Profi methylation DNA wedi'i gyfuno â ffonau smart ar gyfer sgrinio tiwmorau a sgrinio lewcemia yn gynnar gyda chywirdeb o 90.0%!

Mae canfod canser yn gynnar yn seiliedig ar fiopsi hylif yn gyfeiriad newydd o ganfod a diagnosis canser a gynigiwyd gan Sefydliad Canser Cenedlaethol yr Unol Daleithiau yn ystod y blynyddoedd diwethaf, gyda'r nod o ganfod canser cynnar neu hyd yn oed briwiau cyn-ganseraidd.Fe'i defnyddiwyd yn helaeth fel biofarciwr newydd ar gyfer diagnosis cynnar o falaeneddau amrywiol, gan gynnwys canser yr ysgyfaint, tiwmorau gastroberfeddol, glomas a thiwmorau gynaecolegol.

Mae gan ymddangosiad llwyfannau i nodi biomarcwyr tirwedd methylation (Methylscape) y potensial i wella sgrinio cynnar presennol ar gyfer canser yn sylweddol, gan roi cleifion ar y cam cynharaf y gellir ei drin.

Yn ddiweddar, mae ymchwilwyr wedi datblygu llwyfan synhwyro syml ac uniongyrchol ar gyfer canfod tirwedd methylation yn seiliedig ar nanoronynnau aur addurnedig cysteamine (Cyst / AuNPs) ynghyd â biosynhwyrydd ffôn clyfar sy'n galluogi sgrinio cynnar cyflym o ystod eang o diwmorau.Gellir cyflawni sgrinio cynnar ar gyfer lewcemia o fewn 15 munud ar ôl echdynnu DNA o sampl gwaed, gyda chywirdeb o 90.0%.Teitl yr erthygl yw Canfod DNA canser yn gyflym mewn gwaed dynol gan ddefnyddio AuNPs â chap cystein a ffôn clyfar wedi'i alluogi gan beiriant.

Ffigur 1. Gellir cyflawni llwyfan synhwyro syml a chyflym ar gyfer sgrinio canser trwy gydrannau Cyst/AuNPs mewn dau gam syml.

Dangosir hyn yn Ffigur 1. Yn gyntaf, defnyddiwyd hydoddiant dyfrllyd i hydoddi'r darnau DNA.Yna ychwanegwyd Cyst/AuNPs at yr ateb cymysg.Mae gan DNA normal a malaen briodweddau methylation gwahanol, gan arwain at ddarnau DNA gyda gwahanol batrymau hunangynnull.Mae DNA normal yn agregu'n llac ac yn y pen draw yn agregu Cyst/AuNPs, sy'n arwain at natur symud coch Cyst/AuNPs, fel y gellir gweld newid mewn lliw o goch i borffor gyda'r llygad noeth.Mewn cyferbyniad, mae proffil methylation unigryw DNA canser yn arwain at gynhyrchu clystyrau mwy o ddarnau DNA.

Tynnwyd delweddau o blatiau 96-ffynnon gan ddefnyddio camera ffôn clyfar.Mesurwyd DNA canser gan ffôn clyfar a oedd yn cynnwys dysgu peirianyddol o gymharu â dulliau seiliedig ar sbectrosgopeg.

Sgrinio canser mewn samplau gwaed go iawn

Er mwyn ehangu defnyddioldeb y llwyfan synhwyro, cymhwysodd yr ymchwilwyr synhwyrydd a oedd yn gwahaniaethu'n llwyddiannus rhwng DNA normal a chanseraidd mewn samplau gwaed go iawn.Mae patrymau methylation ar safleoedd CpG yn rheoleiddio mynegiant genynnau yn epigenetig.Ym mron pob math o ganser, gwelwyd bod newidiadau mewn methylation DNA ac felly yn y mynegiant o enynnau sy'n hyrwyddo tumorigenesis bob yn ail.

Fel model ar gyfer canserau eraill sy'n gysylltiedig â methylation DNA, defnyddiodd yr ymchwilwyr samplau gwaed gan gleifion lewcemia a rheolaethau iach i ymchwilio i effeithiolrwydd y dirwedd methylation wrth wahaniaethu rhwng canserau lewcemia.Mae'r biomarcwr tirwedd methylation hwn nid yn unig yn perfformio'n well na'r dulliau sgrinio lewcemia cyflym presennol, ond mae hefyd yn dangos dichonoldeb ymestyn i ganfod ystod eang o ganserau yn gynnar gan ddefnyddio'r assay syml a syml hwn.

Dadansoddwyd DNA o samplau gwaed 31 o gleifion lewcemia a 12 o unigolion iach.fel y dangosir yn y plot blwch yn Ffigur 2a, roedd amsugnedd cymharol y samplau canser (ΔA650/525) yn is na DNA o samplau arferol.roedd hyn yn bennaf oherwydd y hydroffobigedd gwell a arweiniodd at agregu dwys o DNA canser, a oedd yn atal agregu Cyst/AuNPs.O ganlyniad, gwasgarwyd y nanoronynnau hyn yn gyfan gwbl yn haenau allanol yr agregau canser, a arweiniodd at wasgariad gwahanol o Cyst / AuNPs wedi'i arsugno ar agregau DNA normal a chanser.Yna cynhyrchwyd cromliniau ROC trwy amrywio'r trothwy o isafswm gwerth ΔA650/525 i uchafswm gwerth.

