90.0% ක නිරවද්‍යතාවයකින් පිළිකා සහ ලියුකේමියා පරීක්ෂාව කලින් පරීක්ෂා කිරීම සඳහා ස්මාර්ට්ෆෝන් සමඟ ඒකාබද්ධ වූ DNA මෙතිලේෂන් පරීක්ෂණය!

ද්‍රව ජෛව පරීක්‍ෂණයක් මත පදනම් වූ පිළිකා කල්තියා හඳුනා ගැනීම, පිළිකා හඳුනාගැනීමේ සහ රෝග විනිශ්චය කිරීමේ නව දිශාවක් වන අතර, මෑත වසරවලදී එක්සත් ජනපද ජාතික පිළිකා ආයතනය විසින් යෝජනා කරන ලද අතර, මුල් පිළිකා හෝ පූර්ව පිළිකා තුවාල පවා හඳුනා ගැනීමේ අරමුණින්. පෙනහළු පිළිකා, ආමාශ ආන්ත්‍රික පිළිකා, ග්ලියෝමා සහ නාරිවේද පිළිකා ඇතුළු විවිධ මාරාන්තික රෝග කලින් හඳුනා ගැනීම සඳහා එය නව ජෛව සලකුණුකාරකයක් ලෙස බහුලව භාවිතා වේ.

මෙතිලේෂන් භූ දර්ශනය (මෙතිල්ස්කේප්) ජෛව සලකුණු හඳුනා ගැනීම සඳහා වේදිකා මතුවීම, පිළිකා සඳහා පවතින මුල් පරීක්ෂාව සැලකිය යුතු ලෙස වැඩිදියුණු කිරීමේ හැකියාව ඇති අතර, රෝගීන් මුල්ම ප්‍රතිකාර කළ හැකි අවධියට ගෙන එයි.

මෑතකදී, පර්යේෂකයන් විසින් සිස්ටේමයින් සරසන ලද රන් නැනෝ අංශු (Cyst/AuNPs) මත පදනම් වූ මෙතිලේෂන් භූ දර්ශන හඳුනාගැනීම සඳහා සරල සහ සෘජු සංවේදක වේදිකාවක් සංවර්ධනය කර ඇති අතර එය ස්මාර්ට්ෆෝන් පාදක ජෛව සංවේදකයක් සමඟ ඒකාබද්ධ වී පුළුල් පරාසයක පිළිකා ඉක්මනින් පරීක්ෂා කිරීමට ඉඩ සලසයි. රුධිර සාම්පලයකින් DNA නිස්සාරණය කිරීමෙන් පසු මිනිත්තු 15 ක් ඇතුළත ලියුකේමියාව සඳහා මුල් පරීක්ෂාව සිදු කළ හැකි අතර, එහි නිරවද්‍යතාවය 90.0% කි. ලිපියේ මාතෘකාව වන්නේ සිස්ටේමයින්-කැප් කළ AuNPs සහ යන්ත්‍ර ඉගෙනීමට හැකියාව ඇති ස්මාර්ට් ජංගම දුරකතනයක් භාවිතයෙන් මිනිස් රුධිරයේ පිළිකා DNA ඉක්මනින් හඳුනා ගැනීමයි.

රූපය 1. Cyst/AuNPs සංරචක හරහා පිළිකා පරීක්ෂාව සඳහා සරල සහ වේගවත් සංවේදක වේදිකාවක් සරල පියවර දෙකකින් ඉටු කර ගත හැක.

මෙය රූපය 1 හි දක්වා ඇත. පළමුව, DNA කොටස් විසුරුවා හැරීම සඳහා ජලීය ද්‍රාවණයක් භාවිතා කරන ලදී. පසුව මිශ්‍ර ද්‍රාවණයට Cyst/AuNPs එකතු කරන ලදී. සාමාන්‍ය සහ මාරාන්තික DNA වලට විවිධ මෙතිලේෂන් ගුණ ඇති අතර, එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස විවිධ ස්වයං-එකලස් රටා සහිත DNA කොටස් ඇති වේ. සාමාන්‍ය DNA ලිහිල්ව එකතු වී අවසානයේ Cyst/AuNPs එකතු කරයි, එමඟින් Cyst/AuNPs වල රතු-මාරු ස්වභාවය ඇති වන අතර එමඟින් රතු සිට දම් දක්වා වර්ණයේ වෙනසක් පියවි ඇසින් නිරීක්ෂණය කළ හැකිය. ඊට වෙනස්ව, පිළිකා DNA වල අද්විතීය මෙතිලේෂන් පැතිකඩ DNA කොටස්වල විශාල පොකුරු නිපදවීමට හේතු වේ.

