Tástáil meitilation DNA in éineacht le fóin chliste chun scagadh luath a dhéanamh ar siadaí agus leoicéime le cruinneas 90.0%!

Is treo nua chun ailse a bhrath agus a dhiagnóisiú atá molta ag Institiúid Náisiúnta Ailse na SA le blianta beaga anuas é ailse a bhrath go luath bunaithe ar bithóipse leachtach, agus é mar aidhm aige ailse luath nó fiú loit réamhailse a bhrath. Baineadh úsáid go forleathan as mar bhithmharcóir nua chun diagnóis luath a dhéanamh ar urchóideacht éagsúla, lena n-áirítear ailse scamhóg, siadaí gastrointestinal, gliomas agus siadaí gínéiceolaíocha.

Tá an poitéinseal ag teacht chun cinn ardán chun bithmharcóirí tírdhreacha meitilaithe (Methylscape) a shainaithint feabhas suntasach a chur ar an luathscagadh ailse atá ann cheana féin, ag cur othair ag an gcéim is luaithe is féidir a chóireáil.

Le déanaí, d'fhorbair taighdeoirí ardán braite simplí agus díreach le haghaidh braite tírdhreacha meitilation bunaithe ar nanacháithníní óir maisithe le cistaimín (Cyst/AuNPanna) mar aon le bithbhraiteoir atá bunaithe ar fhóin chliste a chumasaíonn scagadh tapa ar raon leathan siadaí. Is féidir scagadh luath le haghaidh leoicéime a dhéanamh laistigh de 15 nóiméad tar éis eastóscadh DNA ó shampla fola, le cruinneas 90.0%. Is é teideal an ailt ná Brath Mear DNA ailse san fhuil dhaonna ag baint úsáide as AuNPanna le caipín cistaimín agus fón cliste meaisín-chumasaithe.

Fíor 1. Is féidir ardán braite tapa agus simplí le haghaidh scagthástála ailse trí chomhpháirt Cyst/AuNP a chur i gcrích in dhá chéim shimplí.

Léirítear é seo i bhFíor 1. Ar dtús, baineadh úsáid as tuaslagán uiscí chun na blúirí DNA a thuaslagadh. Cuireadh Cyst/AuNPanna leis an réiteach measctha ansin. Tá airíonna meitilation difriúla ag DNA gnáth agus urchóideach, rud a fhágann go bhfuil blúirí DNA le patrúin féin-tionóil éagsúla. Comhbhailíonn gnáth-DNA go scaoilte agus ar deireadh comhiomlánaíonn sé Cyst/AuNPanna, rud a fhágann go mbíonn Cyst/AuNPanna dearg-aistrithe, ionas gur féidir athrú ar dhath ó dearg go corcra a fheiceáil leis an tsúil nocht. I gcodarsnacht leis sin, mar thoradh ar phróifíl meitilation uathúil DNA ailse, táirgeadh braislí níos mó de blúirí DNA.

Tógadh íomhánna de phlátaí 96-tobar ag baint úsáide as ceamara smartphone. Rinneadh DNA ailse a thomhas le fón cliste atá feistithe le meaisínfhoghlaim i gcomparáid le modhanna bunaithe ar speictreascópacht.

Scagthástáil ailse i samplaí fola fíor

Chun fóntais an ardáin braite a leathnú, chuir na himscrúdaitheoirí braiteoir i bhfeidhm a rinne idirdhealú rathúil idir DNA gnáth agus ailse i samplaí fola fíor. rialaíonn patrúin meitilation ag láithreáin CpG léiriú géine go epigenetically. I mbeagnach gach cineál ailse, breathnaíodh athruithe ar mheitiliú DNA agus dá bhrí sin i léiriú géinte a chuireann tumourigenesis chun cinn.

Mar eiseamláir d’ailsí eile a bhaineann le meitilation DNA, d’úsáid na taighdeoirí samplaí fola ó othair leoicéime agus rialuithe sláintiúla chun éifeachtúlacht an tírdhreacha meitileacháin a imscrúdú maidir le hailse leoicéime a dhifreáil. Ní hamháin go n-éiríonn leis an mbithmharcóir tírdhreacha meitileúcháin seo ná modhanna tapa scagthástála leoicéime atá ann cheana féin, ach léiríonn sé freisin an fhéidearthacht a bhaineann le leathnú go luathbhrath raon leathan ailsí ag baint úsáide as an measúnú simplí simplí seo.

Rinneadh anailís ar DNA ó shamplaí fola ó 31 othar leoicéime agus 12 duine sláintiúil. mar a thaispeántar sa bhosca-phlota i bhFíor 2a, bhí ionsúchán coibhneasta na samplaí ailse (ΔA650/525) níos ísle ná sin DNA ó ghnáthshamplaí. tharla sé seo go príomha mar gheall ar an hidreafóbacht fheabhsaithe as ar eascair comhiomlánú dlúth DNA ailse, a chuir cosc ​​ar chomhiomlánú Cyst/AuNPanna. Mar thoradh air sin, scaipeadh na nanacháithníní seo go hiomlán sna sraitheanna seachtracha de na comhiomláin ailse, rud a d'fhág go raibh scaipeadh difriúil Cyst/AuNPanna asaithe ar ghnáthchomhiomláin DNA agus ailse. Gineadh cuair ROC ansin tríd an tairseach a athrú ó íosluach ΔA650/525 go huasluach.

