የዲኤንኤ ሜቲሌሽን ምርመራ ከስማርት ስልኮች ጋር ተጣምሮ የቲሞር እና የሉኪሚያ ምርመራን ቀደም ብሎ ለማጣራት 90.0% ትክክለኛነት አለው!

በፈሳሽ ባዮፕሲ ላይ የተመሠረተ የካንሰርን ቀደም ብሎ መለየት በቅርብ ዓመታት ውስጥ በዩኤስ ብሔራዊ የካንሰር ተቋም የቀረበው የካንሰር ምርመራ እና ምርመራ አዲስ አቅጣጫ ሲሆን ይህም ቀደምት ካንሰርን ወይም ቅድመ ካንሰር ቁስሎችን ለመለየት ያለመ ነው። የሳንባ ካንሰርን፣ የጨጓራና የጨጓራ ​​እጢዎችን፣ ግሊዮማዎችን እና የማህፀን እጢዎችን ጨምሮ የተለያዩ አደገኛ ዕጢዎችን ቀደም ብሎ ለመመርመር እንደ አዲስ ባዮማርከር በስፋት ጥቅም ላይ ውሏል።

የሜቲሊቴሽን መልክዓ ምድር (ሜቲልስኬፕ) ባዮማርከሮችን ለመለየት የሚያስችሉ መድረኮች ብቅ ማለት አሁን ያለውን የካንሰር የመጀመሪያ ምርመራ በከፍተኛ ሁኔታ ለማሻሻል የሚያስችል አቅም አለው፣ ይህም ታካሚዎችን በመጀመሪያ ደረጃ ሊታከም በሚችል ደረጃ ላይ ያስቀምጣቸዋል።

በቅርብ ጊዜ ተመራማሪዎች በሳይስቴሚን የተጌጡ የወርቅ ናኖፓርቲክሎች (Cyst/AuNPs) ላይ ተመስርቶ ሜቲሌሽንን ለመለየት ቀላል እና ቀጥተኛ የዳሰሳ መድረክ አዘጋጅተዋል፣ ይህም በስማርትፎን ላይ የተመሰረተ ባዮሴንሰር እና የተለያዩ ዕጢዎችን በፍጥነት ቀደም ብሎ ለመመርመር ያስችላል። የሉኪሚያ ቅድመ ምርመራ ከደም ናሙና ዲኤንኤ ከተወጣ በኋላ በ15 ደቂቃዎች ውስጥ ሊከናወን ይችላል፣ ይህም ትክክለኛነት 90.0% ነው። የጽሑፉ ርዕስ በሳይስቴሚን የተሸፈኑ AUNPs እና በማሽን መማር የነቃ ስማርትፎን በመጠቀም በሰው ደም ውስጥ የካንሰር ዲኤንኤ በፍጥነት መለየት ነው።

ምስል 1. በCyst/AuNPs ክፍሎች በኩል ለካንሰር ምርመራ ቀላል እና ፈጣን ዳሰሳ መድረክ በሁለት ቀላል ደረጃዎች ሊከናወን ይችላል።

ይህ በስእል 1 ላይ ይታያል። በመጀመሪያ፣ የዲኤንኤ ቁርጥራጮችን ለመሟሟት የውሃ መፍትሄ ጥቅም ላይ ውሏል። ከዚያም ሲስት/አውኤንፒዎች ወደ ድብልቅ መፍትሄው ተጨመሩ። መደበኛ እና አደገኛ ዲኤንኤ የተለያዩ የሜቲሌሽን ባህሪያት አሏቸው፣ ይህም የተለያዩ የራስ-መገጣጠሚያ ቅጦች ያላቸው የዲኤንኤ ቁርጥራጮችን አስከትሏል። መደበኛ ዲኤንኤ ልቅ በሆነ መልኩ ይሰበሰባል እና በመጨረሻም ሲስት/አውኤንፒዎችን ያዋህዳል፣ ይህም የሳይስት/አውኤንፒዎችን ቀይ-ተለዋዋጭ ባህሪ ያስከትላል፣ ስለዚህ ከቀይ ወደ ወይንጠጅ ቀለም መቀየር በባዶ ዓይን ሊታይ ይችላል። በተቃራኒው፣ የካንሰር ዲኤንኤ ልዩ የሜቲሌሽን መገለጫ ትላልቅ የዲኤንኤ ቁርጥራጮች እንዲፈጠሩ ያደርጋል።

