DNA metilazio-probak smartphoneekin konbinatuta tumoreen baheketa goiztiarra eta leuzemia-baheketa %90,0ko zehaztasunarekin!

Biopsia likidoan oinarritutako minbiziaren detekzio goiztiarra AEBetako Minbiziaren Institutu Nazionalak azken urteotan proposatutako minbizia detektatzeko eta diagnostikatzeko ildo berria da, minbizi goiztiarra edota minbizi aurreko lesioak detektatzeko helburuarekin. Askotan erabili da biomarkatzaile berri gisa hainbat gaixotasun gaiztoren diagnostiko goiztiarra egiteko, besteak beste, biriketako minbizia, hesteetako tumoreak, gliomak eta tumore ginekologikoak.

Metilazio-paisaia (Methylscape) biomarkatzaileak identifikatzeko plataformen sorrerak minbiziaren lehen baheketa goiztiarra nabarmen hobetzeko potentziala du, pazienteak tratamendu goiztiarren fasean jarriz.

Duela gutxi, ikertzaileek metilazio-paisaia detektatzeko sentsazio-plataforma sinple eta zuzen bat garatu dute, cisteaminen apaindutako urre-nanopartikuletan (Cyst/AuNPs) oinarrituta, smartphone-en oinarritutako biosentsore batekin konbinatuta, tumore sorta zabalaren baheketa goiztiarra ahalbidetzen duena. Leuzemiaren baheketa goiztiarra odol lagin batetik DNA atera eta 15 minutuko epean egin daiteke, % 90,0ko zehaztasunarekin. Artikuluaren izenburua minbiziaren DNAren detekzio azkarra da giza odolean, zisteaminadun AuNP-ak eta ikaskuntza automatikorako gaituta dagoen smartphone-ak erabiliz.

1. Irudia. Cyst/AuNPs osagaien bidez minbizia bahetzeko sentsazio plataforma sinple eta azkar bat bi urrats errazetan lor daiteke.

Hau 1. irudian ageri da. Lehenik eta behin, ur-disoluzio bat erabili zen DNA zatiak disolbatzeko. Cyst/AuNP-ak disoluzio mistoan gehitu ziren. DNA normalak eta gaiztoak metilazio-propietate desberdinak dituzte, eta ondorioz, auto-muntatze-eredu desberdinak dituzten DNA zatiak sortzen dira. ADN normalak baxuan agregatzen dira eta azkenean Cyst/AuNP-ak agregatzen ditu, eta horrek Cyst/AuNP-en gorri-aldaketaren izaera eragiten du, beraz, gorritik morerako kolore aldaketa begi hutsez ikus daiteke. Aitzitik, minbiziaren DNAren metilazio profil bereziak DNA zatien multzo handiagoak ekoizten ditu.

96 putzuko plaken irudiak telefono mugikorraren kamera erabiliz atera ziren. Minbiziaren DNA ikaskuntza automatikoaz hornitutako smartphone batek neurtu zuen espektroskopia bidezko metodoekin alderatuta.

Minbiziaren baheketa benetako odol laginetan

Sentsazio-plataformaren erabilgarritasuna zabaltzeko, ikertzaileek odol errealeko laginetan DNA normala eta minbizia ongi bereizten zituen sentsore bat aplikatu zuten. CpG guneetako metilazio-ereduek geneen adierazpena epigenetikoki erregulatzen dute. Ia minbizi-mota guztietan, DNAren metilazioan eta, beraz, tumorigenesia sustatzen duten geneen adierazpenean aldaketak txandakatzen direla ikusi da.

DNA metilazioari lotutako beste minbizi batzuen eredu gisa, ikertzaileek leuzemia gaixoen odol laginak eta kontrol osasuntsuak erabili zituzten metilazio-paisaiak minbizi leuzemikoak bereizteko duen eraginkortasuna ikertzeko. Metilazio-paisaia-biomarkatzaile honek lehendik dauden leuzemia diagnostikatzeko metodo azkarrak gainditzen ditu, baina minbizi sorta zabala goiz detektatzeko bideragarritasuna ere frogatzen du entsegu sinple eta zuzen hau erabiliz.

31 leuzemia gaixoren eta 12 pertsona osasuntsuren odol laginetako DNA aztertu zen. 2a irudiko koadroan erakusten den bezala, minbizi-laginen xurgapen erlatiboa (ΔA650/525) lagin arruntetako DNArena baino txikiagoa izan zen. hau, batez ere, minbiziaren DNAren agregazio trinkoa eragin zuen hidrofobikotasun areagotuagatik izan zen, eta horrek Cyst/AuNP-en agregazioa eragotzi zuen. Ondorioz, nanopartikula hauek minbizi-agregatuen kanpoko geruzetan guztiz sakabanatu ziren, eta ondorioz, ADN-agregatu normaletan eta minbizidunetan adsorbatutako Cyst/AuNP-en sakabanaketa ezberdina izan zen. Ondoren, ROC kurbak sortu ziren ΔA650/525 balio minimo batetik atalasea aldatuz balio maximo batera.

