ការធ្វើតេស្តមេទីឡាស្យុង DNA រួមផ្សំជាមួយស្មាតហ្វូនសម្រាប់ការពិនិត្យរកដុំសាច់ និងជំងឺមហារីកឈាមដំណាក់កាលដំបូង ជាមួយនឹងភាពត្រឹមត្រូវ 90.0%!

ការរកឃើញជំងឺមហារីកដំបូងដោយផ្អែកលើការធ្វើកោសល្យវិច័យរាវគឺជាទិសដៅថ្មីមួយនៃការរកឃើញ និងធ្វើរោគវិនិច្ឆ័យជំងឺមហារីកដែលបានស្នើឡើងដោយវិទ្យាស្ថានជាតិជំងឺមហារីកសហរដ្ឋអាមេរិកក្នុងប៉ុន្មានឆ្នាំថ្មីៗនេះ ដោយមានគោលបំណងរកឃើញជំងឺមហារីកដំបូង ឬសូម្បីតែដំបៅមុនមហារីក។ វាត្រូវបានគេប្រើយ៉ាងទូលំទូលាយជាសញ្ញាសម្គាល់ជីវសាស្រ្តថ្មីសម្រាប់ការធ្វើរោគវិនិច្ឆ័យដំបូងនៃជំងឺសាហាវផ្សេងៗ រួមទាំងជំងឺមហារីកសួត ដុំសាច់ក្រពះពោះវៀន ដុំសាច់ Gliomas និងដុំសាច់រោគស្ត្រី។

ការលេចចេញនូវវេទិកាដើម្បីកំណត់អត្តសញ្ញាណជីវសញ្ញាណនៃទេសភាពមេទីល (Methylscape) មានសក្តានុពលក្នុងការធ្វើអោយប្រសើរឡើងយ៉ាងខ្លាំងនូវការត្រួតពិនិត្យជំងឺមហារីកដំណាក់កាលដំបូងដែលមានស្រាប់ ដែលធ្វើឱ្យអ្នកជំងឺនៅដំណាក់កាលដែលអាចព្យាបាលបានដំបូងបំផុត។

ថ្មីៗនេះ ក្រុមអ្នកស្រាវជ្រាវបានបង្កើតវេទិកាចាប់សញ្ញាសាមញ្ញ និងដោយផ្ទាល់សម្រាប់ការរកឃើញទេសភាពមេទីឡាស្យុងដោយផ្អែកលើភាគល្អិតណាណូមាសតុបតែងដោយស៊ីស្តេអាមីន (Cyst/AuNPs) រួមផ្សំជាមួយនឹងជីវឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាដែលមានមូលដ្ឋានលើស្មាតហ្វូន ដែលអាចឱ្យមានការត្រួតពិនិត្យរហ័សនៃដុំសាច់ជាច្រើនប្រភេទ។ ការត្រួតពិនិត្យដំបូងសម្រាប់ជំងឺមហារីកឈាមអាចត្រូវបានអនុវត្តក្នុងរយៈពេល 15 នាទីបន្ទាប់ពីការទាញយក DNA ពីគំរូឈាម ជាមួយនឹងភាពត្រឹមត្រូវ 90.0%។ ចំណងជើងអត្ថបទគឺ ការរកឃើញរហ័សនៃ DNA មហារីកនៅក្នុងឈាមរបស់មនុស្សដោយប្រើ AuNPs ដែលមានស៊ីស្តេអាមីន និងស្មាតហ្វូនដែលបើកដំណើរការការរៀនម៉ាស៊ីន។

រូបភាពទី 1. វេទិកាចាប់សញ្ញាដ៏សាមញ្ញ និងរហ័សសម្រាប់ការពិនិត្យរកជំងឺមហារីកតាមរយៈសមាសធាតុ Cyst/AuNPs អាចសម្រេចបានក្នុងជំហានសាមញ្ញពីរ។

នេះត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 1។ ដំបូង ដំណោះស្រាយទឹកត្រូវបានប្រើដើម្បីរំលាយបំណែក DNA ។ បន្ទាប់មក Cyst/AuNPs ត្រូវបានបន្ថែមទៅក្នុងដំណោះស្រាយលាយ។ DNA ធម្មតា និង DNA សាហាវមានលក្ខណៈសម្បត្តិមេទីឡាស្យុងខុសៗគ្នា ដែលបណ្តាលឱ្យមានបំណែក DNA ដែលមានលំនាំផ្គុំដោយខ្លួនឯងខុសៗគ្នា។ DNA ធម្មតាប្រមូលផ្តុំគ្នាយ៉ាងរលុង ហើយនៅទីបំផុតប្រមូលផ្តុំគ្នាជា Cyst/AuNPs ដែលបណ្តាលឱ្យមានលក្ខណៈផ្លាស់ប្តូរពណ៌ក្រហមនៃ Cyst/AuNPs ដូច្នេះការផ្លាស់ប្តូរពណ៌ពីពណ៌ក្រហមទៅពណ៌ស្វាយអាចត្រូវបានគេសង្កេតឃើញដោយភ្នែកទទេ។ ផ្ទុយទៅវិញ ទម្រង់មេទីឡាស្យុងតែមួយគត់នៃ DNA មហារីកនាំទៅរកការផលិតចង្កោមបំណែក DNA ធំជាង។

