Tástáil meitiliúcháin DNA in éineacht le fóin chliste le haghaidh scagthástáil luath meall agus scagthástáil leoicéime le cruinneas 90.0%!

Is treo nua maidir le braiteadh agus diagnóis ailse é braiteadh luath ailse bunaithe ar bhithóipse leachtach atá molta ag Institiúid Náisiúnta Ailse na Stát Aontaithe le blianta beaga anuas, agus é mar aidhm ailse luath nó fiú léasanna réamhailseacha a bhrath. Úsáidtear go forleathan é mar bhithmharcóir nua chun diagnóis luath a dhéanamh ar ailse éagsúla, lena n-áirítear ailse scamhóg, siadaí gastraistéigeach, gliomas agus siadaí gínéiceolaíocha.

Tá an cumas ag teacht chun cinn ardán chun bithmharcóirí tírdhreacha meitileála (Methylscape) a aithint feabhas suntasach a chur ar an scagthástáil luath atá ann cheana féin le haghaidh ailse, rud a chuireann othair ag an gcéim is luaithe is féidir a chóireáil.

Le déanaí, d'fhorbair taighdeoirí ardán braite simplí agus díreach chun tírdhreach meitiliúcháin a bhrath bunaithe ar nana-cháithníní óir maisithe le cisteaimín (Cist/AuNPs) in éineacht le bithbhraiteoir bunaithe ar fhón cliste a chuireann ar chumas scagadh luath tapa a dhéanamh ar raon leathan meall. 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 tapa DNA ailse i bhfuil dhaonna ag baint úsáide as AuNPs clúdaithe le cisteaimín agus fón cliste cumasaithe le foghlaim meaisín.

Fíor 1. Is féidir ardán braite simplí agus tapa le haghaidh scagthástála ailse trí chomhpháirteanna Cyst/AuNPs a bhaint amach i ndá chéim shimplí.

Taispeántar é seo i bhFíor 1. Ar dtús, úsáideadh tuaslagán uiscí chun na blúirí DNA a thuaslagadh. Cuireadh cyst/auNPs leis an tuaslagán measctha ansin. Tá airíonna meitiliúcháin difriúla ag DNA gnáth agus urchóideach, rud a fhágann blúirí DNA le patrúin féin-chomhthionóil difriúla. Comhiomlánaíonn DNA gnáth go scaoilte agus sa deireadh comhiomlánaíonn sé Cyst/auNPs, rud a fhágann nádúr dearg-aistrithe Cyst/auNPs, ionas gur féidir athrú datha ó dhearg go corcra a fheiceáil leis an tsúil nocht. I gcodarsnacht leis sin, bíonn braislí níos mó de blúirí DNA mar thoradh ar phróifíl uathúil meitiliúcháin DNA ailse.

Tógadh íomhánna de phlátaí 96-tholl ag baint úsáide as ceamara fóin chliste. Rinneadh tomhas ar DNA ailse le fón cliste a raibh foghlaim meaisín aige i gcomparáid le modhanna bunaithe ar speictreascópacht.

Scagthástáil ailse i samplaí fola fíor

Chun úsáideacht an ardáin braite a leathnú, chuir na himscrúdaitheoirí braiteoir i bhfeidhm a rinne idirdhealú rathúil idir DNA gnáth agus ailseach i samplaí fola fíor. Rialaíonn patrúin meitiliúcháin ag láithreáin CpG léiriú géine go heipiginéiteach. I mbeagnach gach cineál ailse, breathnaíodh athruithe i meitiliúcháin DNA agus dá bhrí sin i léiriú géinte a chuireann meallghinéis chun cinn ag malartú.

Mar mhúnla do chineálacha eile ailse a bhaineann le meitiliú DNA, bhain na taighdeoirí úsáid as samplaí fola ó othair leoicéime agus ó rialuithe sláintiúla chun imscrúdú a dhéanamh ar éifeachtacht thírdhreach an mheitiléite maidir le hidirdhealú a dhéanamh idir ailsí leoicéimeacha. Ní hamháin go sáraíonn an bithmharcóir tírdhreacha meitiléilte seo modhanna scagthástála tapa leoicéime atá ann cheana féin, ach léiríonn sé freisin indéantacht leathnú chuig braiteadh luath raon leathan ailsí ag baint úsáide as an measúnacht shimplí agus dhíreach seo.

Rinneadh anailís ar DNA ó shamplaí fola ó 31 othar leoicéime agus 12 duine sláintiúil. Mar a thaispeántar sa phlota bosca i bhFíor 2a, bhí ionsú coibhneasta na samplaí ailse (ΔA650/525) níos ísle ná ionsú DNA ó shamplaí gnáth. Ba é an phríomhchúis leis seo ná an hidreafóibeacht fheabhsaithe a eascraíonn i gcomhiomlánú dlúth DNA ailse, rud a chuir cosc ​​ar chomhiomlánú Cyst/AuNPs. Mar thoradh air sin, scaipeadh na nana-cháithníní seo go hiomlán i sraitheanna seachtracha na gcomhiomlán ailse, rud a d’eascair scaipeadh difriúil Cyst/AuNPs a ionsúíodh ar chomhiomlán DNA gnáth agus ailse. Gineadh cuar ROC ansin tríd an tairseach a athrú ó luach íosta ΔA650/525 go luach uasta.