ළිං 96 ක තහඩු වල රූප ස්මාර්ට්ෆෝන් කැමරාවක් භාවිතයෙන් ලබා ගන්නා ලදී. වර්ණාවලීක්ෂය පදනම් කරගත් ක්‍රමවලට සාපේක්ෂව යන්ත්‍ර ඉගෙනීමෙන් සමන්විත ස්මාර්ට් ජංගම දුරකතනයක් මගින් පිළිකා DNA මනිනු ලැබීය.

සැබෑ රුධිර සාම්පල මගින් පිළිකා පරීක්ෂාව

සංවේදක වේදිකාවේ උපයෝගීතාව පුළුල් කිරීම සඳහා, පර්යේෂකයන් සැබෑ රුධිර සාම්පලවල සාමාන්‍ය සහ පිළිකා DNA අතර සාර්ථකව වෙන්කර හඳුනා ගන්නා සංවේදකයක් යොදන ලදී. CpG අඩවි වල මෙතිලේෂන් රටා ජාන ප්‍රකාශනය එපිජෙනටික් ලෙස නියාමනය කරයි. සියලුම පිළිකා වර්ගවල පාහේ, DNA මෙතිලේෂන් වල වෙනස්කම් සහ එමඟින් පිළිකා උත්පාදනය ප්‍රවර්ධනය කරන ජාන ප්‍රකාශනයේ විකල්ප ලෙස නිරීක්ෂණය කර ඇත.

DNA මෙතිලේෂන් හා සම්බන්ධ අනෙකුත් පිළිකා සඳහා ආදර්ශයක් ලෙස, පර්යේෂකයන් ලියුකේමියා රෝගීන්ගෙන් රුධිර සාම්පල සහ නිරෝගී පාලනයන් භාවිතා කරමින් ලියුකේමියා පිළිකා වෙන්කර හඳුනා ගැනීමේදී මෙතිලේෂන් භූ දර්ශනයේ කාර්යක්ෂමතාව විමර්ශනය කළහ. මෙම මෙතිලේෂන් භූ දර්ශන ජෛව මාර්කර් පවතින වේගවත් ලියුකේමියා පරීක්ෂණ ක්‍රම අභිබවා යනවා පමණක් නොව, මෙම සරල හා සරල විශ්ලේෂණය භාවිතයෙන් පුළුල් පරාසයක පිළිකා කල්තියා හඳුනා ගැනීම දක්වා ව්‍යාප්ත කිරීමේ ශක්‍යතාව ද පෙන්නුම් කරයි.

ලියුකේමියා රෝගීන් 31 දෙනෙකුගේ සහ නිරෝගී පුද්ගලයින් 12 දෙනෙකුගේ රුධිර සාම්පල වලින් ලබාගත් DNA විශ්ලේෂණය කරන ලදී. රූපය 2a හි කොටු සටහනේ පෙන්වා ඇති පරිදි, පිළිකා සාම්පලවල (ΔA650/525) සාපේක්ෂ අවශෝෂණය සාමාන්‍ය සාම්පල වලින් ලබාගත් DNA වලට වඩා අඩු විය. මෙය ප්‍රධාන වශයෙන් පිළිකා DNA ඝන ලෙස එකතු වීමට හේතු වූ වැඩි දියුණු කළ ජලභීතිකාව නිසා සිදු වූ අතර එමඟින් Cyst/AuNPs එකතු වීම වළක්වන ලදී. එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස, මෙම නැනෝ අංශු පිළිකා සමුච්චයන්ගේ පිටත ස්ථරවල සම්පූර්ණයෙන්ම විසුරුවා හරින ලද අතර, එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස සාමාන්‍ය සහ පිළිකා DNA සමුච්චයන් මත අවශෝෂණය කරන ලද Cyst/AuNPs වෙනස් විසරණයකට හේතු විය. ඉන්පසු ROC වක්‍ර ΔA650/525 අවම අගයේ සිට උපරිම අගයක් දක්වා එළිපත්ත වෙනස් කිරීමෙන් ජනනය කරන ලදී.

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

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

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

මෙහි b=5.3533,w1=-6.965. නියැදි වර්ගීකරණය සඳහා, 0.5 ට අඩු සම්භාවිතාවක් සාමාන්‍ය නියැදියක් පෙන්නුම් කරන අතර, 0.5 හෝ ඊට වැඩි සම්භාවිතාවක් පිළිකා නියැදියක් දක්වයි. වර්ගීකරණ ක්‍රමයේ ස්ථායිතාව තහවුරු කිරීම සඳහා භාවිතා කරන ලද leave-it-alone cross-validation වලින් ජනනය වන ව්‍යාකූල අනුකෘතිය රූපය 2c නිරූපණය කරයි. සංවේදීතාව, නිශ්චිතභාවය, ධනාත්මක පුරෝකථන අගය (PPV) සහ සෘණ පුරෝකථන අගය (NPV) ඇතුළුව ක්‍රමයේ රෝග විනිශ්චය පරීක්ෂණ ඇගයීම රූපය 2d සාරාංශ කරයි.