រូបភាពនៃបន្ទះ 96-well ត្រូវបានថតដោយប្រើកាមេរ៉ាស្មាតហ្វូន។ DNA មហារីកត្រូវបានវាស់ដោយស្មាតហ្វូនដែលបំពាក់ដោយការរៀនម៉ាស៊ីនបើប្រៀបធៀបទៅនឹងវិធីសាស្ត្រផ្អែកលើវិសាលគម។

ការពិនិត្យរកជំងឺមហារីកក្នុងសំណាកឈាមពិតៗ

ដើម្បីពង្រីកប្រយោជន៍នៃវេទិកាចាប់សញ្ញា អ្នកស៊ើបអង្កេតបានអនុវត្តឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាមួយដែលអាចបែងចែកបានដោយជោគជ័យរវាង DNA ធម្មតា និងមហារីកនៅក្នុងគំរូឈាមពិត។ លំនាំមេទីឡាស្យុងនៅកន្លែង CpG គ្រប់គ្រងការបញ្ចេញហ្សែនតាមអេពីហ្សែន។ នៅក្នុងប្រភេទមហារីកស្ទើរតែទាំងអស់ ការផ្លាស់ប្តូរមេទីឡាស្យុង DNA ហើយដូច្នេះនៅក្នុងការបញ្ចេញហ្សែនដែលជំរុញការបង្កើតដុំសាច់ត្រូវបានគេសង្កេតឃើញថាឆ្លាស់គ្នា។

ក្នុងនាមជាគំរូសម្រាប់ជំងឺមហារីកដទៃទៀតដែលទាក់ទងនឹងការបន្ថែមមេទីឡាស្យុង DNA អ្នកស្រាវជ្រាវបានប្រើប្រាស់សំណាកឈាមពីអ្នកជំងឺមហារីកឈាម និងក្រុមត្រួតពិនិត្យដែលមានសុខភាពល្អ ដើម្បីស៊ើបអង្កេតប្រសិទ្ធភាពនៃទេសភាពមេទីឡាស្យុងក្នុងការសម្គាល់ជំងឺមហារីកឈាម។ សញ្ញាសម្គាល់ជីវសាស្ត្រទេសភាពមេទីឡាស្យុងនេះមិនត្រឹមតែមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ជាងវិធីសាស្ត្រត្រួតពិនិត្យជំងឺមហារីកឈាមរហ័សដែលមានស្រាប់ប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែថែមទាំងបង្ហាញពីលទ្ធភាពនៃការពង្រីកដល់ការរកឃើញដំបូងនៃជំងឺមហារីកជាច្រើនប្រភេទដោយប្រើការវិភាគសាមញ្ញ និងត្រង់ៗនេះ។

ការវិភាគ DNA ពីសំណាកឈាមពីអ្នកជំងឺមហារីកឈាមចំនួន 31 នាក់ និងបុគ្គលដែលមានសុខភាពល្អចំនួន 12 នាក់។ ដូចដែលបានបង្ហាញក្នុងគ្រោងប្រអប់ក្នុងរូបភាពទី 2a ការស្រូបយកដែលទាក់ទងនៃសំណាកមហារីក (ΔA650/525) គឺទាបជាង DNA ពីសំណាកធម្មតា។ នេះភាគច្រើនដោយសារតែ hydrophobicity កើនឡើងដែលនាំឱ្យមានការប្រមូលផ្តុំក្រាស់នៃ DNA មហារីក ដែលរារាំងការប្រមូលផ្តុំនៃ Cyst/AuNPs។ ជាលទ្ធផល ភាគល្អិតណាណូទាំងនេះត្រូវបានខ្ចាត់ខ្ចាយទាំងស្រុងនៅក្នុងស្រទាប់ខាងក្រៅនៃការប្រមូលផ្តុំមហារីក ដែលបណ្តាលឱ្យមានការខ្ចាត់ខ្ចាយខុសៗគ្នានៃ Cyst/AuNPs ដែលស្រូបយកលើការប្រមូលផ្តុំ DNA ធម្មតា និងមហារីក។ ខ្សែកោង ROC ត្រូវបានបង្កើតឡើងដោយការផ្លាស់ប្តូរកម្រិតពីតម្លៃអប្បបរមា ΔA650/525 ទៅតម្លៃអតិបរមា។

