Examen methylationis DNA cum telephonis gestabilibus coniunctum ad examinationem tumorum praecocem et leucaemiae cum accuratione 90.0%!

Detectio cancri praecox per biopsiam liquidam fundata est nova via detectionis et diagnosis cancri, a Instituto Cancri Nationali Civitatum Foederatarum annis proximis proposita, eo consilio ut cancer incipiat vel etiam laesiones praecancerosas detegat. Late adhibita est ut novus biomarker ad diagnosim praecocem variarum malignitatum, inter quas cancer pulmonis, tumores gastrointestinales, gliomata et tumores gynaecologici.

Emergentia suggestuum ad bioindices methylationis scaenae (Methylscape) identificandos potentiam habet ad examinationem cancri praecocem iam exstans insigniter emendandam, aegros in primo stadio curationis collocando.

Nuper investigatores suggestum simplicem et directum ad detectionem methylationis scaenae excogitaverunt, innixum nanoparticulis aureis cysteamino ornatis (Cyst/AuNPs) cum biosensore telephono mobili coniunctis, quod permittit celerem et praecocem examinationem amplae varietatis tumorum. Examen praecox leukaemiae intra 15 minuta post extractionem DNA ex sanguine fieri potest, cum accuratione 90.0%. Titulus articuli est "Detectio celeris DNA cancri in sanguine humano utens AuNPs cysteamino-obtectis et telephono mobili machinationis discendae".

Figura 1. Simplex et celeris suggestus sensorius ad cancrum examinandum per componentes Cyst/AuNPs duobus simplicibus gradibus perfici potest.

Hoc in Figura 1 demonstratur. Primo, solutio aquosa ad dissolvenda fragmenta DNA adhibita est. Deinde Cyst/AuNPs (nucleotidae aureae) solutioni mixtae additae sunt. DNA normale et malignum proprietates methylationis differentes habent, unde fragmenta DNA cum diversis exemplaribus auto-aggregationis oriuntur. DNA normale laxe aggregatur et tandem Cyst/AuNPs aggregat, quod naturam rubram translatam Cyst/AuNPs efficit, ita ut mutatio coloris a rubro ad purpureum oculo nudo observari possit. Contra, singularis methylationis profilus DNA cancri ad productionem maiorum globulorum fragmentorum DNA ducit.

Imagines laminarum 96 puteorum captae sunt camera telephonica. DNA cancri mensuratum est telephono mobili instructo, comparato cum methodis spectroscopiae fundatis.

Detectio cancri in veris sanguinis exemplaribus

Ad utilitatem suggestus sensorii amplificandam, investigatores sensorem adhibuerunt qui inter DNA normale et carcinomaticum in veris sanguinis exemplaribus feliciter distinguebat. Formae methylationis in locis CpG epigenetice expressionem genorum regulant. In fere omnibus generibus cancri, mutationes in methylatione DNA et ergo in expressione genorum quae tumorigenesim promovent alternare observatae sunt.

Ut exemplar aliorum cancrorum cum methylatione DNA coniunctorum, investigatores speciminibus sanguinis ex aegris leucaemia affectis et ex hominibus sanis adhibuerunt ut efficaciam methylationis in differentiandis cancris leucaemicis investigarent. Hic bioindex methylationis non solum methodos celeres leucaemiae examinandae superat, sed etiam facultatem extendendi ad detectionem praecocem latae varietatis cancrorum per hoc experimentum simplicem et directum demonstrat.

DNA ex exemplaribus sanguinis a 31 aegrotis leucaemia laborantibus et 12 hominibus sanis analysata est. Ut in diagramma quadrato Figurae 2a demonstratur, absorptio relativa exemplorum cancri (ΔA650/525) minor erat quam DNA ex exemplaribus normalibus. Hoc praecipue ob hydrophobicitatem auctam accidit, quae ad densam aggregationem DNA cancri duxit, quae aggregationem Cyst/AuNPs impedivit. Propterea, hae nanoparticulae in stratis externis aggregatorum cancri omnino dispersae sunt, quod ad diversam dispersionem Cyst/AuNPs in aggregatis DNA normalibus et cancri adsorptarum effecit. Curvae ROC deinde generatae sunt variando limen a valore minimo ΔA650/525 ad valorem maximum.

