DNA metýlerunarpróf ásamt snjallsímum til snemmskoðunar á æxlum og skimun hvítblæðis með 90,0% nákvæmni!

Snemma uppgötvun krabbameins á grundvelli fljótandi vefjasýnis er ný stefna í uppgötvun og greiningu krabbameins sem bandaríska krabbameinsstofnunin hefur lagt til á undanförnum árum, með það að markmiði að greina snemma krabbamein eða jafnvel forkrabbameinsskemmdir. Það hefur verið mikið notað sem ný lífmerki fyrir snemma greiningu á ýmsum illkynja sjúkdómum, þar á meðal lungnakrabbameini, meltingarfæraæxlum, glioma og kvensjúkdómaæxlum.

Tilkoma vettvanga til að bera kennsl á metýleringarlandslag (Methylscape) lífmerki hefur tilhneigingu til að bæta verulega núverandi snemmskoðun fyrir krabbameini og koma sjúklingum á fyrsta stig sem hægt er að meðhöndla.

Nýlega hafa vísindamenn þróað einfaldan og beinan skynjunarvettvang fyrir landslagsgreiningu með metýleringu sem byggir á cysteamínskreyttum gullnanóögnum (Cyst/AuNPs) ásamt lífskynjara sem byggir á snjallsíma sem gerir skjóta snemmskoðun á fjölmörgum æxlum kleift. Snemma skimun fyrir hvítblæði er hægt að framkvæma innan 15 mínútna eftir DNA-útdrátt úr blóðsýni, með 90,0% nákvæmni. Titill greinar er Hröð uppgötvun á DNA krabbameins í blóði manna með cysteamínhúðuðum AuNP og vélrænum snjallsíma.

Mynd 1. Einfaldur og fljótur skynjunarvettvangur fyrir krabbameinsskimun með blöðru/AuNPs íhlutum er hægt að ná í tveimur einföldum skrefum.

Þetta er sýnt á mynd 1. Fyrst var vatnslausn notuð til að leysa upp DNA bútana. Blöðru/AuNP var síðan bætt við blönduðu lausnina. Eðlilegt og illkynja DNA hefur mismunandi metýleringareiginleika, sem leiðir til DNA búta með mismunandi sjálfsamsetningarmynstri. Eðlilegt DNA safnast lauslega saman og að lokum safnast saman blöðru/AuNPs, sem leiðir til þess að blöðrur/AuNPs eru rauðhærðar, þannig að hægt er að sjá breytingu á lit úr rauðu í fjólublátt með berum augum. Aftur á móti leiðir hið einstaka metýleringarsnið krabbameins-DNA til framleiðslu á stærri þyrpingum af DNA-brotum.

Myndir af 96-brunnu plötum voru teknar með snjallsímamyndavél. Krabbameins-DNA var mælt með snjallsíma sem var búinn vélanámi samanborið við litrófsgreiningar.

Krabbameinsleit í alvöru blóðsýnum

Til að auka notagildi skynjunarvettvangsins notuðu rannsakendur skynjara sem tókst að greina á milli eðlilegs og krabbameins DNA í raunverulegum blóðsýnum. metýleringarmynstur á CpG stöðum stjórnar genatjáningu á efnafræðilegan hátt. Í næstum öllum krabbameinstegundum hefur verið vart við breytingar á DNA metýleringu og þar með á tjáningu gena sem stuðla að æxlismyndun.

Sem fyrirmynd fyrir önnur krabbamein sem tengjast DNA metýleringu, notuðu vísindamennirnir blóðsýni úr hvítblæðissjúklingum og heilbrigðum viðmiðunarhópum til að kanna virkni metýleringarlandslagsins við að greina hvítblæðiskrabbamein. Þessi metýleringarlandslagslífmerki er ekki aðeins betri en núverandi skimunaraðferðir fyrir hröð hvítblæði, heldur sýnir hann einnig fram á hagkvæmni þess að ná til snemma uppgötvunar á fjölmörgum krabbameinum með því að nota þessa einföldu og einföldu greiningu.

DNA úr blóðsýnum frá 31 hvítblæðissjúklingi og 12 heilbrigðum einstaklingum var greint. eins og sýnt er í kassalínunni á mynd 2a, var hlutfallslegt gleypni krabbameinssýnanna (ΔA650/525) lægra en DNA úr venjulegum sýnum. þetta var aðallega vegna aukinnar vatnsfælni sem leiddi til þéttrar samsöfnunar krabbameins-DNA, sem kom í veg fyrir samsöfnun blöðru/AuNPs. Þess vegna dreifðust þessar nanóagnir að fullu í ytri lögum krabbameinssamsetninganna, sem leiddi til mismunandi dreifingar á blöðru/AuNP sem aðsogast á eðlilega og krabbameins DNA sameindir. ROC ferlar voru síðan búnir til með því að breyta þröskuldinum frá lágmarksgildi ΔA650/525 í hámarksgildi.

