90.0% ක නිරවද්‍යතාවයකින් පිළිකා සහ ලියුකේමියාව පරීක්ෂා කිරීම සඳහා ස්මාර්ට්ෆෝන් සමඟ ඒකාබද්ධව DNA මෙතිලේෂන් පරීක්ෂණය!

දියර බයොප්සි මත පදනම් වූ පිළිකා කල්තියා හඳුනා ගැනීම යනු පිළිකා හඳුනාගැනීමේ නව දිශාවක් වන අතර මෑත වසරවලදී එක්සත් ජනපද ජාතික පිළිකා ආයතනය විසින් යෝජනා කරන ලද අතර, මුල් පිළිකා හෝ පූර්ව පිළිකා හඳුනාගැනීමේ අරමුණින්. පෙනහළු පිළිකා, ආමාශ ආන්ත්රයික පිළිකා, ග්ලියෝමාස් සහ නාරිවේද පිළිකා ඇතුළු විවිධ මාරාන්තික රෝග කල්තියා හඳුනා ගැනීම සඳහා නව ජෛව සලකුණු කාරකයක් ලෙස එය පුළුල් ලෙස භාවිතා කර ඇත.

Methylation landscape (Methylscape) biomarkers හඳුනාගැනීම සඳහා වේදිකා මතුවීම, පිළිකා සඳහා දැනට පවතින මුල් පරීක්ෂාව සැලකිය යුතු ලෙස වැඩිදියුණු කිරීමේ හැකියාව ඇති අතර, රෝගීන්ට ප්‍රතිකාර කළ හැකි මුල්ම අදියරට පත් කරයි.

මෑතකදී, පර්යේෂකයන් විසින් පුළුල් පරාසයක පිළිකා ඉක්මනින් පරීක්ෂා කිරීමට හැකි වන පරිදි ස්මාර්ට්ෆෝන් මත පදනම් වූ ජෛව සංවේදකයක් සමඟ ඒකාබද්ධව cysteamine සැරසූ රන් නැනෝ අංශු (Cyst/AuNPs) මත පදනම්ව මෙතිලේෂන් භූ දර්ශන හඳුනාගැනීම සඳහා සරල සහ සෘජු සංවේදී වේදිකාවක් නිර්මාණය කර ඇත. 90.0% ක නිරවද්‍යතාවයකින් රුධිර සාම්පලයකින් DNA නිස්සාරණය කිරීමෙන් විනාඩි 15 ක් ඇතුළත ලියුකේමියාව සඳහා පූර්ව පරීක්ෂාව සිදු කළ හැකිය. ලිපි මාතෘකාව යනු cysteamine ආවරණය කරන ලද AuNPs සහ යන්ත්‍ර ඉගෙනුම් සක්‍රීය ස්මාර්ට් ජංගම දුරකතනයක් භාවිතයෙන් මිනිස් රුධිරයේ ඇති පිළිකා DNA ඉක්මනින් හඳුනා ගැනීමයි.

රූපය 1. Cyst/AuNPs සංරචක හරහා පිළිකා පරීක්ෂාව සඳහා සරල සහ වේගවත් සංවේදන වේදිකාවක් සරල පියවර දෙකකින් ඉටු කළ හැක.

මෙය රූප සටහන 1 හි දැක්වේ. පළමුව, DNA කොටස් විසුරුවා හැරීම සඳහා ජලීය ද්‍රාවණයක් භාවිතා කරන ලදී. Cyst/AuNPs පසුව මිශ්‍ර ද්‍රාවණයට එකතු කරන ලදී. සාමාන්‍ය සහ malignant DNA වල විවිධ මෙතිලේෂන් ගුණ ඇති අතර, එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස DNA කොටස් විවිධ ස්වයං-එකලස් රටා සහිත වේ. සාමාන්‍ය ඩීඑන්ඒ ලිහිල්ව එකතු වී අවසානයේ Cyst/AuNP එකතු කරයි, එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස Cyst/AuNP වල රතු-මාරු ස්වභාවය ඇති කරයි, එවිට රතු සිට දම් දක්වා වර්ණය වෙනස් වීමක් පියවි ඇසින් නිරීක්ෂණය කළ හැක. ඊට ප්‍රතිවිරුද්ධව, පිළිකා DNA වල අද්විතීය මෙතිලේෂන් පැතිකඩ DNA කොටස් විශාල පොකුරු නිෂ්පාදනය කිරීමට හේතු වේ.