Figura 2.(a) Valores absorptionis relativae solutionum cystarum/AuNPs praesentiam DNA normalis (caeruleae) et cancri (rubrae) sub condicionibus optimis ostendentes.

(DA650/525) diagrammatum capsularium; (b) analysis ROC et aestimatio probationum diagnosticarum. (c) Matrix confusionis ad diagnosin aegrotorum normalium et cancro laborantium. (d) Sensibilitas, specificitas, valor praedictivus positivus (PPV), valor praedictivus negativus (NPV) et accuratio methodi elaboratae.

Ut in Figura 2b demonstratur, area sub curva ROC (AUC = 0.9274) pro sensore evoluto obtenta magnam sensibilitatem et specificitatem ostendit. Ut ex diagramma arcae videri potest, punctum infimum gregem DNA normalem repraesentans non bene separatum est a puncto summo gregem DNA cancri repraesentante; ergo, regressio logistica adhibita est ad distinguendum inter greges normales et cancri. Dato numero variabilium independentium, probabilitatem eventus occurrentis, ut grex cancri vel normalis, aestimat. Variabilis dependens inter 0 et 1 variat. Resultatum ergo probabilitas est. Probabilitatem identificationis cancri (P) secundum ΔA650/525 hoc modo determinavimus.

ubi b=5.3533, w1=-6.965. Ad classificationem exemplorum, probabilitas minor quam 0.5 indicat exemplum normale, dum probabilitas 0.5 vel maior indicat exemplum cancri. Figura 2c matricem confusionis generatam ex validatione cruciata "leave-it-alone" depingit, quae adhibita est ad stabilitatem methodi classificationis validandam. Figura 2d aestimationem probationis diagnosticae methodi summatim exhibet, inclusis sensibilitate, specificitate, valore praedictivo positivo (PPV) et valore praedictivo negativo (NPV).

Biosensores in telephono mobili fundati

Ut probationes exemplorum sine spectrophotometrorum usu simplificarent, investigatores intelligentia artificiali (IA) adhibuerunt ad colorem solutionis interpretandum et inter individuos normales et cancerosos distinguendos. Itaque visio computatralis adhibita est ad colorem solutionis Cyst/AuNPs in DNA normale (purpureum) vel DNA cancerosum (rubrum) convertendum, imaginibus laminarum 96 puteorum per cameram telephoni mobilis captis utens. Intelligentia artificialis sumptus reducere et accessibilitatem interpretationis coloris solutionum nanoparticularum augere potest, sine usu ullius apparatus optici telephoni mobilis. Denique, duo exempla discendi automatici, inter quae Silva Fortuita (RF) et Machina Vectorialis Supporti (SVM), ad exempla construenda exercitata sunt. Utraque exempla, tum RF tum SVM, exempla recte ut positiva et negativa classificaverunt cum accuratione 90.0%. Hoc suggerit usum intelligentiae artificialis in biosensu per telephona mobilia fundato omnino possibilem esse.

Figura 3. (a) Classis scopi solutionis capta per praeparationem exempli ad gradum acquisitionis imaginis. (b) Imago exempli capta per gradum acquisitionis imaginis. (c) Intensitas coloris solutionis cystae/AuNPs in singulis puteis laminae 96 puteorum extractae ex imagine (b).

Investigatores, Cyst/AuNPs utentes, suggestum sensorium simplicem ad detegendum scaenam methylationis et sensorem capacem distinguendi DNA normale a DNA cancri cum exemplaribus sanguinis veri ad examinandum leucaemiam utuntur, feliciter excogitaverunt. Sensor evolutus demonstravit DNA ex exemplaribus sanguinis veri extractum parvas quantitates DNA cancri (3nM) in aegris leucaemia affectis celeriter et efficaciter detegere posse, et accuratiam 95.3% ostendit. Ad probationem exemplorum ulterius simplificandam per remotionem necessitatis spectrophotometri, doctrina automatica adhibita est ad interpretandum colorem solutionis et distinguendum inter individuos normales et cancrosos utens imagine telephonica mobili, et accuratio etiam ad 90.0% obtineri potuit.

Referentia: DOI: 10.1039/d2ra05725e