Mynd 2.(a) Hlutfallsleg gleypnigildi blöðru/AuNPs lausna sem sýna tilvist eðlilegs (blás) og krabbameins (rauðs) DNA við bestar aðstæður

(DA650/525) af kassalóðum; (b) ROC greining og mat á greiningarprófum. (c) Ruglingsfylki til greiningar á eðlilegum sjúklingum og krabbameinssjúklingum. (d) Næmi, sértækni, jákvætt forspárgildi (PPV), neikvætt forspárgildi (NPV) og nákvæmni þróaðrar aðferðar.

Eins og sýnt er á mynd 2b sýndi svæðið undir ROC ferilnum (AUC = 0,9274) sem fékkst fyrir þróaða skynjarann ​​mikla næmni og sértækni. Eins og sést á kassaþræðinum er lægsti punkturinn sem táknar eðlilega DNA hópinn ekki vel aðskilinn frá hæsta punktinum sem táknar DNA krabbameinshópinn; því var logistic regression notað til að greina á milli eðlilegra hópa og krabbameinshópa. Miðað við mengi óháðra breyta metur það líkurnar á að atburður eigi sér stað, eins og krabbamein eða eðlilegur hópur. Háða breytan er á bilinu 0 til 1. Niðurstaðan er því líkur. Við ákváðum líkurnar á krabbameinsgreiningu (P) byggt á ΔA650/525 sem hér segir.

þar sem b=5,3533,w1=-6,965. Fyrir flokkun sýna benda líkur undir 0,5 til eðlilegs úrtaks, en líkur 0,5 eða hærri gefa til kynna krabbameinssýni. Mynd 2c sýnir ruglingsfylki sem er myndað úr víxlgildingunni, sem var notað til að sannreyna stöðugleika flokkunaraðferðarinnar. Mynd 2d tekur saman mat á greiningarprófi aðferðarinnar, þar á meðal næmi, sérhæfni, jákvætt forspárgildi (PPV) og neikvætt forspárgildi (NPV).

Lífskynjarar sem byggja á snjallsímum

Til að einfalda sýnisprófun enn frekar án þess að nota litrófsmæla, notuðu vísindamennirnir gervigreind (AI) til að túlka lit lausnarinnar og greina á milli eðlilegra einstaklinga og krabbameinssjúkra einstaklinga. Í ljósi þessa var tölvusjón notuð til að þýða litinn á Cyst/AuNPs lausninni í eðlilegt DNA (fjólublátt) eða krabbameins DNA (rautt) með því að nota myndir af 96-brunnu plötum sem teknar voru í gegnum farsímamyndavél. Gervigreind getur dregið úr kostnaði og bætt aðgengi við að túlka lit nanóagnalausna og án þess að nota neinn sjónbúnaðarbúnað fyrir snjallsíma. Að lokum voru tvö vélanámslíkön, þar á meðal Random Forest (RF) og Support Vector Machine (SVM) þjálfuð til að smíða líkönin. bæði RF og SVM líkanin flokkuðu sýnin rétt sem jákvæð og neikvæð með 90,0% nákvæmni. Þetta bendir til þess að notkun gervigreindar í farsímatengdri lífskynjun sé vel möguleg.

Mynd 3.(a) Markflokkur lausnarinnar skráður við undirbúning sýnisins fyrir myndtökuþrepið. (b) Dæmi um mynd sem tekin var í myndatökuskrefinu. (c) Litastyrkur blöðru/AuNPs lausnarinnar í hverjum brunni á 96-brunnu plötunni sem dregin er út úr myndinni (b).

Með því að nota Cyst/AuNPs hafa vísindamenn þróað einfaldan skynjunarvettvang fyrir landslagsgreiningu með metýleringu og skynjara sem getur greint eðlilegt DNA frá krabbameins-DNA þegar notuð eru raunveruleg blóðsýni til skimunar á hvítblæði. Þróaði skynjarinn sýndi fram á að DNA sem dregið var úr raunverulegum blóðsýnum gat greint hratt og á hagkvæman hátt lítið magn af krabbameins-DNA (3nM) hjá hvítblæðissjúklingum á 15 mínútum og sýndi 95,3% nákvæmni. Til að einfalda prófun sýna enn frekar með því að útrýma þörfinni fyrir litrófsmæli var vélanám notað til að túlka lit lausnarinnar og greina á milli venjulegra og krabbameinssjúkra einstaklinga með því að nota farsímaljósmynd, og nákvæmni náðist einnig í 90,0%.

Tilvísun: DOI: 10.1039/d2ra05725e