រូបភាពទី 2.(ក) តម្លៃស្រូបយកដែលទាក់ទងគ្នានៃដំណោះស្រាយ cyst/AuNPs ដែលបង្ហាញពីវត្តមាននៃ DNA ធម្មតា (ពណ៌ខៀវ) និងមហារីក (ពណ៌ក្រហម) ក្រោមលក្ខខណ្ឌល្អប្រសើរ

(DA650/525) នៃគំនូសប្រអប់; (ខ) ការវិភាគ ROC និងការវាយតម្លៃការធ្វើតេស្តរោគវិនិច្ឆ័យ។ (គ) ម៉ាទ្រីសច្រឡំសម្រាប់ការធ្វើរោគវិនិច្ឆ័យអ្នកជំងឺមហារីកធម្មតា និងអ្នកជំងឺធម្មតា។ (ឃ) ភាពរសើប តម្លៃព្យាករណ៍វិជ្ជមាន (PPV) តម្លៃព្យាករណ៍អវិជ្ជមាន (NPV) និងភាពត្រឹមត្រូវនៃវិធីសាស្ត្រដែលបានអភិវឌ្ឍ។

ដូចដែលបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 2b តំបន់ក្រោមខ្សែកោង ROC (AUC = 0.9274) ដែលទទួលបានសម្រាប់ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាដែលបានអភិវឌ្ឍបានបង្ហាញពីភាពរសើបខ្ពស់ និងភាពជាក់លាក់។ ដូចដែលអាចមើលឃើញពីគ្រោងប្រអប់ ចំណុចទាបបំផុតដែលតំណាងឱ្យក្រុម DNA ធម្មតាមិនត្រូវបានបំបែកចេញពីចំណុចខ្ពស់បំផុតដែលតំណាងឱ្យក្រុម DNA មហារីកនោះទេ។ ដូច្នេះ ការវិភាគតំរែតំរង់ឡូជីស្ទីកត្រូវបានប្រើដើម្បីបែងចែករវាងក្រុមធម្មតា និងក្រុមមហារីក។ ដោយផ្អែកលើសំណុំនៃអថេរឯករាជ្យ វាប៉ាន់ប្រមាណប្រូបាប៊ីលីតេនៃព្រឹត្តិការណ៍ដែលកើតឡើង ដូចជាក្រុមមហារីក ឬក្រុមធម្មតា។ អថេរអាស្រ័យមានចន្លោះពី 0 ដល់ 1។ ដូច្នេះលទ្ធផលគឺជាប្រូបាប៊ីលីតេ។ យើងបានកំណត់ប្រូបាប៊ីលីតេនៃការកំណត់អត្តសញ្ញាណមហារីក (P) ដោយផ្អែកលើ ΔA650/525 ដូចខាងក្រោម។

ដែល b=5.3533,w1=-6.965។ សម្រាប់ការចាត់ថ្នាក់គំរូ ប្រូបាប៊ីលីតេតិចជាង 0.5 បង្ហាញពីគំរូធម្មតា ខណៈពេលដែលប្រូបាប៊ីលីតេ 0.5 ឬខ្ពស់ជាងនេះ បង្ហាញពីគំរូមហារីក។ រូបភាពទី 2c ពណ៌នាអំពីម៉ាទ្រីសភាន់ច្រឡំដែលបង្កើតឡើងពីការផ្ទៀងផ្ទាត់ឆ្លងដែលទុកចោលតែម្នាក់ឯង ដែលត្រូវបានប្រើដើម្បីផ្ទៀងផ្ទាត់ស្ថេរភាពនៃវិធីសាស្ត្រចាត់ថ្នាក់។ រូបភាពទី 2d សង្ខេបអំពីការវាយតម្លៃតេស្តរោគវិនិច្ឆ័យនៃវិធីសាស្ត្រ រួមទាំងភាពរសើប ភាពជាក់លាក់ តម្លៃព្យាករណ៍វិជ្ជមាន (PPV) និងតម្លៃព្យាករណ៍អវិជ្ជមាន (NPV)។

ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាជីវសាស្រ្តដែលមានមូលដ្ឋានលើស្មាតហ្វូន

