ການກວດ DNA methylation ສົມທົບກັບສະມາດໂຟນເພື່ອກວດເນື້ອງອກ ແລະ ກວດພະຍາດ leukemia ໂດຍຄວາມຖືກຕ້ອງ 90.0%!

ການກວດຫາໂຣກມະເຮັງໃນຂັ້ນຕົ້ນໂດຍອີງໃສ່ການກວດທາດແຫຼວແມ່ນທິດທາງໃໝ່ຂອງການກວດຫາມະເຮັງ ແລະວິນິດໄສທີ່ສະເໜີໂດຍສະຖາບັນມະເຮັງແຫ່ງຊາດຂອງສະຫະລັດໃນຊຸມປີມໍ່ໆມານີ້, ໂດຍມີຈຸດປະສົງເພື່ອກວດຫາມະເຮັງຕົ້ນໆ ຫຼືແມ່ນແຕ່ບາດແຜກ່ອນມະເຮັງ. ມັນໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງເປັນ biomarker ໃຫມ່ສໍາລັບການວິນິດໄສຕົ້ນຂອງ malignancies ຕ່າງໆ, ລວມທັງມະເຮັງປອດ, tumours gastrointestinal, gliomas ແລະເນື້ອງອກ gynecological.

ການປະກົດຕົວຂອງເວທີເພື່ອກໍານົດຕົວກໍານົດພູມສັນຖານ methylation (Methylscape) biomarkers ມີທ່າແຮງທີ່ຈະປັບປຸງການກວດຫາມະເຮັງເບື້ອງຕົ້ນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ເຮັດໃຫ້ຄົນເຈັບຢູ່ໃນຂັ້ນຕອນການປິ່ນປົວໄວທີ່ສຸດ.

ບໍ່ດົນມານີ້, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ພັດທະນາເວທີການຮັບຮູ້ແບບງ່າຍດາຍແລະໂດຍກົງສໍາລັບການກວດສອບພູມສັນຖານ methylation ໂດຍອີງໃສ່ cysteamine decorated gold nanoparticles (Cyst/AuNPs) ສົມທົບກັບ biosensor ທີ່ໃຊ້ໂທລະສັບສະຫຼາດທີ່ຊ່ວຍໃຫ້ການກວດສອບໄວຂອງເນື້ອງອກຢ່າງກວ້າງຂວາງ. ການກວດຫາໂຣກມະເລັງເບື້ອງຕົ້ນສາມາດປະຕິບັດໄດ້ພາຍໃນ 15 ນາທີຫຼັງຈາກການສະກັດເອົາ DNA ຈາກຕົວຢ່າງເລືອດ, ຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງ 90.0%. ຫົວຂໍ້ບົດຄວາມແມ່ນການກວດຫາ DNA ມະເຮັງຢ່າງໄວວາໃນເລືອດຂອງມະນຸດໂດຍໃຊ້ cysteamine-capped AuNPs ແລະສະມາດໂຟນທີ່ໃຊ້ການຮຽນຮູ້ເຄື່ອງຈັກ.

ຮູບທີ 1. ແພລະຕະຟອມການຮັບຮູ້ທີ່ງ່າຍດາຍ ແລະໄວສໍາລັບການກວດມະເຮັງຜ່ານອົງປະກອບຂອງ Cyst/AuNPs ສາມາດປະຕິບັດໄດ້ໃນສອງຂັ້ນຕອນງ່າຍໆ.

ນີ້ແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 1. ທໍາອິດ, ການແກ້ໄຂທີ່ມີນ້ໍາຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອລະລາຍຊິ້ນ DNA. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, cyst/AuNPs ໄດ້ຖືກເພີ່ມເຂົ້າໃນການແກ້ໄຂປະສົມ. DNA ປົກກະຕິແລະເປັນອັນຕະລາຍມີຄຸນສົມບັດ methylation ທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ສົ່ງຜົນໃຫ້ຊິ້ນ DNA ທີ່ມີຮູບແບບການປະກອບຂອງຕົນເອງທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. DNA ປົກກະຕິຈະລວບລວມຢ່າງວ່າງແລະໃນທີ່ສຸດກໍ່ລວບລວມ Cyst/AuNPs, ເຊິ່ງສົ່ງຜົນໃຫ້ເກີດການປ່ຽນສີແດງຂອງ Cyst/AuNPs, ດັ່ງນັ້ນການປ່ຽນສີຈາກສີແດງຫາສີມ່ວງສາມາດສັງເກດເຫັນດ້ວຍຕາເປົ່າ. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ໂປຼໄຟລ໌ methylation ເປັນເອກະລັກຂອງ DNA ມະເຮັງນໍາໄປສູ່ການຜະລິດຂອງກຸ່ມ DNA ທີ່ໃຫຍ່ກວ່າ.

