Tès metilation ADN konbine avèk smartphones pou tès depistaj timè ak lesemi ak yon presizyon 90.0%!

Deteksyon bonè nan kansè ki baze sou byopsi likid se yon nouvo direksyon nan deteksyon kansè ak dyagnostik te pwopoze pa US National Cancer Institute nan dènye ane yo, ak objektif pou detekte kansè bonè oswa menm blesi prekansè. Li te lajman itilize kòm yon biomarker roman pou dyagnostik la byen bonè nan divès kalite maladi, ki gen ladan kansè nan poumon, timè gastwoentestinal, glioma ak timè jinekolojik.

Aparisyon platfòm pou idantifye biomarqueurs paysage methylation (Methylscape) gen potansyèl pou amelyore siyifikativman tès depistaj bonè ki deja egziste pou kansè, mete pasyan yo nan premye etap yo ka trete.

Dènyèman, chèchè yo te devlope yon platfòm deteksyon senp ak dirèk pou deteksyon jaden flè methylation ki baze sou nanopartikul lò ki dekore cysteamine (Cyst/AuNPs) konbine avèk yon biocapteur ki baze sou smartphone ki pèmèt tès depistaj rapid rapid nan yon pakèt timè. Depistaj bonè pou lesemi ka fèt nan lespas 15 minit apre ekstraksyon ADN nan yon echantiyon san, ak yon presizyon 90.0%. Tit atik la se Deteksyon rapid nan ADN kansè nan san imen lè l sèvi avèk AuNPs ki gen sisammin ak yon smartphone ki pèmèt aprantisaj machin.

Figi 1. Yon platfòm deteksyon senp epi rapid pou tès depistaj kansè atravè konpozan Cyst/AuNPs ka akonpli nan de etap senp.

Sa a montre nan Figi 1. Premyèman, yo te itilize yon solisyon akeuz pou fonn fragman ADN yo. Lè sa a, Cyst / AuNP yo te ajoute nan solisyon an melanje. ADN nòmal ak malfezan gen diferan pwopriyete metilation, sa ki lakòz fragman ADN ak diferan modèl pwòp tèt ou-asanble. Nòmal ADN agrége ki lach epi evantyèlman agrége Cyst/AuNPs, sa ki lakòz nati wouj-deplase nan Cyst/AuNPs, se konsa ke yon chanjman nan koulè soti nan wouj nan koulè wouj violèt ka obsève ak je la toutouni. Kontrèman, pwofil metilation inik ADN kansè a mennen nan pwodiksyon pi gwo grap fragman ADN.

Imaj plak 96 byen yo te pran lè l sèvi avèk yon kamera smartphone. ADN kansè te mezire pa yon smartphone ekipe ak aprantisaj machin konpare ak metòd ki baze sou spèktroskopi.

Depistaj kansè nan echantiyon san reyèl

Pou yon ekstansyon pou sèvis piblik la nan platfòm la deteksyon, envestigatè yo te aplike yon Capteur ki avèk siksè distenge ant ADN nòmal ak kansè nan echantiyon san reyèl. modèl metilation nan sit CpG epigenetik kontwole ekspresyon jèn. Nan prèske tout kalite kansè yo, yo te obsève chanjman nan methylation ADN e konsa nan ekspresyon jèn ki ankouraje tumorigenèz.

Kòm yon modèl pou lòt kansè ki asosye ak metilation ADN, chèchè yo te itilize echantiyon san ki soti nan pasyan lesemi ak kontwòl ki an sante pou mennen ankèt sou efikasite nan jaden metilasyon an nan diferansye kansè leukemi. Biomarker jaden flè methylation sa a pa sèlman depase metòd tès depistaj lesemi rapid ki egziste deja, men tou, li demontre posibilite pou pwolonje nan deteksyon bonè nan yon pakèt kansè lè l sèvi avèk tès sa a senp ak senp.

Yo te analize ADN ki soti nan echantiyon san ki soti nan 31 pasyan lesemi ak 12 moun ki an sante. jan yo montre nan tablo bwat la nan Figi 2a, absòbe relatif echantiyon kansè yo (ΔA650/525) te pi ba pase ADN ki soti nan echantiyon nòmal yo. sa a te sitou akòz idrofobisite a amelyore ki mennen nan agrégation dans nan ADN kansè, ki te anpeche agrégation nan Cyst / AuNPs. Kòm yon rezilta, nanopartikul sa yo te konplètman gaye nan kouch ekstèn yo nan total kansè yo, ki te lakòz yon dispèsyon diferan nan Cyst / AuNPs adsorbed sou nòmal ak kansè total ADN. Lè sa a, koub ROC yo te pwodwi pa varye papòt la soti nan yon valè minimòm de ΔA650/525 nan yon valè maksimòm.