የ96 ጉድጓድ ሳህኖች ምስሎች የተነሱት በስማርት ስልክ ካሜራ ነው። የካንሰር ዲኤንኤ የሚለካው በስፔክትሮስኮፒ ላይ ከተመሰረቱ ዘዴዎች ጋር ሲነጻጸር በማሽን መማሪያ በተገጠመለት ስማርት ስልክ ነው።

በእውነተኛ የደም ናሙናዎች ውስጥ የካንሰር ምርመራ

የዳሰሳ ፕላትፎርሙን ጥቅም ለማስፋት፣ መርማሪዎቹ በእውነተኛ የደም ናሙናዎች ውስጥ በመደበኛ እና በካንሰር ዲ ኤን ኤ መካከል በተሳካ ሁኔታ የሚለይ ዳሳሽ ተጠቅመዋል። በሲፒጂ ቦታዎች ላይ የሜቲሌሽን ቅጦች የጂን አገላለጽን በኤፒጄኔቲክ ይቆጣጠራሉ። በሁሉም የካንሰር ዓይነቶች ማለት ይቻላል፣ በዲኤንኤ ሜቲሌሽን እና በዚህም ምክንያት ቲዩመሪጄኔሲስን የሚያበረታቱ ጂኖች አገላለጽ ላይ የሚደረጉ ለውጦች ተለዋጭ ሆነው ተስተውለዋል።

ተመራማሪዎቹ ከዲኤንኤ ሜቲሌሽን ጋር ለተያያዙ ሌሎች ካንሰሮች ሞዴል በመሆን፣ የሜቲሌሽን ገጽታን በሉኪሚያ ካንሰሮችን ለመለየት ያለውን ውጤታማነት ለመመርመር ከሉኪሚያ ታካሚዎች የደም ናሙናዎችን እና ጤናማ መቆጣጠሪያዎችን ተጠቅመዋል። ይህ የሜቲሌሽን ገጽታ ባዮማርከር አሁን ያሉትን ፈጣን የሉኪሚያ ማጣሪያ ዘዴዎችን ከማሻሻል ባለፈ፣ ይህንን ቀላል እና ቀጥተኛ ምርመራ በመጠቀም የተለያዩ ካንሰሮችን ቀደም ብሎ ለመለየት ያለውን አቅም ያሳያል።

ከ31 የሉኪሚያ በሽተኞች እና ከ12 ጤናማ ግለሰቦች የደም ናሙናዎች የተገኘው ዲኤንኤ ተተነተነ። በምስል 2a ላይ ባለው የሳጥን ሴራ ላይ እንደሚታየው የካንሰር ናሙናዎች (ΔA650/525) አንጻራዊ የመምጠጥ መጠን ከመደበኛ ናሙናዎች የተገኘው ዲኤንኤ ያነሰ ነበር። ይህ በዋነኝነት የተከሰተው የካንሰር ዲኤንኤ ጥቅጥቅ ያለ ውህደትን በማምጣት በሃይድሮፎቢቲዝም ምክንያት ሲሆን ይህም የሳይስት/አውኤንፒዎችን ውህደት በመከላከል ነው። በዚህም ምክንያት እነዚህ ናኖፓርቲክሎች በካንሰር ውህዶች ውጫዊ ንብርብሮች ውስጥ ሙሉ በሙሉ ተበታትነው ነበር፣ ይህም በተለመደው እና በካንሰር ዲኤንኤ ውህዶች ላይ የተዋሃዱ የሳይስት/አውኤንፒዎች መበታተን አስከትሏል። ከዚያም የROC ኩርባዎች የተፈጠሩት ከዝቅተኛው ΔA650/525 እሴት ወደ ከፍተኛ እሴት በመቀየር ነው።