Fíor 2.(a) Luachanna ionsúcháin choibhneasta tuaslagán ciste/AuNPanna a thaispeánann láithreacht DNA gnáth (gorm) agus ailse (dearg) faoi choinníollacha optamaithe

(DA650/525) de phlotaí bosca; (b) anailís ROC agus meastóireacht ar thástálacha diagnóiseacha. (c) Maitrís mearbhaill le haghaidh diagnóis othar gnáth agus ailse. (d) Íogaireacht, sainiúlacht, luach tuartha dearfach (PPV), luach tuartha 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 íogaireacht agus sainiúlacht ard. Mar is léir ón bplota bosca, níl an pointe is ísle a léiríonn an grúpa DNA gnáth scartha go maith ón bpointe is airde a léiríonn an grúpa DNA ailse; dá bhrí sin, úsáideadh aischéimniú lóistíochtach chun idirdhealú a dhéanamh idir na grúpaí gnáth agus ailse. Agus sraith athróg neamhspleácha á cur san áireamh, meastar an dóchúlacht go dtarlóidh teagmhas, amhail ailse nó grúpa gnáth. Tá an athróg spleách idir 0 agus 1. Dá bhrí sin, is dóchúlacht an toradh. Chinn muid an dóchúlacht go n-aithneofar ailse (P) bunaithe ar ΔA650/525 mar seo a leanas.

áit a bhfuil b=5.3533,w1=-6.965. I gcás aicmithe sampla, léiríonn dóchúlacht níos lú ná 0.5 sampla gnáth, agus léiríonn dóchúlacht 0.5 nó níos airde sampla ailse. Léiríonn Fíor 2c an maitrís mearbhaill a gineadh ón tras-bhailíochtú 'fág leis féin', a úsáideadh chun cobhsaíocht an mhodha aicmithe a bhailíochtú. Déanann Fíor 2d achoimre ar mheastóireacht na tástála diagnóisí ar an modh, lena n-áirítear íogaireacht, sainiúlacht, luach tuartha dearfach (PPV) agus luach tuartha diúltach (NPV).

Bithbhraiteoirí bunaithe ar fhóin chliste

Chun tástáil samplach a shimpliú tuilleadh gan úsáid a bhaint as speictreafótaiméadair, bhain na taighdeoirí úsáid as intleacht shaorga (IS) chun dath an tuaslagáin a léirmhíniú agus idirdhealú a dhéanamh idir daoine gnáth agus ailseacha. Agus é seo mar thoradh air, baineadh úsáid as fís ríomhaireachta chun dath an tuaslagáin Cyst/AuNPs a aistriú go DNA gnáth (corcra) nó DNA ailseach (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 tuaslagán nana-cháithníní a léirmhíniú, agus gan aon ghabhálais crua-earraí optúla fóin chliste a úsáid. Ar deireadh, rinneadh dhá mhúnla foghlama meaisín, lena n-áirítear Random Forest (RF) agus Support Vector Machine (SVM), a oiliúint chun na samhlacha a thógáil. Rinne an dá mhúnla RF agus SVM na samplaí a aicmiú i gceart mar dhearfach agus diúltach le cruinneas 90.0%. Tugann sé seo le fios gur féidir intleacht shaorga a úsáid i mbraiteadh bithbhunaithe ar fhóin phóca.

Fíor 3.(a) Rang sprice an tuaslagáin a taifeadadh le linn ullmhú an tsampla don chéim fála íomhá. (b) Íomhá shamplach a tógadh le linn chéim fála íomhá. (c) Déine datha an tuaslagáin chiste/AuNPanna i ngach tobar den phláta 96-tobar a baineadh as an íomhá (b).

Ag baint úsáide as Cyst/AuNPs, d'éirigh le taighdeoirí ardán braite simplí a fhorbairt chun tírdhreach meitileála a bhrath agus braiteoir atá in ann idirdhealú a dhéanamh idir DNA gnáth agus DNA ailse agus samplaí fola fíor á n-úsáid le haghaidh scagthástáil leoicéime. Léirigh an braiteoir a forbraíodh gur éirigh le DNA a baineadh as samplaí fola fíor méideanna beaga DNA ailse (3nM) a bhrath go tapa agus go cost-éifeachtach in othair leoicéime i 15 nóiméad, agus léirigh sé cruinneas 95.3%. Chun tástáil samplach a shimpliú tuilleadh tríd an ngá atá le speictreafótaiméadar a dhíchur, baineadh úsáid as foghlaim meaisín chun dath an tuaslagáin a léirmhíniú agus idirdhealú a dhéanamh idir daoine gnáth agus ailseacha ag baint úsáide as grianghraf fón póca, agus baineadh amach cruinneas 90.0% freisin.

Tagairt: DOI: 10.1039/d2ra05725e