የዲኤንኤ ሜቲሊየሽን ሙከራ ከስማርትፎኖች ጋር ተጣምሮ እጢዎችን እና ሉኪሚያን አስቀድሞ ለማጣራት በ90.0% ትክክለኛነት!

በፈሳሽ ባዮፕሲ ላይ ተመርኩዞ የካንሰር ቅድመ ምርመራ በቅርብ ዓመታት በዩኤስ ናሽናል ካንሰር ኢንስቲትዩት የቀረበ አዲስ የካንሰር መመርመሪያ እና የምርመራ አቅጣጫ ሲሆን ዓላማውም ቀደምት ካንሰርን አልፎ ተርፎም ቅድመ ካንሰርን ለይቶ ማወቅ ነው። የሳንባ ካንሰር፣ የጨጓራና ትራክት ዕጢዎች፣ ግሊማስ እና የማህፀን እጢዎችን ጨምሮ ለተለያዩ አደገኛ በሽታዎች ቅድመ ምርመራ እንደ ልብ ወለድ ባዮማርከር በሰፊው ጥቅም ላይ ውሏል።

የሜቲላይዜሽን መልክዓ ምድራዊ አቀማመጥን (ሜቲልስኬፕ) ባዮማርከርን ለመለየት የመሣሪያ ስርዓቶች ብቅ ማለት አሁን ያለውን የካንሰር ቅድመ ምርመራን በእጅጉ የማሻሻል አቅም አለው ይህም ታካሚዎችን በጣም ሊታከም የሚችል ደረጃ ላይ አድርጓቸዋል።

በቅርብ ጊዜ፣ ተመራማሪዎች በሳይስቴሚን ያጌጡ የወርቅ ናኖፓርቲሎች (ሳይስት/AuNPs) ከስማርትፎን ላይ ከተመሠረተ ባዮሴንሰር ጋር በማጣመር ለሜቲላይሽን መልክዓ ምድር ማወቂያ ቀላል እና ቀጥተኛ ዳሰሳ መድረክ ፈጥረዋል ይህም ብዙ አይነት ዕጢዎችን በፍጥነት ለማጣራት ያስችላል። የሉኪሚያ ቅድመ ምርመራ ዲኤንኤ ከደም ናሙና ከተወጣ በኋላ በ15 ደቂቃ ውስጥ ሊደረግ ይችላል፣ ይህም ትክክለኛነት 90.0% ነው። የአንቀፅ ርዕስ በሳይስቴሚን ሽፋን ያለው AuNPs እና በማሽን መማር የነቃ ስማርትፎን በመጠቀም በሰው ደም ውስጥ የካንሰር ዲኤንኤ በፍጥነት መለየት ነው።

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

ይህ በስእል 1 ይታያል. በመጀመሪያ, የዲ ኤን ኤ ቁርጥራጮችን ለመቅለጥ የውሃ መፍትሄ ጥቅም ላይ ይውላል. ከዚያም Cyst/AuNPs ወደ ድብልቅው መፍትሄ ተጨመሩ። መደበኛ እና አደገኛ ዲ ኤን ኤ የተለያዩ የሜቲላይዜሽን ባህሪያት አሏቸው, በዚህም ምክንያት የተለያዩ የራስ-ስብስብ ቅጦች ያላቸው የዲ ኤን ኤ ቁርጥራጮችን ያስከትላሉ. መደበኛ ዲ ኤን ኤ በቀላሉ ይሰበሰባል እና በመጨረሻም Cyst/AuNPsን ያዋህዳል፣ ይህ ደግሞ የሳይስት/AuNPs ቀይ-ተለዋዋጭ ባህሪን ያስከትላል፣ በዚህም ከቀይ ወደ ወይን ጠጅ ቀለም በአይን እይታ ይስተዋላል። በአንጻሩ የካንሰር ዲ ኤን ኤ ልዩ የሆነው ሜቲኤሌሽን ፕሮፋይል ትላልቅ የዲ ኤን ኤ ቁርጥራጮችን ወደ ማምረት ያመራል።

የ96-ጉድጓድ ሳህኖች ምስሎች የስማርትፎን ካሜራ በመጠቀም ተወስደዋል። የካንሰር ዲ ኤን ኤ የሚለካው በስፔክትሮስኮፕ ላይ ከተመሰረቱ ዘዴዎች ጋር ሲነፃፀር የማሽን ትምህርት በተገጠመለት ስማርትፎን ነው።

በእውነተኛ የደም ናሙናዎች ውስጥ የካንሰር ምርመራ

የመዳሰሻ መድረክን አገልግሎት ለማራዘም መርማሪዎቹ በእውነተኛ የደም ናሙናዎች ውስጥ በተለመደው እና በካንሰር ዲ ኤን ኤ መካከል በተሳካ ሁኔታ የሚለይ ዳሳሽ ተጠቀሙ። በCpG ጣቢያዎች ላይ ያሉ ሜቲኤሌሽን ቅጦች ኤፒጄኔቲክ በሆነ መልኩ የጂን አገላለጽ ይቆጣጠራሉ። በሁሉም የካንሰር ዓይነቶች ውስጥ የዲ ኤን ኤ ሜቲላይዜሽን ለውጦች እና በዚህም ምክንያት ቲዩሪጄኔሲስን የሚያበረታቱ የጂኖች አገላለጽ ሲለዋወጡ ተስተውለዋል.