ដើម្បីធ្វើឱ្យការធ្វើតេស្តគំរូកាន់តែសាមញ្ញដោយមិនចាំបាច់ប្រើឧបករណ៍វាស់ស្ទង់វិសាលគម អ្នកស្រាវជ្រាវបានប្រើប្រាស់បញ្ញាសិប្បនិម្មិត (AI) ដើម្បីបកស្រាយពណ៌នៃដំណោះស្រាយ និងបែងចែករវាងបុគ្គលធម្មតា និងបុគ្គលដែលមានជំងឺមហារីក។ ដោយផ្អែកលើចំណុចនេះ ចក្ខុវិស័យកុំព្យូទ័រត្រូវបានប្រើដើម្បីបកប្រែពណ៌នៃដំណោះស្រាយ Cyst/AuNPs ទៅជា DNA ធម្មតា (ពណ៌ស្វាយ) ឬ DNA មហារីក (ពណ៌ក្រហម) ដោយប្រើរូបភាពនៃបន្ទះ 96-well ដែលថតតាមរយៈកាមេរ៉ាទូរស័ព្ទចល័ត។ បញ្ញាសិប្បនិម្មិតអាចកាត់បន្ថយការចំណាយ និងបង្កើនភាពងាយស្រួលក្នុងការបកស្រាយពណ៌នៃដំណោះស្រាយណាណូភាគល្អិត និងដោយមិនចាំបាច់ប្រើគ្រឿងបន្ថែមស្មាតហ្វូនផ្នែករឹងអុបទិកណាមួយឡើយ។ ជាចុងក្រោយ គំរូរៀនម៉ាស៊ីនពីរ រួមទាំង Random Forest (RF) និង Support Vector Machine (SVM) ត្រូវបានបណ្តុះបណ្តាលដើម្បីបង្កើតគំរូ។ គំរូ RF និង SVM ទាំងពីរបានចាត់ថ្នាក់គំរូយ៉ាងត្រឹមត្រូវថាជាវិជ្ជមាន និងអវិជ្ជមានជាមួយនឹងភាពត្រឹមត្រូវ 90.0%។ នេះបង្ហាញថាការប្រើប្រាស់បញ្ញាសិប្បនិម្មិតក្នុងការចាប់សញ្ញាជីវសាស្រ្តដែលមានមូលដ្ឋានលើទូរស័ព្ទចល័តគឺអាចធ្វើទៅបាន។

រូបភាពទី 3.(ក) ថ្នាក់គោលដៅនៃដំណោះស្រាយដែលបានកត់ត្រាក្នុងអំឡុងពេលរៀបចំគំរូសម្រាប់ជំហានទទួលបានរូបភាព។ (ខ) រូបភាពឧទាហរណ៍ដែលថតក្នុងអំឡុងពេលជំហានទទួលបានរូបភាព។ (គ) អាំងតង់ស៊ីតេពណ៌នៃដំណោះស្រាយ cyst/AuNPs នៅក្នុងអណ្តូងនីមួយៗនៃចាន 96 អណ្តូងដែលស្រង់ចេញពីរូបភាព (ខ)។

ដោយប្រើប្រាស់ Cyst/AuNPs ក្រុមអ្នកស្រាវជ្រាវបានបង្កើតវេទិកាចាប់សញ្ញាសាមញ្ញមួយសម្រាប់ការរកឃើញទេសភាពមេទីឡាស្យុង និងឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាដែលមានសមត្ថភាពបែងចែក DNA ធម្មតាពី DNA មហារីកនៅពេលប្រើគំរូឈាមពិតសម្រាប់ការពិនិត្យរកជំងឺមហារីកឈាម។ ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាដែលបានបង្កើតនេះបានបង្ហាញថា DNA ដែលស្រង់ចេញពីគំរូឈាមពិតអាចរកឃើញ DNA មហារីកបរិមាណតិចតួច (3nM) ចំពោះអ្នកជំងឺមហារីកឈាមក្នុងរយៈពេល 15 នាទី និងបង្ហាញពីភាពត្រឹមត្រូវ 95.3%។ ដើម្បីធ្វើឱ្យការធ្វើតេស្តគំរូកាន់តែសាមញ្ញដោយលុបបំបាត់តម្រូវការសម្រាប់ឧបករណ៍វាស់វិសាលគម ការរៀនម៉ាស៊ីនត្រូវបានប្រើដើម្បីបកស្រាយពណ៌នៃដំណោះស្រាយ និងបែងចែករវាងបុគ្គលធម្មតា និងបុគ្គលមហារីកដោយប្រើរូបថតទូរស័ព្ទដៃ ហើយភាពត្រឹមត្រូវក៏អាចសម្រេចបាននៅ 90.0% ផងដែរ។

ឯកសារយោង៖ DOI: 10.1039/d2ra05725e