2. Irudia. (a) Kiste/AuNPs soluzioen xurgapen-balio erlatiboak ADN normala (urdina) eta minbizia (gorria) presentzia erakusten dutenak baldintza optimizatuetan

(DA650/525) kutxatilakoak; (b) ROC azterketa eta diagnostiko proben ebaluazioa. (c) Gaixo normal eta minbizidunen diagnostikorako nahasmen-matrizea. (d) Garatutako metodoaren sentsibilitatea, espezifikotasuna, balio iragarle positiboa (PPV), balio predisibo negatiboa (NPV) eta zehaztasuna.

2b irudian ikusten den bezala, garatutako sentsorearentzat lortutako ROC kurbaren azpian (AUC = 0,9274) eremuak sentsibilitate eta espezifikotasun handia erakutsi zuen. Kutxako grafikoan ikus daitekeenez, DNA-talde normala adierazten duen puntu baxuena ez dago ondo bereizten minbiziaren DNA-taldea adierazten duen puntu altuena; horregatik, erregresio logistikoa erabili zen talde normala eta minbizia bereizteko. Aldagai independenteen multzoa emanda, gertaera bat gertatzeko probabilitatea estimatzen du, hala nola minbizia edo talde normal bat. Menpeko aldagaia 0 eta 1 artean dago. Emaitza, beraz, probabilitatea da. Minbizia identifikatzeko probabilitatea (P) ΔA650/525-n oinarrituta zehaztu dugu honela.

non b=5,3533,w1=-6,965. Laginak sailkatzeko, 0,5 baino gutxiagoko probabilitateak lagin normala adierazten du, eta 0,5 edo handiagoak minbiziaren lagina adierazten du. 2c irudian utzi bakarrik baliozkotze gurutzatuan sortutako nahasmen-matrizea irudikatzen da, sailkapen-metodoaren egonkortasuna balioztatzeko erabili zena. 2d irudiak metodoaren diagnostiko-probaren ebaluazioa laburbiltzen du, sentsibilitatea, espezifikotasuna, balio iragarle positiboa (PPV) eta balio iragarpen negatiboa (NPV) barne.

Smartphoneetan oinarritutako biosentsoreak

Espektrofotometrorik erabili gabe lagin-probak gehiago errazteko, ikertzaileek adimen artifiziala (AI) erabili zuten soluzioaren kolorea interpretatzeko eta banako normalak eta minbiziak bereizteko. Hori ikusita, ordenagailu bidezko ikusmena erabili zen Cyst/AuNPs disoluzioaren kolorea DNA normal (morea) edo minbizidun DNA (gorri) bihurtzeko, telefono mugikorreko kamera baten bidez hartutako 96 putzuko plaken irudiak erabiliz. Adimen artifizialak kostuak murrizten ditu eta irisgarritasuna hobetu dezake nanopartikulen soluzioen kolorea interpretatzerakoan, eta hardware optikoko smartphone-aren osagarririk erabili gabe. Azkenik, ikaskuntza automatikoko bi eredu, Random Forest (RF) eta Support Vector Machine (SVM) barne, trebatu ziren ereduak eraikitzeko. bai RF eta bai SVM ereduek laginak positibo eta negatibo gisa sailkatu dituzte zuzen, % 90,0ko zehaztasunarekin. Horrek iradokitzen du telefono mugikorrean oinarritutako biosentsorean adimen artifiziala erabiltzea nahiko posible dela.

3. irudia.(a) Irudia eskuratzeko urratserako lagina prestatzean grabatutako disoluzioaren xede-klasea. (b) Irudia eskuratzeko urratsean hartutako irudiaren adibidea. (c) Iruditik ateratako 96 putzuko plakaren putzu bakoitzean kiste/AuNPs disoluzioaren kolore intentsitatea (b).

Cyst/AuNP-ak erabiliz, ikertzaileek arrakastaz garatu dute metilazio-paisaia detektatzeko sentsore-plataforma bat eta minbiziaren DNA eta DNA normala bereizteko gai den sentsore bat, leuzemia bahetzeko benetako odol-laginak erabiltzean. Garatutako sentsoreak frogatu zuen benetako odol laginetatik ateratako DNA gai zela leuzemia gaixoetan minbiziaren DNA kantitate txikiak (3nM) azkar eta errentagarri detektatzeko 15 minututan, eta % 95,3ko zehaztasuna erakutsi zuen. Lagin-probak gehiago errazteko, espektrofotometro baten beharra ezabatzeko, makina-ikaskuntza erabili zen soluzioaren kolorea interpretatzeko eta pertsona normalak eta minbiziak bereizteko telefono mugikorreko argazki bat erabiliz, eta zehaztasuna ere %90,0ean lortu ahal izan zen.

Erreferentzia: DOI: 10.1039/d2ra05725e