ຮູບພາບຂອງແຜ່ນ 96 ດີໄດ້ຖືກຖ່າຍໂດຍໃຊ້ກ້ອງຖ່າຍຮູບໂທລະສັບສະຫຼາດ. DNA ມະເຮັງໄດ້ຖືກວັດແທກໂດຍໂທລະສັບສະຫຼາດທີ່ມີການຮຽນຮູ້ເຄື່ອງຈັກທຽບກັບວິທີການທີ່ອີງໃສ່ spectroscopy.

ການກວດມະເຮັງໃນຕົວຢ່າງເລືອດແທ້

ເພື່ອຂະຫຍາຍຜົນປະໂຫຍດຂອງເວທີການຮັບຮູ້, ຜູ້ສືບສວນໄດ້ນໍາໃຊ້ເຊັນເຊີທີ່ແຍກສົບຜົນສໍາເລັດລະຫວ່າງ DNA ປົກກະຕິແລະມະເຮັງໃນຕົວຢ່າງເລືອດທີ່ແທ້ຈິງ. ຮູບແບບ methylation ໃນສະຖານທີ່ CpG ຄວບຄຸມການສະແດງອອກຂອງ gene epigenetically. ໃນເກືອບທຸກປະເພດມະເຮັງ, ການປ່ຽນແປງຂອງ DNA methylation ແລະດັ່ງນັ້ນໃນການສະແດງອອກຂອງ genes ທີ່ສົ່ງເສີມ tumourigenesis ໄດ້ຖືກສັງເກດເຫັນເພື່ອສະຫຼັບ.

ເປັນຕົວແບບສໍາລັບມະເຮັງອື່ນໆທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບ DNA methylation, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ນໍາໃຊ້ຕົວຢ່າງເລືອດຈາກຄົນເຈັບ leukemia ແລະການຄວບຄຸມສຸຂະພາບເພື່ອສືບສວນປະສິດທິພາບຂອງພູມສັນຖານ methylation ໃນຄວາມແຕກຕ່າງຂອງມະເຮັງ leukaemic. ເຄື່ອງຫມາຍຊີວະພາບພູມສັນຖານ methylation ນີ້ບໍ່ພຽງແຕ່ປະຕິບັດໄດ້ດີກວ່າວິທີການກວດ leukemia ຢ່າງໄວວາທີ່ມີຢູ່ແລ້ວ, ແຕ່ຍັງສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງການຂະຫຍາຍໄປສູ່ການກວດພົບມະເຮັງໃນໄລຍະຕົ້ນໂດຍການນໍາໃຊ້ການວິເຄາະທີ່ງ່າຍດາຍແລະກົງໄປກົງມານີ້.

DNA ຈາກຕົວຢ່າງເລືອດຈາກຄົນເຈັບ leukemia 31 ຄົນແລະ 12 ບຸກຄົນທີ່ມີສຸຂະພາບດີໄດ້ຖືກວິເຄາະ. ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນແຜນທີ່ກ່ອງໃນຮູບ 2a, ການດູດຊຶມຂອງຕົວຢ່າງມະເຮັງ (ΔA650/525) ແມ່ນຕ່ໍາກວ່າ DNA ຈາກຕົວຢ່າງປົກກະຕິ. ນີ້ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນເນື່ອງມາຈາກການປັບປຸງ hydrophobicity ທີ່ນໍາໄປສູ່ການລວບລວມຢ່າງຫນາແຫນ້ນຂອງ DNA ມະເຮັງ, ເຊິ່ງປ້ອງກັນການລວບລວມຂອງ Cyst / AuNPs. ດັ່ງນັ້ນ, ອະນຸພາກ nanoparticles ເຫຼົ່ານີ້ໄດ້ຖືກກະແຈກກະຈາຍຢ່າງສົມບູນໃນຊັ້ນນອກຂອງການລວບລວມມະເລັງ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ການກະແຈກກະຈາຍທີ່ແຕກຕ່າງກັນຂອງ Cyst / AuNPs ທີ່ດູດຊຶມຢູ່ໃນປົກກະຕິແລະການລວບລວມ DNA ຂອງມະເຮັງ. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ເສັ້ນໂຄ້ງ ROC ໄດ້ຖືກສ້າງຂື້ນໂດຍການປ່ຽນຂອບເຂດຈາກຄ່າຕໍາ່ສຸດທີ່ຂອງ ΔA650/525 ໄປຫາຄ່າສູງສຸດ.