ከዲኤንኤ ሜቲሌሽን ጋር ለተያያዙ ሌሎች ካንሰሮች አርአያ በመሆን ተመራማሪዎቹ የሉኪሚያ ካንሰርን በመለየት የሜቲሌሽን ገጽታን ውጤታማነት ለመመርመር ከሉኪሚያ በሽተኞች የደም ናሙናዎችን እና ጤናማ ቁጥጥሮችን ተጠቅመዋል። ይህ ሜቲሌሽን መልክዓ ምድራዊ ባዮማርከር አሁን ያለውን ፈጣን የሉኪሚያ ምርመራ ዘዴዎችን ከማሳየቱም በላይ ይህን ቀላል እና ቀላል ዳሰሳ በመጠቀም ሰፊ የካንሰር አይነቶችን በጊዜ ለመለየት የሚያስችል አዋጭነትን ያሳያል።

ዲ ኤን ኤ ከ 31 የሉኪሚያ በሽተኞች እና 12 ጤነኛ ግለሰቦች የደም ናሙና ተተነተነ። በስእል 2a ላይ ባለው ሳጥን ውስጥ እንደሚታየው የካንሰር ናሙናዎች (ΔA650/525) አንጻራዊ መምጠጥ ከዲኤንኤው ከተለመደው ናሙናዎች ያነሰ ነበር። ይህ በዋነኝነት የተከሰተው የሳይስት/AuNPs ውህደትን በመከልከሉ የካንሰር ዲ ኤን ኤ ወደ ጥቅጥቅ ያለ የሃይድሮፎቢሲቲነት መጠን በመጨመሩ ነው። በውጤቱም, እነዚህ ናኖፓርቲሎች ሙሉ በሙሉ በካንሰር ስብስቦች ውጫዊ ክፍል ውስጥ ተበታትነው ነበር, ይህም በተለመደው እና በካንሰር ዲ ኤን ኤ ስብስቦች ላይ የተለያየ የ Cyst/AuNPs ስርጭትን አስከትሏል. የ ROC ኩርባዎች የተፈጠሩት ከዝቅተኛው ΔA650/525 እሴት ወደ ከፍተኛ እሴት በመቀየር ነው።

ምስል 2.(ሀ) በተመቻቹ ሁኔታዎች ውስጥ መደበኛ (ሰማያዊ) እና ካንሰር (ቀይ) ዲ ኤን ኤ መኖራቸውን የሚያሳዩ የሲስቲክ/AuNPs መፍትሄዎች አንጻራዊ የመምጠጥ እሴቶች

(DA650/525) የሳጥን ሰቆች; (ለ) የ ROC ትንተና እና የምርመራ ፈተናዎች ግምገማ. (ሐ) የመደበኛ እና የካንሰር በሽተኞችን ለመመርመር ግራ መጋባት ማትሪክስ. (መ) ስሜታዊነት ፣ ስፔሲፊኬሽን ፣ አወንታዊ ትንበያ እሴት (PPV) ፣ አሉታዊ ትንበያ እሴት (NPV) እና የተገነባው ዘዴ ትክክለኛነት።

በስእል 2b ላይ እንደሚታየው ለዳበረ ዳሳሽ የተገኘው በ ROC ከርቭ (AUC = 0.9274) ስር ያለው ቦታ ከፍተኛ ስሜታዊነት እና ልዩነት አሳይቷል። ከሳጥኑ ሴራ ላይ እንደሚታየው, የተለመደው የዲ ኤን ኤ ቡድን የሚወክለው ዝቅተኛው ነጥብ የካንሰር ዲ ኤን ኤ ቡድን ከሚወክለው ከፍተኛ ነጥብ ጋር በደንብ አይለይም; ስለዚህ, የሎጂስቲክ ሪግሬሽን በተለመደው እና በካንሰር ቡድኖች መካከል ያለውን ልዩነት ለመለየት ጥቅም ላይ ውሏል. የገለልተኛ ተለዋዋጮች ስብስብ ከተሰጠ፣ እንደ ካንሰር ወይም መደበኛ ቡድን ያለ ክስተት የመከሰት እድልን ይገምታል። ጥገኛ ተለዋዋጭ በ 0 እና 1 መካከል ይለያያል. ስለዚህ ውጤቱ ዕድል ነው. በ ΔA650/525 መሰረት የካንሰርን የመለየት እድል (P) እንደሚከተለው ወስነናል።

የት b = 5.3533, w1 = -6.965. ለናሙና አመዳደብ፣ ከ0.5 በታች የመሆን እድሉ መደበኛውን ናሙና ያሳያል፣ 0.5 እና ከዚያ በላይ የመሆን እድሉ የካንሰር ናሙናን ያሳያል። ምስል 2c የምደባ ዘዴን መረጋጋት ለማረጋገጥ ከተወው-ብቻ መስቀል ማረጋገጫ የተፈጠረውን ግራ መጋባት ማትሪክስ ያሳያል። ምስል 2d ዘዴውን የመመርመሪያ ሙከራ ግምገማን ያጠቃልላል, ይህም ትብነት, ልዩነት, አወንታዊ ትንበያ እሴት (PPV) እና አሉታዊ ትንበያ እሴት (NPV).

