Tès metilasyon ADN konbine avèk smartphones pou depistaj bonè timè ak depistaj lesemi ak yon presizyon 90.0%!

Deteksyon kansè bonè ki baze sou byopsi likid se yon nouvo direksyon pou deteksyon ak dyagnostik kansè ke Enstiti Nasyonal Kansè Etazini an te pwopoze nan dènye ane yo, ak objektif pou detekte kansè bonè oswa menm lezyon prekanserèz. Li te lajman itilize kòm yon nouvo byomarkè pou dyagnostik bonè divès kalite kansè, tankou kansè nan poumon, timè gastwoentestinal, gliyom ak timè jinekolojik.

Aparisyon platfòm pou idantifye byomarkè metilasyon (Methylscape) yo gen potansyèl pou amelyore anpil depistaj kansè bonè ki deja egziste a, pou mete pasyan yo nan premye etap ki ka trete a.

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

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

Sa montre nan Figi 1. Premyèman, yo te itilize yon solisyon akeuz pou fonn fragman ADN yo. Apre sa, yo te ajoute Cyst/AuNP yo nan solisyon melanje a. ADN nòmal ak ADN malfezan gen diferan pwopriyete metilasyon, sa ki lakòz fragman ADN ki gen diferan modèl oto-asanblaj. ADN nòmal la rasanble yon fason ki pa twò solid epi finalman li rasanble Cyst/AuNP yo, sa ki lakòz nati wouj-deplase Cyst/AuNP yo, pou yo ka obsève yon chanjman koulè soti nan wouj rive nan mov ak je a. Okontrè, pwofil metilasyon inik ADN kansè a mennen nan pwodiksyon pi gwo gwoup fragman ADN.

Yo te pran imaj plak 96-pi yo avèk yon kamera telefòn entelijan. Yo te mezire ADN kansè a avèk yon telefòn entelijan ekipe ak aprantisaj otomatik konpare ak metòd ki baze sou spektroskopi.

Depistaj kansè nan echantiyon san reyèl

Pou ogmante itilite platfòm deteksyon an, chèchè yo te aplike yon detèktè ki te reyisi distenge ant ADN nòmal ak ADN kansè nan echantiyon san reyèl. Modèl metilasyon nan sit CpG yo kontwole ekspresyon jèn yo epigenetikman. Nan prèske tout kalite kansè, yo obsève chanjman nan metilasyon ADN e konsa nan ekspresyon jèn ki ankouraje timorijènèz yo ap altène.

Kòm yon modèl pou lòt kansè ki asosye ak metilasyon ADN, chèchè yo te itilize echantiyon san nan pasyan lesemi ak temwen ki an sante pou envestige efikasite jaden metilasyon an nan diferansye kansè lesemi yo. Byomarkè jaden metilasyon sa a pa sèlman depase metòd depistaj rapid lesemi ki deja egziste yo, men tou li demontre posibilite pou pwolonje deteksyon bonè yon pakèt kansè lè l sèvi avèk tès senp epi dirèk sa a.

Yo te analize ADN ki soti nan echantiyon san 31 pasyan lesemi ak 12 moun ki an sante. Jan yo montre nan graf bwat nan Figi 2a a, absòbans relatif echantiyon kansè yo (ΔA650/525) te pi ba pase ADN ki soti nan echantiyon nòmal yo. Sa te sitou akòz idrofobisite ogmante a ki te mennen nan yon agregasyon dans ADN kansè a, ki te anpeche agregasyon Cyst/AuNP yo. Kòm rezilta, nanopartikil sa yo te konplètman dispèse nan kouch ekstèn agregasyon kansè yo, sa ki te lakòz yon dispèsyon diferan nan Cyst/AuNP yo adsorbe sou agregasyon ADN nòmal ak kansè yo. Lè sa a, yo te pwodui koub ROC yo lè yo te varye papòt la soti nan yon valè minimòm ΔA650/525 rive nan yon valè maksimòm.

Figi 2.(a) Valè absòbans relatif solisyon sist/AuNP yo ki montre prezans ADN nòmal (ble) ak ADN kansè (wouj) anba kondisyon optimize.

(DA650/525) nan dyagram bwat; (b) analiz ROC ak evalyasyon tès dyagnostik. (c) Matris konfizyon pou dyagnostik pasyan nòmal ak kansè. (d) Sansiblite, espesifikite, valè prediktif pozitif (PPV), valè prediktif negatif (NPV) ak presizyon metòd devlope a.

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

kote b=5.3533,w1=-6.965. Pou klasifikasyon echantiyon, yon pwobabilite mwens pase 0.5 endike yon echantiyon nòmal, alòske yon pwobabilite 0.5 oswa plis endike yon echantiyon kansè. Figi 2c montre matris konfizyon ki pwodui apati validasyon kwaze "leave-it-alone" la, ki te itilize pou valide estabilite metòd klasifikasyon an. Figi 2d rezime evalyasyon tès dyagnostik metòd la, ki gen ladan sansiblite, espesifikite, valè prediktif pozitif (PPV) ak valè prediktif negatif (NPV).

Biosansè ki baze sou smartphone

Pou senplifye tès echantiyon yo plis toujou san yo pa itilize espektrofotomèt, chèchè yo te itilize entèlijans atifisyèl (IA) pou entèprete koulè solisyon an epi distenge ant moun nòmal ak moun ki gen kansè. Nan konsideran sa, yo te itilize vizyon òdinatè pou tradui koulè solisyon Cyst/AuNPs la an ADN nòmal (vyolèt) oswa ADN kansè (wouj) lè l sèvi avèk imaj plak 96-pi yo te pran atravè yon kamera telefòn mobil. Entèlijans atifisyèl ka diminye depans epi amelyore aksè nan entèpretasyon koulè solisyon nanopartikil yo, epi san yo pa itilize okenn akseswa optik pou smartphone. Finalman, yo te antrene de modèl aprantisaj otomatik, ki gen ladan Random Forest (RF) ak Support Vector Machine (SVM) pou konstwi modèl yo. Tou de modèl RF ak SVM yo te klase echantiyon yo kòrèkteman kòm pozitif ak negatif ak yon presizyon 90.0%. Sa sijere ke itilizasyon entèlijans atifisyèl nan byosansè ki baze sou telefòn mobil se byen posib.

Figi 3.(a) Klas sib solisyon an anrejistre pandan preparasyon echantiyon an pou etap akizisyon imaj la. (b) Egzanp imaj ki te pran pandan etap akizisyon imaj la. (c) Entansite koulè solisyon kist/AuNPs nan chak pi nan plak 96 pi a ki te ekstrè nan imaj la (b).

Lè yo itilize Cyst/AuNPs, chèchè yo te devlope avèk siksè yon platfòm deteksyon senp pou deteksyon metilasyon ak yon detèktè ki kapab distenge ADN nòmal ak ADN kansè lè yo itilize echantiyon san reyèl pou depistaj lesemi. Detèktè ki te devlope a te demontre ke ADN ki te ekstrè nan echantiyon san reyèl te kapab detekte ti kantite ADN kansè (3nM) rapidman e a yon pri efikas nan 15 minit, epi li te montre yon presizyon 95.3%. Pou senplifye tès echantiyon an plis toujou lè yo elimine nesesite pou yon espektrofotomèt, yo te itilize aprantisaj otomatik pou entèprete koulè solisyon an epi fè diferans ant moun nòmal ak moun ki gen kansè lè yo te itilize yon foto telefòn mobil, epi yo te kapab atenn yon presizyon tou nan 90.0%.

Referans: DOI: 10.1039/d2ra05725e