ස්මාර්ට්ෆෝන් පාදක ජෛව සංවේදක

වර්ණාවලීක්ෂ ඡායාරූපමාන භාවිතයෙන් තොරව සාම්පල පරීක්ෂාව තවදුරටත් සරල කිරීම සඳහා, පර්යේෂකයන් ද්‍රාවණයේ වර්ණය අර්ථ නිරූපණය කිරීමට සහ සාමාන්‍ය සහ පිළිකා සහිත පුද්ගලයින් අතර වෙනස හඳුනා ගැනීමට කෘතිම බුද්ධිය (AI) භාවිතා කළහ. මේ අනුව, ජංගම දුරකථන කැමරාවක් හරහා ගන්නා ලද ළිං 96 තහඩු වල රූප භාවිතා කරමින් Cyst/AuNPs ද්‍රාවණයේ වර්ණය සාමාන්‍ය DNA (දම් පාට) හෝ පිළිකා සහිත DNA (රතු) බවට පරිවර්තනය කිරීමට පරිගණක දැක්ම භාවිතා කරන ලදී. කෘතිම බුද්ධියට පිරිවැය අඩු කර නැනෝ අංශු විසඳුම්වල වර්ණය අර්ථ නිරූපණය කිරීමේදී ප්‍රවේශ්‍යතාව වැඩි දියුණු කළ හැකි අතර කිසිදු දෘශ්‍ය දෘඩාංග ස්මාර්ට්ෆෝන් උපාංග භාවිතයෙන් තොරව. අවසාන වශයෙන්, අහඹු වනාන්තර (RF) සහ ආධාරක දෛශික යන්ත්‍රය (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 කළේය. මෙයින් ඇඟවෙන්නේ ජංගම දුරකථන පාදක ජෛව සංවේදනයේදී කෘතිම බුද්ධිය භාවිතා කිරීම බෙහෙවින් කළ හැකි බවයි.

රූපය 3.(අ) රූප අත්පත් කර ගැනීමේ පියවර සඳහා නියැදිය සකස් කිරීමේදී වාර්තා කරන ලද ද්‍රාවණයේ ඉලක්ක පන්තිය. (ආ) රූප අත්පත් කර ගැනීමේ පියවරේදී ගන්නා ලද උදාහරණ රූපය. (ඇ) රූපයෙන් ලබාගත් ළිං 96 තහඩුවේ සෑම ළිඳකම cyst/AuNPs ද්‍රාවණයේ වර්ණ තීව්‍රතාවය (ආ).

Cyst/AuNPs භාවිතා කරමින්, පර්යේෂකයන් මෙතිලේෂන් භූ දර්ශන හඳුනාගැනීම සඳහා සරල සංවේදක වේදිකාවක් සහ ලියුකේමියා පරීක්ෂාව සඳහා සැබෑ රුධිර සාම්පල භාවිතා කරන විට සාමාන්‍ය DNA පිළිකා DNA වලින් වෙන්කර හඳුනාගත හැකි සංවේදකයක් සාර්ථකව සංවර්ධනය කර ඇත. සංවර්ධනය කරන ලද සංවේදකය මගින් පෙන්නුම් කළේ සැබෑ රුධිර සාම්පලවලින් ලබාගත් DNA මගින් ලියුකේමියා රෝගීන්ගේ කුඩා ප්‍රමාණයේ පිළිකා DNA (3nM) මිනිත්තු 15 කින් ඉක්මනින් සහ ලාභදායී ලෙස හඳුනා ගැනීමට හැකි වූ අතර 95.3% ක නිරවද්‍යතාවයක් පෙන්නුම් කළ බවයි. වර්ණාවලීක්ෂ ඡායාරූපමානයක අවශ්‍යතාවය ඉවත් කිරීමෙන් සාම්පල පරීක්ෂාව තවදුරටත් සරල කිරීම සඳහා, ද්‍රාවණයේ වර්ණය අර්ථ නිරූපණය කිරීමට සහ ජංගම දුරකථන ඡායාරූපයක් භාවිතයෙන් සාමාන්‍ය සහ පිළිකා පුද්ගලයින් අතර වෙනස හඳුනා ගැනීමට යන්ත්‍ර ඉගෙනීම භාවිතා කරන ලද අතර, නිරවද්‍යතාවය 90.0% කින් ලබා ගැනීමට ද හැකි විය.

යොමුව: DOI: 10.1039/d2ra05725e