ምስል 2.(ሀ) በተመቻቹ ሁኔታዎች ውስጥ መደበኛ (ሰማያዊ) እና የካንሰር (ቀይ) ዲኤንኤ መኖሩን የሚያሳዩ የሳይስት/ኤውኤንፒ መፍትሄዎች አንጻራዊ የመምጠጥ እሴቶች

የሳጥን ፕላቶች (DA650/525)፤ (ለ) የምርመራ ምርመራዎች የROC ትንተና እና ግምገማ። (ሐ) ለመደበኛ እና ለካንሰር በሽተኞች ምርመራ የግራ መጋባት ማትሪክስ። (መ) ስሜታዊነት፣ ልዩነት፣ አዎንታዊ ትንበያ እሴት (PPV)፣ አሉታዊ ትንበያ እሴት (NPV) እና የተገነባው ዘዴ ትክክለኛነት።

በስእል 2ለ ላይ እንደሚታየው፣ ለዳበረው ዳሳሽ የተገኘው የROC ኩርባ (AUC = 0.9274) አካባቢ ከፍተኛ ስሜታዊነት እና ልዩነቱን አሳይቷል። ከሳጥኑ ሴራ እንደሚታየው፣ መደበኛውን የዲኤንኤ ቡድን የሚወክለው ዝቅተኛው ነጥብ ከካንሰር ዲኤንኤ ቡድን ከሚወክለው ከፍተኛ ነጥብ በደንብ የተለየ አይደለም፤ ስለዚህ፣ በመደበኛ እና በካንሰር ቡድኖች መካከል ለመለየት የሎጂስቲክ ሪግሬሽን ጥቅም ላይ ውሏል። ገለልተኛ ተለዋዋጮችን ስብስብ ከግምት ውስጥ በማስገባት፣ እንደ ካንሰር ወይም መደበኛ ቡድን ያሉ ክስተቶች የመከሰት እድልን ይገምታል። ጥገኛው ተለዋዋጭ በ0 እና 1 መካከል ይገኛል። ስለዚህ ውጤቱ ዕድል ነው። በ ΔA650/525 ላይ በመመስረት የካንሰር መለያ (P) እድልን እንደሚከተለው ወስነናል።

የት b=5.3533,w1=-6.965። ለናሙና ምደባ፣ ከ0.5 በታች የሆነ እድል መደበኛ ናሙናን ያመለክታል፣ የ0.5 ወይም ከዚያ በላይ እድል ደግሞ የካንሰር ናሙናን ያመለክታል። ምስል 2ሐ የምደባ ዘዴውን መረጋጋት ለማረጋገጥ ጥቅም ላይ የዋለውን ከ leave-it-only cross-validation የመነጨውን ግራ መጋባት ማትሪክስ ያሳያል። ምስል 2d የሜዳውን የምርመራ ሙከራ ግምገማ ያጠቃልላል፣ ይህም ስሜታዊነት፣ ልዩነት፣ አዎንታዊ ትንበያ እሴት (PPV) እና አሉታዊ ትንበያ እሴት (NPV)ን ያጠቃልላል።

