 'ΔA650 / 525 għal valur massimu.

Figura 2. (a) Valuri ta 'assorbenza relattiva ta' soluzzjonijiet Cyst / AuNPs li juru l-preżenza ta 'DNA normali (blu) u kanċer (aħmar) f'kundizzjonijiet ottimizzati

(DA650 / 525) ta 'plottijiet tal-kaxxa; (b) Analiżi u evalwazzjoni tal-ROC ta 'testijiet dijanjostiċi. (c) Matriċi ta 'konfużjoni għad-dijanjosi ta' pazjenti normali u tal-kanċer. (d) Sensittività, speċifiċità, valur ta 'tbassir pożittiv (PPV), valur ta' tbassir negattiv (NPV) u eżattezza tal-metodu żviluppat.

Kif muri fil-Figura 2B, iż-żona taħt il-kurva ROC (AUC = 0.9274) miksuba għas-senser żviluppat wriet sensittività u speċifiċità għolja. Kif jidher mill-plott tal-kaxxa, l-iktar punt baxx li jirrappreżenta l-grupp tad-DNA normali mhuwiex separat sew mill-ogħla punt li jirrappreżenta l-grupp tad-DNA tal-kanċer; Għalhekk, ir-rigressjoni loġistika ntużat biex tiddifferenzja bejn il-gruppi normali u tal-kanċer. Minħabba sett ta 'varjabbli indipendenti, huwa jistma l-probabbiltà li jseħħ avveniment, bħal kanċer jew grupp normali. Il-varjabbli dipendenti tvarja bejn 0 u 1. Ir-riżultat huwa għalhekk probabbiltà. Iddeterminajna l-probabbiltà ta 'identifikazzjoni tal-kanċer (P) ibbażata fuq ΔA650 / 525 kif ġej.

fejn b = 5.3533, w1 = -6.965. Għall-klassifikazzjoni tal-kampjun, probabbiltà ta 'inqas minn 0.5 tindika kampjun normali, filwaqt li probabbiltà ta' 0.5 jew ogħla tindika kampjun tal-kanċer. Il-Figura 2C turi l-matriċi ta 'konfużjoni ġġenerata mill-validazzjoni inkroċjata tal-leave-it-alone, li ntużat biex tivvalida l-istabbiltà tal-metodu ta' klassifikazzjoni. Il-Figura 2D tiġbor fil-qosor l-evalwazzjoni tat-test dijanjostiku tal-metodu, inklużi sensittività, speċifiċità, valur ta 'tbassir pożittiv (PPV) u valur ta' tbassir negattiv (NPV).

Bijosensuri bbażati fuq smartphone

Biex tissimplifika aktar l-ittestjar tal-kampjun mingħajr l-użu ta 'spettrofotometri, ir-riċerkaturi użaw l-intelliġenza artifiċjali (AI) biex jinterpretaw il-kulur tas-soluzzjoni u jiddistingwu bejn individwi normali u tal-kanċer. Minħabba dan, il-vista tal-kompjuter intużat biex tittraduċi l-kulur tas-soluzzjoni Cyst / AuNPs f'DNA normali (vjola) jew DNA kanċeroż (aħmar) bl-użu ta 'immaġini ta' pjanċi ta '96 bir meħuda minn kamera tat-telefon ċellulari. L-intelliġenza artifiċjali tista 'tnaqqas l-ispejjeż u ttejjeb l-aċċessibilità fl-interpretazzjoni tal-kulur tas-soluzzjonijiet tan-nanopartiċelli, u mingħajr l-użu ta' aċċessorji tal-ismartphone tal-ħardwer ottiku. Fl-aħħarnett, żewġ mudelli ta 'tagħlim tal-magni, inklużi Forest Random (RF) u Magna tal-Vetturi ta' Appoġġ (SVM) ġew imħarrġa biex jinbnew il-mudelli. Kemm il-mudelli RF kif ukoll SVM ikklassifikaw b'mod korrett il-kampjuni bħala pożittivi u negattivi b'eżattezza ta '90.0%. Dan jissuġġerixxi li l-użu ta 'intelliġenza artifiċjali fil-bijosensing ibbażat fuq il-mowbajl huwa pjuttost possibbli.

Figura 3. (a) Klassi fil-mira tas-soluzzjoni rreġistrata waqt il-preparazzjoni tal-kampjun għall-pass tal-akkwist tal-immaġini. (b) Eżempju ta 'immaġni meħuda matul il-pass tal-akkwist tal-immaġini. (c) L-intensità tal-kulur tas-soluzzjoni taċ-ċisti / AuNPs f'kull bir tal-pjanċa b'96 bir estratt mill-immaġni (b).

Bl-użu ta 'Cyst / AuNPs, ir-riċerkaturi żviluppaw b'suċċess pjattaforma ta' sensing sempliċi għall-iskoperta tal-pajsaġġ tal-metilazzjoni u senser li kapaċi jiddistingwi d-DNA normali mid-DNA tal-kanċer meta juża kampjuni tad-demm reali għall-iscreening tal-lewkimja. Is-senser żviluppat wera li d-DNA estratt minn kampjuni tad-demm reali kien kapaċi jinduna b'ammonti żgħar malajr u b'mod kosteffettiv ta 'DNA tal-kanċer (3NM) f'pazjenti tal-lewkimja fi 15-il minuta, u wera eżattezza ta' 95.3%. Biex tissimplifika aktar l-ittestjar tal-kampjun billi telimina l-ħtieġa għal spettrofotometru, it-tagħlim bil-magni ntuża biex jinterpreta l-kulur tas-soluzzjoni u jiddifferenzja bejn individwi normali u kanċerożi li jużaw ritratt tat-telefon ċellulari, u l-eżattezza kienet tista 'wkoll tinkiseb f'90.0%.

Referenza: doi: 10.1039 / d2ra05725e