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

L-iskoperta bikrija tal-kanċer ibbażata fuq bijopsija likwida hija direzzjoni ġdida ta 'skoperta u dijanjosi tal-kanċer proposti mill-Istitut Nazzjonali tal-Kanċer tal-Istati Uniti f'dawn l-aħħar snin, bil-għan li jinstabu kanċer bikri jew saħansitra leżjonijiet prekanċerużi. Ġie użat ħafna bħala bijomarkatur ġdid għad-dijanjosi bikrija ta 'diversi tumuri malinni, inkluż kanċer tal-pulmun, tumuri gastrointestinali, glijomi u tumuri ġinekoloġiċi.

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

Riċentement, riċerkaturi żviluppaw pjattaforma ta 'sensing sempliċi u diretta għall-iskoperta tal-pajsaġġ tal-metilazzjoni bbażata fuq nanopartiċelli tad-deheb imżejjen b'cysteamine (Cyst/AuNPs) flimkien ma' biosensor ibbażat fuq smartphone li jippermetti screening bikri rapidu ta 'firxa wiesgħa ta' tumuri. Screening bikri għal-lewkimja jista 'jsir fi żmien 15-il minuta wara l-estrazzjoni tad-DNA minn kampjun tad-demm, bi preċiżjoni ta' 90.0%. It-titolu ta' l-artikolu huwa Sejbien rapidu tad-DNA tal-kanċer fid-demm uman bl-użu ta' AuNPs b'kappa taċ-ċisteamina u smartphone li jippermetti t-tagħlim tal-magni。

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

Dan jidher fil-Figura 1. L-ewwel, intużat soluzzjoni milwiema biex tħoll il-frammenti tad-DNA. Cyst/AuNPs imbagħad ġew miżjuda mas-soluzzjoni mħallta. Id-DNA normali u malinn għandhom proprjetajiet ta 'metilazzjoni differenti, li jirriżultaw fi frammenti tad-DNA b'xejriet differenti ta' awto-assemblaġġ. Id-DNA normali jaggrega b'mod laxk u eventwalment jaggrega Cyst/AuNPs, li jirriżulta fin-natura ta 'ċaqliq aħmar ta' Cyst/AuNPs, sabiex bidla fil-kulur minn aħmar għal vjola tista 'tiġi osservata bl-għajn. B'kuntrast, il-profil uniku ta 'metilazzjoni tad-DNA tal-kanċer iwassal għall-produzzjoni ta' gruppi akbar ta 'frammenti tad-DNA.

Stampi ta 'pjanċi 96-well ittieħdu permezz ta' kamera ta 'smartphone. Id-DNA tal-kanċer tkejjel minn smartphone mgħammar b'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 tas-sensing, l-investigaturi applikaw sensor li b'suċċess iddistingwi bejn DNA normali u kanċeruż f'kampjuni tad-demm reali. mudelli ta 'metilazzjoni f'siti CpG jirregolaw epiġenetikament l-espressjoni tal-ġeni. Fi kważi t-tipi kollha ta 'kanċer, bidliet fil-metilazzjoni tad-DNA u għalhekk fl-espressjoni ta' ġeni li jippromwovu t-tumourigenesis ġew osservati li jalternaw.

Bħala mudell għal kanċers oħra assoċjati mal-metilazzjoni tad-DNA, ir-riċerkaturi użaw kampjuni tad-demm minn pazjenti lewkimiċi u kontrolli b'saħħithom biex jinvestigaw l-effettività tal-pajsaġġ tal-metilazzjoni fid-divrenzjar tal-kanċers lewkiemiċi. Dan il-bijomarkatur tal-pajsaġġ tal-metilazzjoni mhux biss jegħleb il-metodi ta 'screening rapidu eżistenti tal-lewkimja, iżda juri wkoll il-fattibbiltà li testendi għal skoperta bikrija ta' firxa wiesgħa ta 'kanċer bl-użu ta' dan l-assaġġ sempliċi u sempliċi.

Ġie analizzat DNA minn kampjuni tad-demm minn 31 pazjent bil-lewkimja u 12-il individwu b'saħħtu. kif muri fil-plott tal-kaxxa fil-Figura 2a, l-assorbiment relattiv tal-kampjuni tal-kanċer (ΔA650/525) kien inqas minn dak tad-DNA minn kampjuni normali. dan kien prinċipalment minħabba l-idrofobiċità mtejba li wasslet għal aggregazzjoni densa tad-DNA tal-kanċer, li ppreveniet l-aggregazzjoni ta 'Cist/AuNPs. Bħala riżultat, dawn in-nanopartiċelli kienu kompletament imxerrda fis-saffi ta 'barra tal-aggregati tal-kanċer, li rriżultaw f'tixrid differenti ta' Cyst/AuNPs adsorbiti fuq aggregati tad-DNA normali u tal-kanċer. Il-kurvi ROC imbagħad ġew iġġenerati billi tvarja l-limitu minn valur minimu ta 'ΔA650/525 għal valur massimu.