Figi 2. (a) Valè absorpsyon relatif nan solisyon kist/AuNPs ki montre prezans ADN nòmal (ble) ak kansè (wouj) nan kondisyon optimize.

(DA650/525) nan simityè bwat; (b) ROC analiz ak evalyasyon tès dyagnostik yo. (c) Matris konfizyon pou dyagnostik pasyan nòmal ak kansè yo. (d) Sansiblite, espesifik, valè prediksyon pozitif (PPV), valè prediksyon negatif (NPV) ak presizyon nan metòd la devlope.

Jan yo montre nan Figi 2b, zòn ki anba koub ROC (AUC = 0.9274) jwenn pou Capteur devlope a te montre gwo sansiblite ak espesifik. Jan yo ka wè nan kare a, pwen ki pi ba a ki reprezante gwoup ADN nòmal la pa byen separe ak pwen ki pi wo a ki reprezante gwoup ADN kansè a; Se poutèt sa, yo te itilize regression lojistik pou fè diferans ant gwoup nòmal ak gwoup kansè yo. Bay yon seri varyab endepandan, li estime pwobabilite pou yon evènman rive, tankou yon kansè oswa yon gwoup nòmal. Varyab depandan an varye ant 0 ak 1. Se poutèt sa rezilta a se yon pwobabilite. Nou detèmine pwobabilite pou idantifikasyon kansè (P) ki baze sou ΔA650/525 jan sa a.

kote b=5.3533,w1=-6.965. Pou klasifikasyon echantiyon, yon pwobabilite ki mwens pase 0.5 endike yon echantiyon nòmal, pandan ke yon pwobabilite 0.5 oswa pi wo endike yon echantiyon kansè. Figi 2c dekri matris konfizyon ki te pwodwi apati validation kwaze kite-it-alone, ki te itilize pou valide estabilite metòd klasifikasyon an. Figi 2d rezime evalyasyon tès dyagnostik metòd la, ki gen ladan sansiblite, espesifik, valè prediksyon pozitif (PPV) ak valè prediksyon negatif (NPV).

Biodetèktè ki baze sou Smartphone

Pou plis senplifye echantiyon tès san yo pa itilize espektrofotomèt, chèchè yo te itilize entèlijans atifisyèl (AI) pou entèprete koulè solisyon an epi fè distenksyon ant moun nòmal ak kansè. Bay sa, yo te itilize vizyon òdinatè pou tradwi koulè solisyon Cyst/AuNPs nan ADN nòmal (vyolèt) oswa ADN kansè (wouj) lè l sèvi avèk imaj plak 96-pi yo te pran nan yon kamera telefòn mobil. Entèlijans atifisyèl ka diminye depans yo ak amelyore aksè nan entèprete koulè nan solisyon nanopartikul, epi san yo pa itilize nenpòt Pwodwi pou Telefòn optik kenkayri smartphone. Finalman, de modèl aprantisaj machin, ki gen ladan Random Forest (RF) ak Support Vector Machine (SVM) yo te resevwa fòmasyon pou konstwi modèl yo. tou de modèl yo RF ak SVM kòrèkteman klase echantiyon yo kòm pozitif ak negatif ak yon presizyon nan 90.0%. Sa a sijere ke itilizasyon entèlijans atifisyèl nan biosensing ki baze sou telefòn mobil se byen posib.

Figi 3.(a) Klas sib nan solisyon an anrejistre pandan preparasyon echantiyon an pou etap akizisyon imaj la. (b) Egzanp imaj yo pran pandan etap akizisyon imaj la. (c) Koulè entansite solisyon kyst/AuNPs nan chak pi plak 96-pi ki soti nan imaj la (b).

Sèvi ak Cyst/AuNPs, chèchè yo te devlope avèk siksè yon platfòm deteksyon senp pou deteksyon jaden flè methylation ak yon Capteur ki kapab distenge ADN nòmal ak ADN kansè lè w ap itilize echantiyon san reyèl pou tès depistaj lesemi. Capteur a devlope demontre ke ADN ekstrè soti nan echantiyon san reyèl te kapab rapidman ak pri-efikas detekte ti kantite ADN kansè (3nM) nan pasyan lesemi nan 15 minit, epi li te montre yon presizyon nan 95.3%. Pou plis senplifye echantiyon tès pa elimine nesesite pou yon spectrophotometer, machin aprantisaj te itilize pou entèprete koulè a ​​nan solisyon an ak diferansye ant moun nòmal ak kansè lè l sèvi avèk yon foto telefòn mobil, ak presizyon tou te kapab reyalize nan 90.0%.

Referans: DOI: 10.1039/d2ra05725e