Ffigur 2.(a) Gwerthoedd amsugnedd cymharol hydoddiannau codennau/AuNPs yn dangos presenoldeb DNA normal (glas) a chanser (coch) o dan amodau optimaidd

(DA650/525) o leiniau blwch;(b) ROC dadansoddi a gwerthuso profion diagnostig.(c) Matrics dryswch ar gyfer diagnosis cleifion normal a chanser.(d) Sensitifrwydd, penodoldeb, gwerth rhagfynegol positif (PPV), gwerth rhagfynegol negyddol (NPV) a chywirdeb y dull datblygedig.

Fel y dangosir yn Ffigur 2b, roedd yr ardal o dan y gromlin ROC (AUC = 0.9274) a gafwyd ar gyfer y synhwyrydd datblygedig yn dangos sensitifrwydd a phenodoldeb uchel.Fel y gwelir o'r plot blwch, nid yw'r pwynt isaf sy'n cynrychioli'r grŵp DNA arferol wedi'i wahanu'n dda oddi wrth y pwynt uchaf sy'n cynrychioli'r grŵp DNA canser;felly, defnyddiwyd atchweliad logistaidd i wahaniaethu rhwng y grwpiau normal a chanser.O ystyried set o newidynnau annibynnol, mae'n amcangyfrif y tebygolrwydd y bydd digwyddiad yn digwydd, fel canser neu grŵp normal.Mae'r newidyn dibynnol yn amrywio rhwng 0 ac 1. Mae'r canlyniad felly yn debygolrwydd.Fe wnaethom benderfynu ar y tebygolrwydd o adnabod canser (P) yn seiliedig ar ΔA650/525 fel a ganlyn.

lle b=5.3533,w1=-6.965.Ar gyfer dosbarthu sampl, mae tebygolrwydd o lai na 0.5 yn dynodi sampl arferol, tra bod tebygolrwydd o 0.5 neu uwch yn dynodi sampl canser.Mae Ffigur 2c yn dangos y matrics dryswch a gynhyrchwyd o'r croes-ddilysiad gadael ar ei ben ei hun, a ddefnyddiwyd i ddilysu sefydlogrwydd y dull dosbarthu.Mae Ffigur 2d yn crynhoi gwerthusiad prawf diagnostig y dull, gan gynnwys sensitifrwydd, penodoldeb, gwerth rhagfynegol cadarnhaol (PPV) a gwerth rhagfynegol negyddol (NPV).

Biosynhwyryddion ffôn clyfar

Er mwyn symleiddio profion sampl ymhellach heb ddefnyddio sbectroffotomedrau, defnyddiodd yr ymchwilwyr ddeallusrwydd artiffisial (AI) i ddehongli lliw yr hydoddiant a gwahaniaethu rhwng unigolion normal a chanseraidd.O ystyried hyn, defnyddiwyd gweledigaeth gyfrifiadurol i drosi lliw datrysiad Cyst/AuNPs yn DNA normal (porffor) neu DNA canseraidd (coch) gan ddefnyddio delweddau o blatiau 96-ffynnon a dynnwyd trwy gamera ffôn symudol.Gall deallusrwydd artiffisial leihau costau a gwella hygyrchedd wrth ddehongli lliw datrysiadau nanoronynnau, a heb ddefnyddio unrhyw ategolion ffôn clyfar caledwedd optegol.Yn olaf, hyfforddwyd dau fodel dysgu peirianyddol, gan gynnwys Random Forest (RF) a Support Vector Machine (SVM) i adeiladu’r modelau.dosbarthodd y modelau RF a SVM y samplau yn gywir fel rhai positif a negyddol gyda chywirdeb o 90.0%.Mae hyn yn awgrymu bod defnyddio deallusrwydd artiffisial mewn biosynhwyro ar sail ffôn symudol yn eithaf posibl.

Ffigur 3.(a) Dosbarth targed yr ateb a gofnodwyd wrth baratoi'r sampl ar gyfer y cam caffael delwedd.(b) Delwedd enghreifftiol a dynnwyd yn ystod y cam caffael delwedd.(c) Arddwysedd lliw'r syst/hydoddiant AuNPs ym mhob ffynnon o'r plât 96-ffynnon a echdynnwyd o'r ddelwedd (b).

Gan ddefnyddio Cyst/AuNPs, mae ymchwilwyr wedi llwyddo i ddatblygu llwyfan synhwyro syml ar gyfer canfod tirwedd methylation a synhwyrydd sy'n gallu gwahaniaethu rhwng DNA normal a DNA canser wrth ddefnyddio samplau gwaed go iawn ar gyfer sgrinio lewcemia.Dangosodd y synhwyrydd datblygedig fod DNA a echdynnwyd o samplau gwaed go iawn yn gallu canfod symiau bach o DNA canser (3nM) yn gyflym ac yn gost-effeithiol mewn cleifion lewcemia mewn 15 munud, a dangosodd gywirdeb o 95.3%.Er mwyn symleiddio profion sampl ymhellach trwy ddileu'r angen am sbectroffotomedr, defnyddiwyd dysgu peiriant i ddehongli lliw'r datrysiad a gwahaniaethu rhwng unigolion normal a chanseraidd gan ddefnyddio ffotograff ffôn symudol, a llwyddwyd i sicrhau cywirdeb hefyd ar 90.0%.

Cyfeirnod: DOI: 10.1039/d2ra05725e