DNA metýleringarprófun ásamt snjallsímum fyrir snemma skimun á æxlum og skimun á hvítblæði með 90,0%nákvæmni!

Snemma uppgötvun krabbameins sem byggist á fljótandi vefjasýni er ný stefna krabbameinsgreiningar og greiningar sem bandaríska krabbameinsstofnunin lagði til undanfarin ár, með það að markmiði að greina snemma krabbamein eða jafnvel sár. Það hefur verið mikið notað sem nýr lífmerki við snemma greiningu á ýmsum illkynja sjúkdómum, þar á meðal lungnakrabbameini, æxli í meltingarvegi, gliomas og kvensjúkdómum.

Tilkoma palla til að bera kennsl á metýlering landslag (metýlscape) lífmerkja hefur möguleika á að bæta núverandi snemma skimun á krabbameini og setja sjúklinga á fyrsta meðhöndlunarstiginu.

Undanfarið hafa vísindamenn þróað einfaldan og beinan skynjunarvettvang til að greina metýleringu landslag byggð á cysteamine skreyttum gull nanódeilum (blöðrur/Aunps) ásamt snjallsímum sem byggir á lífskyni sem gerir kleift að skima snemma snemma á fjölmörgum æxlum. Hægt er að framkvæma snemma skimun á hvítblæði innan 15 mínútna eftir DNA útdrátt úr blóðsýni, með 90,0%nákvæmni. Heiti greinar er skjót uppgötvun krabbameins DNA í mönnum í blóði með því að nota cysteamine-hlífðar AuNP og snjallsíma sem er með vél。。

Mynd 1.

Þetta er sýnt á mynd 1. Í fyrsta lagi var vatnslausn notuð til að leysa upp DNA brotin. Blöðrur/AuNPs var síðan bætt við blandaða lausnina. Venjulegt og illkynja DNA hefur mismunandi metýleringareiginleika, sem leiðir til DNA brots með mismunandi sjálfsamsetningarmynstri. Venjulegur DNA samanlagður lauslega og samanlagir að lokum blöðrur/AUNP, sem hefur í för með sér rauðbreytta eðli blöðrur/AuNP, þannig að hægt er að sjá breytingu á lit frá rauðu í fjólublátt með berum augum. Aftur á móti leiðir hið einstaka metýleringarsnið krabbameins DNA til framleiðslu stærri þyrpinga af DNA brotum.

Myndir af 96 holu plötum voru teknar með snjallsíma myndavél. DNA krabbameins var mælt með snjallsíma búin vélanámi samanborið við litrófsgreiningaraðferðir.

Krabbameinsskimun í alvöru blóðsýni

Til að framlengja gagnsemi skynjunarpallsins beittu rannsóknaraðilarnir skynjara sem aðgreindu með góðum árangri á milli venjulegs og krabbameins DNA í raunverulegum blóðsýnum. Metýleringarmynstur á CpG stöðum stjórna epigenetically genatjáningu. Í næstum öllum krabbameinsgerðum hefur verið litið á breytingar á DNA metýleringu og þannig að í tjáningu gena sem stuðla að æxlismyndun.

Sem fyrirmynd annarra krabbameina í tengslum við DNA metýleringu notuðu vísindamennirnir blóðsýni frá hvítblæði sjúklingum og heilbrigðum samanburði til að kanna árangur metýleringar landslagsins við aðgreina krabbamein í hvítum. Þessi metýlering landslag lífmerkis gengur ekki aðeins fram úr núverandi skjótum skimunaraðferðum á hvítblæði, heldur sýnir einnig hagkvæmni þess að ná til snemma uppgötvunar á fjölmörgum krabbameinum með þessari einföldu og einföldu prófun.

DNA úr blóðsýnum frá 31 hvítblæði sjúklingum og 12 heilbrigðum einstaklingum var greint. Eins og sést á reitnum á mynd 2A var hlutfallslegt frásog krabbameinssýni (ΔA650/525) lægra en DNA frá venjulegum sýnum. Þetta var aðallega vegna aukinnar vatnsfælni sem leiddi til þéttrar samsöfnunar krabbameins DNA, sem kom í veg fyrir samsöfnun blöðrur/AuNP. Fyrir vikið voru þessar nanóagnir dreifst alveg í ytri lögum krabbameinsöflanna, sem leiddu til mismunandi dreifingar á blöðrur/AuNPs sem voru aðsogaðir á venjulegan og krabbameins DNA samanlagða. ROC ferlar voru síðan búnir til með því að breyta þröskuldinum frá lágmarksgildi ΔA650/525 í hámarksgildi.