ස්මාට්ෆෝන් කැමරාවක් භාවිතයෙන් ළිං 96 තහඩු වල පින්තූර ගන්නා ලදී. පිළිකා DNA මනිනු ලැබුවේ වර්ණාවලීක්ෂය පදනම් කරගත් ක්‍රමවලට සාපේක්ෂව යන්ත්‍ර ඉගෙනීමෙන් සමන්විත ස්මාර්ට් ජංගම දුරකතනයක් මගිනි.

සැබෑ රුධිර සාම්පලවල පිළිකා පරීක්ෂාව

සංවේදන වේදිකාවේ උපයෝගීතාව පුළුල් කිරීම සඳහා, පරීක්ෂකයින් සැබෑ රුධිර සාම්පලවල සාමාන්‍ය සහ පිළිකා DNA අතර සාර්ථකව වෙන්කර හඳුනාගත හැකි සංවේදකයක් යොදන ලදී. CpG අඩවි වල ඇති මෙතිලේෂන් රටා ජාන ප්‍රකාශනය අපිජනීතිකව නියාමනය කරයි. සෑම පිළිකා වර්ගයකම පාහේ, DNA මෙතිලේෂණයේ වෙනස්වීම් සහ එමගින් tumourigenesis ප්‍රවර්ධනය කරන ජානවල ප්‍රකාශනයේ වෙනස්වීම් නිරීක්ෂණය කර ඇත.

DNA මෙතිලේෂන් හා සම්බන්ධ අනෙකුත් පිළිකා සඳහා ආදර්ශයක් ලෙස, පර්යේෂකයන් ලියුකේමියා රෝගීන්ගේ රුධිර සාම්පල සහ ලියුකේමික් පිළිකා වෙන්කර හඳුනා ගැනීමේදී මෙතිලේෂන් භූ දර්ශනයේ සඵලතාවය විමර්ශනය කිරීම සඳහා සෞඛ්‍ය සම්පන්න පාලනයන් භාවිතා කළහ. මෙම methylation landscape biomarker දැනට පවතින වේගවත් ලියුකේමියා පරීක්ෂා කිරීමේ ක්‍රම අභිබවා යනවා පමණක් නොව, මෙම සරල හා සරල විශ්ලේෂණය භාවිතයෙන් පුළුල් පරාසයක පිළිකා කල්තියා හඳුනාගැනීම දක්වා ව්‍යාප්ත කිරීමේ ශක්‍යතාව ද පෙන්නුම් කරයි.

ලියුකේමියා රෝගීන් 31 දෙනෙකුගේ සහ සෞඛ්‍ය සම්පන්න පුද්ගලයන් 12 දෙනෙකුගේ රුධිර සාම්පල වලින් DNA විශ්ලේෂණය කරන ලදී. රූප සටහන 2a හි කොටු කුමන්ත්‍රණයේ පෙන්වා ඇති පරිදි, පිළිකා සාම්පලවල සාපේක්ෂ අවශෝෂණය (ΔA650/525) සාමාන්‍ය සාම්පල වලින් DNA වලට වඩා අඩු විය. මෙයට ප්‍රධාන වශයෙන් හේතු වූයේ වැඩි දියුණු කරන ලද ජලභීතිකාව නිසා පිළිකා DNA ඝන ලෙස එකතු වීම නිසා Cyst/AuNP එකතු වීම වැළැක්විය හැකිය. එහි ප්‍රතිඵලයක් වශයෙන්, මෙම නැනෝ අංශු පිළිකා සමූහවල පිටත ස්ථරවල සම්පූර්ණයෙන්ම විසුරුවා හරින ලද අතර, එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස සාමාන්‍ය සහ පිළිකා DNA සමූහයන් මත අවශෝෂණය කරන ලද Cyst/AuNPs වෙනස් විසරණයක් ඇති විය. ΔA650/525 හි අවම අගයක සිට උපරිම අගය දක්වා එළිපත්ත වෙනස් කිරීම මගින් ROC වක්‍ර උත්පාදනය කරන ලදී.