በስማርትፎን ላይ የተመሰረቱ ባዮሴንሰሮች

የናሙና ሙከራን ያለ ስፔክትሮፎቶሜትሮች በመጠቀም ለማቃለል ተመራማሪዎቹ የመፍትሄውን ቀለም ለመተርጎም እና መደበኛ እና ካንሰር ያለባቸውን ግለሰቦች ለመለየት አርቲፊሻል ኢንተለጀንስ (AI) ተጠቅመዋል። በዚህ ምክንያት፣ የኮምፒውተር እይታ የCyst/AuNPs መፍትሄን ቀለም ወደ መደበኛ ዲኤንኤ (ሐምራዊ) ወይም የካንሰር ዲኤንኤ (ቀይ) ለመተርጎም በሞባይል ስልክ ካሜራ የተወሰዱ 96-ጉድጓድ ሳህኖች ምስሎችን በመጠቀም ጥቅም ላይ ውሏል። አርቲፊሻል ኢንተለጀንስ ወጪዎችን ሊቀንስ እና የናኖፓርቲክል መፍትሄዎችን ቀለም በመተርጎም ረገድ ተደራሽነትን ሊያሻሽል ይችላል፣ እና ምንም አይነት የኦፕቲካል ሃርድዌር የስማርትፎን መለዋወጫዎችን ሳይጠቀሙ። በመጨረሻም፣ ሁለት የማሽን መማሪያ ሞዴሎች፣ ራንደም ፎረስት (RF) እና የድጋፍ ቬክተር ማሽን (SVM)ን ጨምሮ፣ ሞዴሎቹን እንዲገነቡ ስልጠና ተሰጥቷቸዋል። ሁለቱም የRF እና የSVM ሞዴሎች ናሙናዎቹን በትክክል እንደ አወንታዊ እና አሉታዊ በ90.0% ትክክለኛነት መድበዋል። ይህ የሚያመለክተው በሞባይል ስልክ ላይ በተመሰረተ ባዮሴንሲንግ ውስጥ አርቲፊሻል ኢንተለጀንስን መጠቀም በጣም የሚቻል መሆኑን ነው።

ምስል 3.(ሀ) ለምስል ማግኛ ደረጃ ናሙናው በተዘጋጀበት ወቅት የተመዘገበው የመፍትሄው ዒላማ ክፍል። (ለ) በምስል ማግኛ ደረጃ የተነሳው ምስል ምሳሌ። (ሐ) ከምስሉ የተወሰደው 96-ጉድጓድ ሳህን ውስጥ በእያንዳንዱ ጉድጓድ ውስጥ የሳይስት/AuNPs መፍትሄ የቀለም ጥንካሬ (ለ)።

ተመራማሪዎች Cyst/AuNPs ን በመጠቀም ለሜቲሌሽን መልክዓ ምድር ለይቶ ማወቅ ቀላል የሆነ የዳሰሳ መድረክ እና ለሉኪሚያ ምርመራ እውነተኛ የደም ናሙናዎችን ሲጠቀሙ መደበኛውን ዲኤንኤ ከካንሰር ዲኤንኤ ለመለየት የሚያስችል ዳሳሽ በተሳካ ሁኔታ አዘጋጅተዋል። የተሻሻለው ዳሳሽ ከእውነተኛ የደም ናሙናዎች የተወሰደው ዲኤንኤ በ15 ደቂቃዎች ውስጥ በሉኪሚያ በሽተኞች ላይ አነስተኛ መጠን ያለው የካንሰር ዲኤንኤ (3nM) በፍጥነት እና በተመጣጣኝ ዋጋ መለየት እንደቻለ እና 95.3% ትክክለኛነት እንዳለው አሳይቷል። የስፔክትሮፎቶሜትር አስፈላጊነትን በማስወገድ የናሙና ምርመራን የበለጠ ለማቃለል የማሽን መማሪያ የመፍትሄውን ቀለም ለመተርጎም እና በሞባይል ስልክ ፎቶግራፍ በመጠቀም በመደበኛ እና በካንሰር በተያዙ ግለሰቦች መካከል ለመለየት ጥቅም ላይ ውሏል፣ እና ትክክለኛነት በ90.0% ማሳካት ችሏል።

ማጣቀሻ፡ DOI፡ 10.1039/d2ra05725e