Fíor 2.(a) Luachanna ionsúcháin coibhneasta tuaslagáin chisteach/AuNP a thaispeánann láithreacht dna normalach (gorm) agus ailse (dearg) faoi choinníollacha optamaithe

(DA650/525) de cheapacha bosca; (b) anailís ROC agus meastóireacht ar thástálacha diagnóiseacha. (c) Maitrís mearbhaill chun gnáthothair agus othair ailse a dhiagnóisiú. (d) Íogaireacht, sainiúlacht, luach tuar deimhneach (PPV), luach réamh-mheastacháin diúltach (NPV) agus cruinneas an mhodha forbartha.

Mar a thaispeántar i bhFíor 2b, léirigh an limistéar faoi chuar ROC (AUC = 0.9274) a fuarthas don braiteoir forbartha ard íogaireacht agus sainiúlacht. Mar is léir ó phlota an bhosca, níl an pointe is ísle a sheasann don ghnáthghrúpa DNA scartha go maith ón bpointe is airde a sheasann don ghrúpa DNA ailse; dá bhrí sin, baineadh úsáid as aischéimniú lóistíochta chun idirdhealú a dhéanamh idir na gnáthghrúpaí agus na grúpaí ailse. I bhfianaise sraith athróg neamhspleácha, déanann sé meastachán ar an dóchúlacht go dtarlóidh teagmhas, amhail ailse nó gnáthghrúpa. Raonta an athróg spleách idir 0 agus 1. Is é an toradh mar sin dóchúlacht. Chinneamar an dóchúlacht go n-aithneofaí ailse (P) bunaithe ar ΔA650/525 mar seo a leanas.

áit a bhfuil b=5.3533,w1=-6.965. Maidir le haicmiú samplaí, léiríonn dóchúlacht níos lú ná 0.5 gnáthshampla, agus léiríonn dóchúlacht 0.5 nó níos airde sampla ailse. Léiríonn Fíor 2c an maitrís mearbhaill a ghintear ón tras-bhailíochtú fágála aonair, a úsáideadh chun cobhsaíocht an mhodha aicmithe a bhailíochtú. Déanann Fíor 2d achoimre ar mheastóireacht tástála diagnóiseacha an mhodha, lena n-áirítear íogaireacht, sainiúlacht, luach dearfach réamh-mheastacháin (PPV) agus luach réamh-mheastacháin diúltach (NPV).

Bithbhraiteoirí atá bunaithe ar fhóin chliste

Chun tástáil shamplach a shimpliú a thuilleadh gan úsáid a bhaint as speictreafótaiméadair, d'úsáid na taighdeoirí intleacht shaorga (AI) chun dath an tuaslagáin a léirmhíniú agus chun idirdhealú a dhéanamh idir daoine aonair gnáth agus ailse. Mar gheall air seo, baineadh úsáid as fís ríomhaire chun dath an tuaslagáin Cyst/AuNPs a aistriú go gnáth DNA (corcra) nó DNA ailse (dearg) ag baint úsáide as íomhánna de phlátaí 96-tobar a tógadh trí cheamara fón póca. Is féidir le hintleacht shaorga costais a laghdú agus inrochtaineacht a fheabhsú maidir le dath réitigh nanacháithníní a léirmhíniú, agus gan úsáid a bhaint as aon gabhálais fón cliste crua-earraí optúla. Ar deireadh, cuireadh oiliúint ar dhá mhúnla meaisínfhoghlama, lena n-áirítear Random Forest (RF) agus Support Vector Machine (SVM) chun na samhlacha a thógáil. rinne na samhlacha RF agus SVM araon rangú ceart ar na samplaí mar dearfach agus diúltach le cruinneas 90.0%. Tugann sé sin le tuiscint go bhfuil sé indéanta go leor hintleachta saorga a úsáid i mbithbhraiteacht fón póca.

Fíor 3.(a) Sprioc-aicme an tuaslagáin a taifeadadh agus an sampla á ullmhú don chéim sealbhaithe íomhá. (b) Íomhá shamplach a tógadh le linn chéim sealbhaithe na híomhá. (c) Déine datha an tuaslagáin chist/AuNP i ngach tobar den phláta 96 tobar a bhaintear as an íomhá (b).

Ag baint úsáide as Cyst/AuNPanna, d'éirigh le taighdeoirí ardán braite simplí a fhorbairt le haghaidh tírdhreacha meitileachta a bhrath agus braiteoir atá in ann gnáth-DNA a idirdhealú ó DNA ailse agus iad ag baint úsáide as samplaí fola fíor do scagthástáil leoicéime. Léirigh an braiteoir forbartha go raibh DNA a bhaintear as samplaí fola fíor in ann méideanna beaga DNA ailse (3nM) in othair leoicéime a bhrath go tapa agus go héifeachtach i 15 nóiméad, agus léirigh sé cruinneas 95.3%. Chun tástáil shamplach a shimpliú tuilleadh trí dheireadh a chur leis an ngá atá le speictreafótaiméadar, baineadh úsáid as meaisínfhoghlaim chun dath an réitigh a léirmhíniú agus chun idirdhealú a dhéanamh idir daoine aonair gnáth agus ailse ag baint úsáide as grianghraf fón póca, agus d'fhéadfaí cruinneas a bhaint amach freisin ag 90.0%.

Tagairt: DOI: 10.1039/d2ra05725e