በስማርትፎን ላይ የተመሰረቱ ባዮሴንሰሮች

የናሙና ምርመራን የበለጠ ለማቃለል ስፔክትሮፎቶሜትሮችን ሳይጠቀሙ፣ ተመራማሪዎቹ የመፍትሄውን ቀለም ለመተርጎም እና መደበኛ እና ካንሰር ያለባቸውን ሰዎች ለመለየት አርቴፊሻል ኢንተለጀንስ (AI) ተጠቅመዋል። ከዚህ አንፃር የኮምፒዩተር እይታ የሳይስት/AuNPs መፍትሄን ወደ መደበኛ ዲኤንኤ (ሐምራዊ) ወይም ካንሰር ዲ ኤን ኤ (ቀይ) በተንቀሳቃሽ ስልክ ካሜራ የተወሰዱ ባለ 96-ጉድጓዶችን ምስሎች በመጠቀም ለመተርጎም ጥቅም ላይ ውሏል። አርቲፊሻል ኢንተለጀንስ ወጪዎችን ሊቀንስ እና የናኖፓርቲክል መፍትሄዎችን ቀለም በመተርጎም ተደራሽነትን ማሻሻል እና ምንም አይነት የጨረር ሃርድዌር ስማርትፎን መለዋወጫዎችን ሳይጠቀም። በመጨረሻም ራንደም ፎረስት (RF) እና ደጋፊ ቬክተር ማሽን (SVM)ን ጨምሮ ሁለት የማሽን መማሪያ ሞዴሎች ሞዴሎቹን ለመስራት ሰልጥነዋል። ሁለቱም የ RF እና SVM ሞዴሎች ናሙናዎቹን በ 90.0% ትክክለኛነት በአዎንታዊ እና በአሉታዊነት ይመድባሉ. ይህ የሚያሳየው በሞባይል ስልክ ላይ የተመሰረተ ባዮሴንሲንግ ላይ አርቴፊሻል ኢንተለጀንስ መጠቀም በጣም የሚቻል መሆኑን ነው።

ምስል 3. (ሀ) ለምስል ማግኛ ደረጃ ናሙና በሚዘጋጅበት ጊዜ የተመዘገበው የመፍትሄው ዒላማ ክፍል. (ለ) በምስል ማግኛ ደረጃ ላይ የተወሰደ ምሳሌ። (ሐ) በእያንዳንዱ ጉድጓድ ውስጥ ያለው የሳይስቲክ/AuNPs መፍትሔ ከሥዕሉ በተወጣው ባለ 96 ጉድጓድ ውስጥ ያለው የቀለም መጠን (ለ)።

ሳይስት/AuNPsን በመጠቀም ተመራማሪዎች ለሜቲላይሽን መልክዓ ምድራዊ አቀማመጥ ቀላል የመዳሰሻ መድረክ እና ትክክለኛ የደም ናሙናዎችን ለሉኪሚያ ምርመራ በሚጠቀሙበት ጊዜ መደበኛውን ዲ ኤን ኤ ከካንሰር ዲ ኤን ኤ ለመለየት የሚያስችል ዳሳሽ በተሳካ ሁኔታ ሠርተዋል። የዳበረው ​​ዳሳሽ ከትክክለኛው የደም ናሙናዎች የወጣው ዲ ኤን ኤ በ15 ደቂቃ ውስጥ በሉኪሚያ በሽተኞች ላይ አነስተኛ መጠን ያላቸውን የካንሰር ዲ ኤን ኤ (3nM) በፍጥነት እና ወጪ ቆጣቢ ለመለየት መቻሉን እና የ95.3% ትክክለኛነት አሳይቷል። የስፔክትሮፎቶሜትርን አስፈላጊነት በማስቀረት የናሙና ምርመራን የበለጠ ለማቃለል የማሽን መማሪያ የመፍትሄውን ቀለም ለመተርጎም እና የሞባይል ስልክ ፎቶግራፍ በመጠቀም መደበኛ እና ካንሰር ያለባቸውን ግለሰቦች ለመለየት ጥቅም ላይ የዋለ ሲሆን ትክክለኝነትንም በ90.0% ማግኘት ተችሏል።

ዋቢ፡ DOI፡ 10.1039/d2ra05725e