Figura 2. (a) Valuri ta' assorbiment relattivi ta' soluzzjonijiet ta' ċisti/AuNPs li juru l-preżenza ta' DNA normali (blu) u kanċer (aħmar) taħt kundizzjonijiet ottimizzati

(DA650/525) ta’ box plots; (b) Analiżi ROC u evalwazzjoni 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 preċiżjoni tal-metodu żviluppat.

Kif muri fil-Figura 2b, iż-żona taħt il-kurva ROC (AUC = 0.9274) miksuba għas-sensor żviluppat uriet sensittività u speċifiċità għolja. Kif jidher mill-box plot, l-aktar punt baxx li jirrappreżenta l-grupp tad-DNA normali mhuwiex separat sew mill-ogħla punt li jirrappreżenta l-grupp tad-DNA tal-kanċer; għalhekk, intużat rigressjoni loġistika biex issir differenza bejn il-gruppi normali u tal-kanċer. Minħabba sett ta 'varjabbli indipendenti, jistma l-probabbiltà li jseħħ avveniment, bħal kanċer jew grupp normali. Il-varjabbli dipendenti tvarja bejn 0 u 1. Ir-riżultat huwa għalhekk probabbiltà. Aħna ddeterminajna 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 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 s-sensittività, l-ispeċifiċità, il-valur ta 'tbassir pożittiv (PPV) u l-valur ta' tbassir negattiv (NPV).

Biosensors ibbażati fuq smartphone

Biex jissimplifikaw aktar l-ittestjar tal-kampjuni mingħajr l-użu ta 'spettrofotometri, ir-riċerkaturi użaw intelliġenza artifiċjali (AI) biex jinterpretaw il-kulur tas-soluzzjoni u jiddistingwu bejn individwi normali u kanċeroġeni. Minħabba dan, intużat viżjoni bil-kompjuter biex tittraduċi l-kulur tas-soluzzjoni Cyst/AuNPs f'DNA normali (vjola) jew DNA kanċeroġenu (aħmar) bl-użu ta 'immaġini ta' pjanċi 96-well meħuda permezz ta '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' xi aċċessorji tal-smartphone tal-ħardwer ottiku. Fl-aħħarnett, żewġ mudelli ta 'tagħlim tal-magni, inklużi Random Forest (RF) u Support Vector Machine (SVM) ġew imħarrġa biex jibnu l-mudelli. kemm il-mudelli RF kif ukoll SVM ikklassifikaw b'mod korrett il-kampjuni bħala pożittivi u negattivi bi preċiżjoni ta '90.0%. Dan jissuġġerixxi li l-użu ta 'intelliġenza artifiċjali fil-bijosensing ibbażat fuq it-telefon ċellulari huwa pjuttost possibbli.

Figura 3.(a) Klassi fil-mira tas-soluzzjoni rreġistrata waqt il-preparazzjoni tal-kampjun għall-pass tal-akkwist tal-immaġni. (b) Immaġini ta' eżempju meħuda waqt il-pass tal-akkwist tal-immaġni. (c) Intensità tal-kulur tas-soluzzjoni taċ-ċisti/AuNPs f'kull bir tal-pjanċa 96-well estratta mill-immaġni (b).

Bl-użu ta 'Cyst/AuNPs, ir-riċerkaturi żviluppaw b'suċċess pjattaforma ta' sensing sempliċi għall-iskoperta tal-pajsaġġ tal-metilazzjoni u sensor li kapaċi jiddistingwi DNA normali minn DNA tal-kanċer meta juża kampjuni reali tad-demm għall-iskrinjar tal-lewkimja. Is-senser żviluppat wera li d-DNA estratt minn kampjuni tad-demm reali kien kapaċi jikxef malajr u b'mod kost-effettiv ammonti żgħar ta 'DNA tal-kanċer (3nM) f'pazjenti bil-lewkimja fi 15-il minuta, u wera preċiżjoni ta' 95.3%. Biex tissimplifika aktar l-ittestjar tal-kampjuni billi telimina l-ħtieġa għal spettrofotometru, it-tagħlim tal-magni intuża biex jinterpreta l-kulur tas-soluzzjoni u jiddifferenzja bejn individwi normali u kanċeroġeni bl-użu ta 'ritratt tat-telefon ċellulari, u l-eżattezza setgħet ukoll tinkiseb f'90.0%.

Referenza: DOI: 10.1039/d2ra05725e