රූප සටහන 2.(අ) ප්‍රශස්ත තත්ව යටතේ සාමාන්‍ය (නිල්) සහ පිළිකා (රතු) ඩීඑන්ඒ පවතින බව පෙන්වන cyst/AuNPs ද්‍රාවණවල සාපේක්ෂ අවශෝෂණ අගයන්

(DA650/525) පෙට්ටි බිම්; (ආ) ROC විශ්ලේෂණය සහ රෝග විනිශ්චය පරීක්ෂණ ඇගයීම. (ඇ) සාමාන්‍ය සහ පිළිකා රෝගීන්ගේ රෝග විනිශ්චය සඳහා ව්‍යාකූල අනුකෘතිය. (d) සංවර්ධිත ක්‍රමයේ සංවේදීතාව, නිශ්චිතභාවය, ධනාත්මක පුරෝකථන අගය (PPV), සෘණ අනාවැකි අගය (NPV) සහ නිරවද්‍යතාවය.

රූප සටහන 2b හි පෙන්වා ඇති පරිදි, සංවර්ධිත සංවේදකය සඳහා ලබාගත් ROC වක්‍රය (AUC = 0.9274) යටතේ ඇති ප්‍රදේශය ඉහළ සංවේදීතාවයක් සහ විශේෂත්වයක් පෙන්නුම් කරයි. කොටු කුමන්ත්‍රණයෙන් දැකිය හැකි පරිදි, සාමාන්‍ය DNA කාණ්ඩය නියෝජනය කරන පහළම ලක්ෂ්‍යය පිළිකා DNA කාණ්ඩය නියෝජනය කරන ඉහළම ස්ථානයෙන් හොඳින් වෙන් වී නොමැත; එබැවින් සාමාන්‍ය සහ පිළිකා කණ්ඩායම් අතර වෙනස හඳුනා ගැනීම සඳහා ලොජිස්ටික් ප්‍රතිගාමීත්වය භාවිතා කරන ලදී. ස්වාධීන විචල්‍ය සමූහයක් ලබා දී, එය පිළිකාවක් හෝ සාමාන්‍ය කණ්ඩායමක් වැනි සිදුවීමක් සිදුවීමේ සම්භාවිතාව තක්සේරු කරයි. පරායත්ත විචල්‍යය 0 සහ 1 අතර පරාසයක පවතී. එබැවින් ප්‍රතිඵලය සම්භාවිතාවකි. අපි පහත පරිදි ΔA650/525 මත පදනම්ව පිළිකා හඳුනාගැනීමේ (P) සම්භාවිතාව තීරණය කළෙමු.

එහිදී b=5.3533,w1=-6.965. නියැදි වර්ගීකරණය සඳහා, 0.5ට අඩු සම්භාවිතාවක් සාමාන්‍ය නියැදියක් පෙන්නුම් කරන අතර, 0.5 හෝ ඊට වැඩි සම්භාවිතාවක් පිළිකා සාම්පලයක් පෙන්නුම් කරයි. රූප සටහන 2c මගින් වර්ගීකරණ ක්‍රමයේ ස්ථායිතාව තහවුරු කිරීමට භාවිතා කරන ලද නිවාඩු-එකම හරස් වලංගුකරණයෙන් ජනනය කරන ලද ව්‍යාකූල අනුකෘතිය නිරූපණය කරයි. රූප සටහන 2d සංවේදිතාව, නිශ්චිතභාවය, ධනාත්මක අනාවැකි අගය (PPV) සහ සෘණ අනාවැකි අගය (NPV) ඇතුළු ක්‍රමයේ රෝග විනිශ්චය පරීක්ෂණ ඇගයීම සාරාංශ කරයි.