ຮູບທີ 2.(a) ຄຸນຄ່າການດູດຊຶມທີ່ກ່ຽວຂ້ອງຂອງວິທີແກ້ໄຂ cyst/AuNPs ສະແດງໃຫ້ເຫັນການປະກົດຕົວຂອງ dna ປົກກະຕິ (ສີຟ້າ) ແລະມະເຮັງ (ສີແດງ) ພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂທີ່ດີທີ່ສຸດ.

(DA650/525) ຂອງຕອນດິນ; (b) ການວິເຄາະ ROC ແລະການປະເມີນຜົນຂອງການທົດສອບວິນິດໄສ. (c) ຕາຕະລາງຄວາມສັບສົນສໍາລັບການວິນິດໄສຂອງຄົນເຈັບປົກກະຕິແລະມະເຮັງ. (d) ຄວາມອ່ອນໄຫວ, ຄວາມສະເພາະ, ມູນຄ່າການຄາດຄະເນທາງບວກ (PPV), ມູນຄ່າການຄາດຄະເນທາງລົບ (NPV) ແລະຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງວິທີການທີ່ພັດທະນາ.

ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 2b, ພື້ນທີ່ພາຍໃຕ້ເສັ້ນໂຄ້ງ ROC (AUC = 0.9274) ທີ່ໄດ້ຮັບສໍາລັບເຊັນເຊີທີ່ພັດທະນາໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຄວາມອ່ອນໄຫວແລະຄວາມສະເພາະສູງ. ດັ່ງທີ່ເຫັນໄດ້ຈາກການວາງແຜນກ່ອງ, ຈຸດຕ່ໍາສຸດທີ່ເປັນຕົວແທນຂອງກຸ່ມ DNA ປົກກະຕິບໍ່ໄດ້ຖືກແຍກອອກຈາກຈຸດສູງສຸດທີ່ເປັນຕົວແທນຂອງກຸ່ມ DNA ຂອງມະເຮັງ; ດັ່ງນັ້ນ, ການຖົດຖອຍຂອງ logistic ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອຄວາມແຕກຕ່າງລະຫວ່າງກຸ່ມປົກກະຕິແລະມະເຮັງ. ເນື່ອງຈາກຊຸດຂອງຕົວແປເອກະລາດ, ມັນຄາດຄະເນຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງເຫດການທີ່ເກີດຂື້ນ, ເຊັ່ນ: ມະເຮັງຫຼືກຸ່ມປົກກະຕິ. ໄລຍະຕົວແປທີ່ຂຶ້ນກັບລະຫວ່າງ 0 ແລະ 1. ຜົນໄດ້ຮັບແມ່ນເປັນຄວາມເປັນໄປໄດ້. ພວກເຮົາໄດ້ກໍານົດຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງການກໍານົດມະເຮັງ (P) ໂດຍອີງໃສ່ ΔA650/525 ດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້.

ບ່ອນທີ່ b=5.3533,w1=-6.965. ສໍາລັບການຈັດປະເພດຕົວຢ່າງ, ຄວາມເປັນໄປໄດ້ຫນ້ອຍກວ່າ 0.5 ສະແດງຕົວຢ່າງປົກກະຕິ, ໃນຂະນະທີ່ຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງ 0.5 ຫຼືສູງກວ່າຊີ້ໃຫ້ເຫັນຕົວຢ່າງມະເຮັງ. ຮູບທີ 2c ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຄວາມສັບສົນທີ່ສ້າງຂຶ້ນຈາກການກວດສອບຂ້າມຜ່ານທີ່ປ່ອຍໃຫ້ມັນຢູ່ຄົນດຽວ, ເຊິ່ງໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອກວດສອບຄວາມໝັ້ນຄົງຂອງວິທີການຈັດປະເພດ. ຮູບທີ 2d ສະຫຼຸບການປະເມີນຜົນການທົດສອບການວິນິດໄສຂອງວິທີການ, ລວມທັງຄວາມອ່ອນໄຫວ, ສະເພາະ, ມູນຄ່າການຄາດຄະເນໃນທາງບວກ (PPV) ແລະມູນຄ່າການຄາດຄະເນລົບ (NPV).

