Testa metîlasyona DNAyê bi têlefonên jîr re ji bo tespîtkirina zû ya tumor û tespîtkirina losemiyê bi rastbûna %90.0!

Tesbîtkirina zû ya penceşêrê li ser bingeha biyopsiya şile, rêgezek nû ye ji bo tesbîtkirin û teşhîsa penceşêrê ku di salên dawî de ji hêla Enstîtuya Neteweyî ya Penceşêrê ya Dewletên Yekbûyî ve hatiye pêşniyar kirin, bi armanca tesbîtkirina penceşêrê ya zû an jî lezyonên pêş-penceşêrê. Ew bi berfirehî wekî nîşanek biyolojîk a nû ji bo teşhîskirina zû ya cûrbecûr nexweşiyên xerab, di nav de penceşêra pişikê, tumorên gastrointestinal, glîoma û tumorên jineolojîk, hatiye bikar anîn.

Derketina holê ya platformên ji bo destnîşankirina nîşankerên biyolojîk ên peyzaja metilasyonê (Methylscape) xwedî potansiyel e ku bi girîngî ceribandina zû ya heyî ya ji bo penceşêrê baştir bike, nexweşan bixe qonaxa herî zû ya dermankirinê.

Di demên dawî de, lêkolîneran platformek hesaskirinê ya hêsan û rasterast ji bo tespîtkirina peyzaja metîlasyonê li ser bingeha nanopartikulên zêrîn ên xemilandî bi sîsteamîn (Kîst/AuNP) bi biyosensorek li ser smartphone-ê re pêşxistine ku ceribandina zû ya rêzek fireh ji tumoran gengaz dike. Lêkolîna zû ya ji bo losemiyê dikare di nav 15 hûrdeman de piştî derxistina DNA-yê ji nimûneya xwînê, bi rastbûna 90.0% were kirin. Sernavê gotarê tespîtkirina bilez a DNA-ya penceşêrê di xwîna mirovan de bi karanîna AuNP-yên bi sîsteamîn-vegirtî û smartphone-ek bi fêrbûna makîneyê ve çalakkirî ye.

Wêne 1. Platformek hestkirinê ya hêsan û bilez ji bo şopandina penceşêrê bi rêya pêkhateyên Cyst/AuNPs dikare bi du gavên hêsan were pêkanîn.

Ev di Wêne 1 de tê nîşandan. Pêşî, çareseriyeke avî ji bo helandina perçeyên DNAyê hat bikaranîn. Piştre Kîst/AuNP li çareseriya tevlihev hatin zêdekirin. DNAya normal û xerab xwedî taybetmendiyên metilasyonê yên cuda ne, di encamê de perçeyên DNAyê bi şêwazên xwe-kombûnê yên cuda çêdibin. DNAya normal bi awayekî sist kom dibe û di dawiyê de Kîst/AuNPyan kom dike, ku dibe sedema xwezaya Kîst/AuNPyan a ber bi sor ve guherî, da ku guherînek di rengê de ji sor ber bi binefşî ve bi çavê tazî were dîtin. Berevajî vê, profîla metilasyonê ya bêhempa ya DNAya penceşêrê dibe sedema hilberîna komên mezintir ên perçeyên DNAyê.

Wêneyên plakayên 96-qulî bi karanîna kamerayek têlefonê hatin kişandin. DNAya kanserê bi têlefonek bi fêrbûna makîneyê ve hatî çêkirin li gorî rêbazên spektroskopiyê hate pîvandin.

Lêkolîna penceşêrê di nimûneyên xwîna rastîn de

Ji bo berfirehkirina kêrhatîya platforma hestkirinê, lêkolîneran sensorek bikar anîn ku bi serkeftî di navbera DNAya normal û penceşêrê de di nimûneyên xwîna rastîn de ji hev cuda dike. Şêweyên metîlasyonê li cihên CpG bi awayekî epîgenetîkî îfadeya genan rêk dixin. Di hema hema hemî celebên penceşêrê de, guhertinên di metîlasyona DNAyê de û bi vî rengî di îfadeya genên ku tumorjenezîzê pêşve dixin de hatine dîtin ku bi guhertoyê diguherin.

Wek modelek ji bo penceşêrên din ên bi metîlasyona DNA-yê ve girêdayî, lêkolîneran nimûneyên xwînê ji nexweşên losemiyê û komên kontrolê yên saxlem bikar anîn da ku bandora peyzaja metîlasyonê di cûdakirina penceşêrên losemiyê de lêkolîn bikin. Ev nîşankera biyolojîk a peyzaja metîlasyonê ne tenê ji rêbazên ceribandina bilez a losemiyê yên heyî çêtir performansê nîşan dide, lê di heman demê de gengaziya berfirehkirina tespîtkirina zû ya rêzek berfireh a penceşêran bi karanîna vê ceribandina hêsan û rasterast nîşan dide.

DNA ji nimûneyên xwînê yên 31 nexweşên losemiyê û 12 kesên saxlem hate analîzkirin. wekî ku di nexşeya qutiyê ya di Wêne 2a de tê xuyang kirin, vegirtina nisbî ya nimûneyên penceşêrê (ΔA650/525) ji ya DNA ji nimûneyên normal kêmtir bû. Ev bi giranî ji ber hîdrofobîsîteya zêde bû ku dibe sedema kombûna dendik a DNAya penceşêrê, ku rê li ber kombûna Kîst/AuNPyan girt. Di encamê de, ev nanopartikul bi tevahî di tebeqeyên derveyî yên kombûnên penceşêrê de belav bûn, ku bû sedema belavbûna cûda ya Kîst/AuNPyên ku li ser kombûnên DNAya normal û penceşêrê hatine adsorbekirin. Dûv re xêzên ROC bi guhertina eşikê ji nirxek herî kêm a ΔA650/525 ber bi nirxek herî zêde ve hatin çêkirin.

