DNA metilazio probak telefonoekin konbinatuta tumoreen eta leuzemiaren baheketa goiztiarra egiteko, % 90eko zehaztasunarekin!

Biopsia likidoan oinarritutako minbiziaren detekzio goiztiarra AEBetako Minbiziaren Institutu Nazionalak azken urteotan proposatu duen minbizia detektatzeko eta diagnostikatzeko norabide berri bat da, minbizi goiztiarra edo baita lesio prekanzerosoak ere detektatzeko helburuarekin. Oso erabilia izan da biomarkatzaile berri gisa hainbat gaixotasun gaiztoren diagnostiko goiztiarrerako, besteak beste, biriketako minbizia, urdail-hesteetako tumoreak, glioma eta tumore ginekologikoak.

Metilazio-paisaiaren (Methylscape) biomarkatzaileak identifikatzeko plataformen sorrerak minbiziaren baheketa goiztiarra nabarmen hobetzeko ahalmena du, pazienteak tratatzeko fase goiztiarrenan kokatuz.

Duela gutxi, ikertzaileek metilazio-paisaia detektatzeko plataforma sinple eta zuzen bat garatu dute, zisteaminaz apaindutako urrezko nanopartikulak (Cyst/AuNP) erabiliz, telefono adimendun batean oinarritutako biosentsore batekin konbinatuta, tumore sorta zabal baten baheketa goiztiarra ahalbidetzen duena. Leuzemia goiztiarra odol-lagin batetik DNA erauzi eta 15 minuturen buruan egin daiteke, % 90eko zehaztasunarekin. Artikuluaren izenburua da minbiziaren DNAren detekzio azkarra gizakien odolean, zisteaminaz estalitako AuNPak eta ikaskuntza automatikoa duen telefono adimendun bat erabiliz.

1. irudia. Cyst/AuNP osagaien bidez minbizia detektatzeko plataforma sinple eta azkar bat bi urrats errazetan lor daiteke.

Hau 1. irudian erakusten da. Lehenik, ur-disoluzio bat erabili zen DNA zatiak disolbatzeko. Ondoren, Kiste/AuNP-ak gehitu zitzaizkion nahasketa-disoluzioari. DNA normalak eta gaiztoak metilazio-propietate desberdinak dituzte, eta horren ondorioz, auto-muntaketa-eredu desberdinak dituzten DNA zatiak sortzen dira. DNA normala modu askean agregatzen da eta azkenean Kiste/AuNP-ak agregatzen ditu, eta horrek Kiste/AuNP-en gorri-lerratzea eragiten du, eta, beraz, kolorea gorritik morera aldatzea begi hutsez ikus daiteke. Aldiz, minbizi-DNAren metilazio-profil bereziak DNA zatien multzo handiagoen sorrera dakar.

96 putzuko plaken irudiak telefono adimendun baten kamera erabiliz hartu ziren. Minbiziaren DNA ikaskuntza automatikoa duen telefono adimendun batekin neurtu zen, espektroskopian oinarritutako metodoekin alderatuta.

Minbiziaren baheketa odol lagin errealetan

Sentsore-plataformaren erabilgarritasuna handitzeko, ikertzaileek odol-lagin errealetan DNA normala eta minbiziduna bereizten dituen sentsore bat erabili zuten. CpG guneetako metilazio-ereduek geneen adierazpena epigenetikoki erregulatzen dute. Ia minbizi mota guztietan, DNAren metilazioan eta, beraz, tumore-genesia sustatzen duten geneen adierazpenean izandako aldaketak txandakatzen direla ikusi da.

DNAren metilazioarekin lotutako beste minbizi batzuen eredu gisa, ikertzaileek leuzemia duten pazienteen eta kontrol osasuntsuen odol-laginak erabili zituzten metilazio-paisaiaren eraginkortasuna ikertzeko leuzemia-minbiziak bereizteko. Metilazio-paisaiaren biomarkatzaile honek ez ditu soilik dauden leuzemia-baheketa azkarreko metodoak gainditzen, baizik eta analisi sinple eta erraz hau erabiliz minbizi mota ugari goiz detektatzeko bideragarritasuna ere erakusten du.

31 leuzemia gaixoren eta 12 pertsona osasuntsuren odol laginetatik lortutako DNA aztertu zen. 2a irudiko kaxa-diagramak erakusten duen bezala, minbizi laginen xurgapen erlatiboa (ΔA650/525) lagin normalen DNArena baino txikiagoa zen. Hau batez ere hidrofobikotasun handiagoaren ondorioz gertatu zen, minbizi DNAren agregazio trinkoa eraginez, eta horrek Cyst/AuNP-en agregazioa eragotziz. Ondorioz, nanopartikula hauek minbizi agregatuen kanpoko geruzetan guztiz sakabanatu ziren, eta horrek DNA normaleko eta minbizi DNAren agregatuetan adsorbatutako Cyst/AuNP-en sakabanaketa desberdina eragin zuen. Ondoren, ROC kurbak sortu ziren atalasea ΔA650/525 balio minimo batetik balio maximo batera aldatuz.