ස්මාර්ට්ෆෝන් පදනම් වූ ජෛව සංවේදක

වර්ණාවලීක්ෂ දර්ශක භාවිතයෙන් තොරව නියැදි පරීක්ෂාව තවදුරටත් සරල කිරීම සඳහා, පර්යේෂකයන් ද්‍රාවණයේ වර්ණය අර්ථ නිරූපණය කිරීමට සහ සාමාන්‍ය සහ පිළිකා සහිත පුද්ගලයන් අතර වෙනස හඳුනා ගැනීමට කෘතිම බුද්ධිය (AI) භාවිතා කළහ. මේ අනුව, ජංගම දුරකථන කැමරාවක් හරහා ලබාගත් ළිං 96 තහඩු වල පින්තූර භාවිතයෙන් Cyst/AuNPs ද්‍රාවණයේ වර්ණය සාමාන්‍ය DNA (දම්) හෝ පිළිකා DNA (රතු) බවට පරිවර්තනය කිරීමට පරිගණක දර්ශනය භාවිතා කරන ලදී. කෘත්‍රිම බුද්ධියට නැනෝ අංශු ද්‍රාවණවල වර්ණය අර්ථකථනය කිරීමේදී සහ කිසිදු දෘශ්‍ය දෘඪාංග ස්මාර්ට්ෆෝන් උපාංග භාවිතයෙන් තොරව පිරිවැය අඩු කිරීමට සහ ප්‍රවේශ්‍යතාව වැඩිදියුණු කිරීමට හැකිය. අවසාන වශයෙන්, Random Forest (RF) සහ Support Vector Machine (SVM) ඇතුළු යන්ත්‍ර ඉගෙනුම් ආකෘති දෙකක් ආකෘති තැනීම සඳහා පුහුණු කරන ලදී. RF සහ SVM ආකෘති දෙකම 90.0% ක නිරවද්‍යතාවයකින් සාම්පල ධනාත්මක සහ සෘණ ලෙස නිවැරදිව වර්ගීකරණය කර ඇත. මෙයින් ඇඟවෙන්නේ ජංගම දුරකථන පදනම් කරගත් ජෛව සංවේදනයේදී කෘතිම බුද්ධිය භාවිතා කිරීම බෙහෙවින් කළ හැකි බවයි.

රූප සටහන 3.(අ) රූපය ලබා ගැනීමේ පියවර සඳහා නියැදිය සකස් කිරීමේදී වාර්තා කරන ලද විසඳුමේ ඉලක්ක පන්තිය. (ආ) රූපය ලබා ගැනීමේ පියවරේදී ගත් උදාහරණ රූපය. (ඇ) රූපයෙන් උපුටා ගන්නා ලද ළිං 96 තහඩුවේ සෑම ළිඳකම ඇති cyst/AuNPs ද්‍රාවණයේ වර්ණ තීව්‍රතාවය (b).

Cyst/AuNPs භාවිතා කරමින්, පර්යේෂකයන් විසින් මෙතිලේෂන් භූ දර්ශන හඳුනාගැනීම සඳහා සරල සංවේදී වේදිකාවක් සහ ලියුකේමියා පරීක්ෂාව සඳහා සැබෑ රුධිර සාම්පල භාවිතා කරන විට පිළිකා DNA වලින් සාමාන්‍ය DNA වෙන්කර හඳුනාගත හැකි සංවේදකයක් සාර්ථකව සංවර්ධනය කර ඇත. සංවර්ධිත සංවේදකය මගින් පෙන්නුම් කළේ සැබෑ රුධිර සාම්පල වලින් ලබාගත් DNA මගින් විනාඩි 15 කින් ලියුකේමියා රෝගීන්ගේ කුඩා ප්‍රමාණයේ පිළිකා DNA (3nM) ඉක්මනින් හා ලාභදායී ලෙස හඳුනා ගැනීමට හැකි වූ අතර 95.3% ක නිරවද්‍යතාවයක් පෙන්නුම් කරන බවයි. වර්ණාවලීක්ෂ දර්ශක අවශ්‍යතාවය ඉවත් කරමින් නියැදි පරීක්‍ෂණය තවදුරටත් සරල කිරීම සඳහා, ද්‍රාවණයේ වර්ණය අර්ථ දැක්වීමට සහ ජංගම දුරකථන ඡායාරූපයක් භාවිතයෙන් සාමාන්‍ය සහ පිළිකා සහිත පුද්ගලයන් අතර වෙනස හඳුනා ගැනීමට යන්ත්‍ර ඉගෙනීම භාවිතා කරන ලද අතර නිරවද්‍යතාවය 90.0% ක් ලබා ගැනීමට ද හැකි විය.

යොමුව: DOI: 10.1039/d2ra05725e