Wêne 2.(a) Nirxên vegirtina nisbî yên çareseriyên kîst/AuNPs hebûna DNAya normal (şîn) û penceşêrê (sor) di bin şert û mercên çêtirînkirî de nîşan didin.

(DA650/525) ji nexşeyên qutîkê; (b) Analîz û nirxandina ROC ya testên teşhîsê. (c) Matrîksa tevliheviyê ji bo teşhîsa nexweşên normal û penceşêrê. (d) Hesasiyet, taybetmendî, nirxa pêşbînî ya erênî (PPV), nirxa pêşbînî ya neyînî (NPV) û rastbûna rêbaza pêşkeftî.

Wekî ku di Wêne 2b de tê xuyang kirin, qada di bin xêza ROC (AUC = 0.9274) de ku ji bo sensora pêşkeftî hatî bidestxistin hesasiyet û taybetmendiyek bilind nîşan da. Wekî ku ji nexşeya qutiyê tê dîtin, xala herî nizm a ku koma DNAya normal temsîl dike ji xala herî bilind a ku koma DNAya penceşêrê temsîl dike baş nayê veqetandin; ji ber vê yekê, regresyona lojîstîk ji bo cûdakirina di navbera komên normal û penceşêrê de hate bikar anîn. Bi danîna komek guhêrbarên serbixwe, ew îhtîmala çêbûna bûyerek, wekî komek penceşêr an normal, texmîn dike. Guhêrbarê girêdayî di navbera 0 û 1 de diguhere. Ji ber vê yekê encam îhtîmalek e. Me îhtîmala naskirina penceşêrê (P) li gorî ΔA650/525 wiha diyar kir.

ku b=5.3533, w1=-6.965. Ji bo dabeşkirina nimûneyan, îhtîmaleke kêmtir ji 0.5 nimûneyek normal nîşan dide, lê îhtîmaleke 0.5 an jî zêdetir nimûneyek penceşêrê nîşan dide. Wêne 2c matrîksa tevliheviyê ya ku ji pejirandina xaçerêya "bêyî ku were bikaranîn" çêbûye nîşan dide, ku ji bo pejirandina aramiya rêbaza dabeşkirinê hatiye bikar anîn. Wêne 2d nirxandina testa teşhîsê ya rêbazê, di nav de hesasiyet, taybetmendî, nirxa pêşbînî ya erênî (PPV) û nirxa pêşbînî ya neyînî (NPV) kurt dike.

Biyosensorên li ser bingeha smartphone

Ji bo hêsankirina ceribandina nimûneyan bêyî karanîna spektrofotometreyan, lêkolîneran zekaya sûnî (AI) bikar anîn da ku rengê çareseriyê şîrove bikin û di navbera kesên normal û penceşêrê de cûda bikin. Bi vê yekê, dîtina komputerê hate bikar anîn da ku rengê çareseriya Cyst/AuNPs wergerîne DNAya normal (mor) an DNAya penceşêrê (sor) bi karanîna wêneyên plakayên 96-qulî yên ku bi kameraya telefona desta hatine kişandin. Zekaya sûnî dikare lêçûnan kêm bike û gihîştinê di şîrovekirina rengê çareseriyên nanopartikulan de baştir bike, û bêyî karanîna ti aksesûarên hardware yên optîkî yên smartphone. Di dawiyê de, du modelên fêrbûna makîneyê, di nav de Random Forest (RF) û Support Vector Machine (SVM) hatin perwerdekirin da ku modelan ava bikin. Hem modelên RF û hem jî SVM nimûneyan bi rastbûnek 90.0% bi awayekî rast wekî erênî û neyînî dabeş kirin. Ev nîşan dide ku karanîna zekaya sûnî di biyosensorkirina li ser telefona desta de pir gengaz e.

Wêne 3.(a) Çîna hedef a çareseriyê ku di dema amadekirina nimûneyê de ji bo gava bidestxistina wêneyê hatiye tomar kirin. (b) Wêneya nimûne ya ku di gava bidestxistina wêneyê de hatiye girtin. (c) Şiddeta rengê çareseriya kîst/AuNPs di her qulika plakaya 96-qulikî de ku ji wêneyê hatiye derxistin (b).

Lêkolîneran bi karanîna Cyst/AuNPyan bi serkeftî platformek hestkirinê ya hêsan ji bo tespîtkirina peyzaja metîlasyonê û sensorek pêşxistin ku dikare DNAya normal ji DNAya penceşêrê cuda bike dema ku nimûneyên xwîna rastîn ji bo ceribandina losemiyê têne bikar anîn. Sensora pêşkeftî nîşan da ku DNAya ku ji nimûneyên xwîna rastîn tê derxistin dikare di 15 hûrdeman de bi lez û bez mîqdarên piçûk ên DNAya penceşêrê (3nM) di nexweşên losemiyê de tespît bike, û rastbûnek 95.3% nîşan da. Ji bo hêsankirina ceribandina nimûneyê bi rakirina hewcedariya spektrofotometreyê, fêrbûna makîneyê hate bikar anîn da ku rengê çareseriyê şîrove bike û di navbera kesên normal û penceşêrê de bi karanîna wêneyek telefona desta cûda bike, û rastbûn jî karîbû bi rêjeya 90.0% were bidestxistin.

Referans: DOI: 10.1039/d2ra05725e