biosensors ທີ່ອີງໃສ່ໂທລະສັບສະຫຼາດ

ເພື່ອເຮັດໃຫ້ການທົດສອບຕົວຢ່າງງ່າຍຂຶ້ນໂດຍບໍ່ມີການນໍາໃຊ້ spectrophotometers, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ນໍາໃຊ້ປັນຍາປະດິດ (AI) ເພື່ອຕີຄວາມສີຂອງການແກ້ໄຂແລະຈໍາແນກລະຫວ່າງບຸກຄົນທົ່ວໄປແລະມະເຮັງ. ດ້ວຍເຫດຜົນນີ້, ວິໄສທັດຄອມພິວເຕີໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອແປສີຂອງການແກ້ໄຂ Cyst / AuNPs ເຂົ້າໄປໃນ DNA ປົກກະຕິ (ສີມ່ວງ) ຫຼື DNA ທີ່ເປັນມະເຮັງ (ສີແດງ) ໂດຍໃຊ້ຮູບພາບຂອງແຜ່ນ 96 ທີ່ຖ່າຍຜ່ານກ້ອງຖ່າຍຮູບໂທລະສັບມືຖື. ປັນຍາທຽມສາມາດຫຼຸດຜ່ອນຄ່າໃຊ້ຈ່າຍແລະປັບປຸງການເຂົ້າເຖິງໃນການຕີຄວາມສີຂອງການແກ້ໄຂ nanoparticle, ແລະໂດຍບໍ່ມີການນໍາໃຊ້ອຸປະກອນເສີມອຸປະກອນໂທລະສັບສະຫຼາດ optical ໃດ. ສຸດທ້າຍ, ສອງຕົວແບບການຮຽນຮູ້ເຄື່ອງຈັກ, ລວມທັງ Random Forest (RF) ແລະ Support Vector Machine (SVM) ໄດ້ຮັບການຝຶກອົບຮົມເພື່ອສ້າງຕົວແບບ. ທັງສອງແບບຈໍາລອງ RF ແລະ SVM ໄດ້ຖືກຈັດແບ່ງຕົວຢ່າງຢ່າງຖືກຕ້ອງເປັນບວກ ແລະລົບດ້ວຍຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງ 90.0%. ນີ້ຊີ້ໃຫ້ເຫັນວ່າການນໍາໃຊ້ປັນຍາປະດິດໃນ biosensing ໂທລະສັບມືຖືແມ່ນເປັນໄປໄດ້ຂ້ອນຂ້າງ.

ຮູບທີ 3.(a) ລະດັບເປົ້າໝາຍຂອງການແກ້ໄຂທີ່ບັນທຶກໄວ້ໃນລະຫວ່າງການກະກຽມຕົວຢ່າງສໍາລັບຂັ້ນຕອນການໄດ້ມາຮູບພາບ. (b) ຕົວຢ່າງຮູບຖ່າຍໃນລະຫວ່າງຂັ້ນຕອນການໄດ້ມາຮູບພາບ. (c) ຄວາມເຂັ້ມສີຂອງການແກ້ໄຂ cyst/AuNPs ໃນແຕ່ລະບ່ອນຂອງແຜ່ນ 96 ດີທີ່ສະກັດອອກມາຈາກຮູບ (ຂ).

ການນໍາໃຊ້ Cyst / AuNPs, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ປະສົບຜົນສໍາເລັດພັດທະນາເວທີການຮັບຮູ້ແບບງ່າຍດາຍສໍາລັບການກວດຫາພູມສັນຖານ methylation ແລະເຊັນເຊີທີ່ສາມາດຈໍາແນກ DNA ປົກກະຕິຈາກ DNA ມະເຮັງໃນເວລາທີ່ນໍາໃຊ້ຕົວຢ່າງເລືອດທີ່ແທ້ຈິງສໍາລັບການກວດ leukemia. ເຊັນເຊີທີ່ພັດທະນາໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າ DNA ທີ່ສະກັດຈາກຕົວຢ່າງເລືອດທີ່ແທ້ຈິງສາມາດກວດພົບຈໍານວນນ້ອຍໆຂອງ DNA ມະເຮັງ (3nM) ໃນຄົນເຈັບ leukemia ໃນ 15 ນາທີ, ແລະສະແດງໃຫ້ເຫັນຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງ 95.3%. ເພື່ອເຮັດໃຫ້ການທົດສອບຕົວຢ່າງງ່າຍຂຶ້ນໂດຍການກໍາຈັດຄວາມຕ້ອງການຂອງເຄື່ອງວັດແທກ spectrophotometer, ການຮຽນຮູ້ເຄື່ອງຈັກໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອຕີຄວາມສີຂອງການແກ້ໄຂແລະຄວາມແຕກຕ່າງລະຫວ່າງບຸກຄົນທົ່ວໄປແລະມະເຮັງໂດຍໃຊ້ການຖ່າຍຮູບໂທລະສັບມືຖື, ແລະຄວາມຖືກຕ້ອງຍັງສາມາດບັນລຸໄດ້ຢູ່ທີ່ 90.0%.

ອ້າງອີງ: DOI: 10.1039/d2ra05725e