Mynd 2. (a) Hlutfallsleg frásogsgildi blöðru/Aunps lausna sem sýna tilvist eðlilegs (blás) og krabbameins (rautt) DNA við bjartsýni aðstæður

(DA650/525) af kassalóðum; (b) ROC greining og mat á greiningarprófum. (c) Rugl fylki til greiningar á eðlilegum 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 ferlinum (AUC = 0,9274) sem fékkst fyrir þróaða skynjara mikla næmi og sérstöðu. Eins og sjá má á lóð kassans, er lægsti punkturinn sem táknar venjulegan DNA hóp ekki vel aðgreindur frá hæsta punktinum sem táknar DNA hóp krabbameins; Þess vegna var aðhvarfsaðhvarf til að greina á milli eðlilegra og krabbameinshópa. Miðað við mengi óháðra breytna áætlar það líkurnar á því að atburður eigi sér stað, svo sem krabbamein eða venjulegur hópur. Háð breytan er á bilinu 0 og 1. Niðurstaðan er því líkur. Við ákváðum líkurnar á auðkenningu krabbameins (p) út frá ΔA650/525 á eftirfarandi hátt.

þar sem B = 5.3533, W1 = -6.965. Fyrir sýniflokkun benda líkurnar á minna en 0,5 til venjulegs sýnishorns, en líkurnar á 0,5 eða hærri benda til krabbameinssýni. Mynd 2C sýnir rugl fylkið sem myndast úr leyfi-það-ein krossgildingu, sem var notað til að staðfesta stöðugleika flokkunaraðferðarinnar. Mynd 2D dregur saman mat á greiningarprófinu á aðferðinni, þar með talið næmi, sértækni, jákvætt forspárgildi (PPV) og neikvætt forspárgildi (NPV).

Snjallsímatengdir lífrænir

Til að einfalda sýnisprófun enn frekar án þess að nota litrófsmælir notuðu vísindamennirnir gervigreind (AI) til að túlka lit lausnarinnar og greina á milli venjulegra og krabbameins. Í ljósi þessa var tölvusjón notuð til að þýða lit blöðru/Aunps lausnarinnar í venjulegt DNA (fjólublátt) eða krabbamein DNA (rautt) með því að nota myndir af 96 holu plötum sem teknar voru í gegnum farsíma myndavél. Gervigreind getur dregið úr kostnaði og bætt aðgengi við að túlka lit nanoparticle lausna og án þess að nota neinn sjónrænan aukabúnað fyrir snjallsíma. Að lokum voru tvö vélanámslíkön, þar á meðal Random Forest (RF) og Support Vector Machine (SVM) þjálfaðir í að smíða líkönin. Bæði RF og SVM líkönin flokkuðu sýnin rétt sem jákvæð og neikvæð með 90,0%nákvæmni. Þetta bendir til þess að notkun gervigreindar í lífrænu síma sem byggir á farsíma sé mjög möguleg.

Mynd 3. (a) Markmiðaflokkur lausnarinnar sem skráður var við undirbúning sýnisins fyrir myndöflunarskrefið. (b) Dæmi um mynd sem tekin var á meðan myndöflunarskrefið stendur. (c) Litastyrkur blöðru/Aunps lausnarinnar í hverri holu 96 holu plötunnar sem er dregin út úr myndinni (B).

Með því að nota blöðrur/AUNP hafa vísindamenn þróað einfaldan skynjunarvettvang til að greina metýleringu og skynjari sem er fær um að greina eðlilegt DNA frá krabbameins DNA þegar þú notar raunveruleg blóðsýni til skimunar á hvítblæði. Hinn þróaði skynjari sýndi fram á að DNA, sem dregið var út úr raunverulegum blóðsýnum, gat hratt og hagkvæmt greint lítið magn af krabbameins DNA (3Nm) hjá hvítblæði sjúklingum á 15 mínútum og sýndi 95,3%nákvæmni. Til að einfalda sýnishornsprófun með því að útrýma þörfinni fyrir litrófsmæli var vélanám notað til að túlka lit lausnarinnar og aðgreina á milli venjulegra og krabbameins einstaklinga sem notuðu farsíma ljósmynd og einnig var hægt að ná nákvæmni með 90,0%.

Tilvísun: doi: 10.1039/d2ra05725e