2. irudia.(a) Kiste/AuNP soluzioen xurgapen-balio erlatiboak, baldintza optimizatuetan DNA normalaren (urdina) eta minbizi-DNAren (gorria) presentzia erakusten dutenak.

(DA650/525) kaxa-diagramen bidez; (b) ROC analisia eta proba diagnostikoen ebaluazioa. (c) Nahasmen-matrizea paziente normal eta minbizidunen diagnostikorako. (d) Garatutako metodoaren sentikortasuna, espezifikotasuna, balio prediktibo positiboa (PPV), balio prediktibo negatiboa (NPV) eta zehaztasuna.

2b irudian erakusten den bezala, garatutako sentsorearentzat lortutako ROC kurbaren azpiko azalerak (AUC = 0.9274) sentikortasun eta espezifikotasun handia erakutsi zuen. Kutxa-diagraman ikus daitekeenez, DNA talde normala adierazten duen puntu baxuena ez dago ondo bereizita minbiziaren DNA taldea adierazten duen puntu altuenetik; beraz, erregresio logistikoa erabili zen talde normalak eta minbizi-taldeak bereizteko. Aldagai independente multzo bat emanda, gertaera bat gertatzeko probabilitatea kalkulatzen du, hala nola minbizi-talde bat edo talde normal bat. Mendeko aldagaia 0 eta 1 artean dago. Beraz, emaitza probabilitate bat da. Minbizia identifikatzeko probabilitatea (P) ΔA650/525-en arabera zehaztu genuen honela.

non b=5.3533,w1=-6.965 den. Laginak sailkatzeko, 0,5 baino txikiagoa den probabilitateak lagin normala adierazten du, eta 0,5eko edo handiagoa den probabilitateak minbizi lagina. 2c irudiak sailkapen metodoaren egonkortasuna balioztatzeko erabili zen "utzi bakarrik" gurutzadura-balioztatzetik sortutako nahasmen-matrizea erakusten du. 2d irudiak metodoaren diagnostiko-probaren ebaluazioa laburbiltzen du, sentikortasuna, espezifikotasuna, balio prediktibo positiboa (PPV) eta balio prediktibo negatiboa (NPV) barne.

Smartphone-etan oinarritutako biosentsoreak

Espektrofotometrorik erabili gabe laginen probak are gehiago errazteko, ikertzaileek adimen artifiziala (AA) erabili zuten disoluzioaren kolorea interpretatzeko eta pertsona normalak eta minbizidunak bereizteko. Hori kontuan hartuta, ikusmen artifiziala erabili zen Cyst/AuNPs disoluzioaren kolorea DNA normalera (morea) edo DNA minbizidunera (gorria) itzultzeko, telefono mugikorreko kamera batekin hartutako 96 putzuko plaken irudiak erabiliz. Adimen artifizialak kostuak murriztu eta nanopartikula-disoluzioen kolorea interpretatzeko irisgarritasuna hobetu dezake, eta telefono mugikorreko hardware optikoko osagarririk erabili gabe. Azkenik, bi ikaskuntza automatikoko eredu, Random Forest (RF) eta Support Vector Machine (SVM) barne, entrenatu ziren ereduak eraikitzeko. RF eta SVM ereduek laginak positibo eta negatibo gisa sailkatu zituzten, % 90,0ko zehaztasunarekin. Horrek iradokitzen du adimen artifiziala telefono mugikorretan oinarritutako biosentsoreetan erabiltzea oso posible dela.

3. irudia.(a) Irudiak eskuratzeko urratserako lagina prestatzean erregistratutako disoluzioaren helburu-klasea. (b) Irudiak eskuratzeko urratsean hartutako irudiaren adibidea. (c) Kiste/AuNP disoluzioaren kolore-intentsitatea iruditik ateratako 96 putzuko plakaren putzu bakoitzean (b).

Cyst/AuNPak erabiliz, ikertzaileek metilazio-paisaia detektatzeko sentsore-plataforma sinple bat garatu dute arrakastaz, eta leuzemia-baheketan odol-lagin errealak erabiltzen direnean DNA normala minbizi-DNAtik bereizteko gai den sentsore bat. Garatutako sentsoreak frogatu zuen odol-lagin errealetatik ateratako DNAk minbizi-DNA kantitate txikiak (3nM) azkar eta kostu-eraginkortasunez detektatzeko gai zela leuzemia duten pazienteengan 15 minututan, eta % 95,3ko zehaztasuna erakutsi zuen. Laginen probak are gehiago errazteko, espektrofotometro baten beharra ezabatuz, ikaskuntza automatikoa erabili zen disoluzioaren kolorea interpretatzeko eta pertsona normalak eta minbizidunak bereizteko telefono mugikorreko argazki bat erabiliz, eta % 90,0ko zehaztasuna ere lortu ahal izan zen.

Erreferentzia: DOI: 10.1039/d2ra05725e