ডিএনএ মেথিলেশন টেস্টিং টিউমারগুলির প্রাথমিক স্ক্রিনিংয়ের জন্য স্মার্টফোনগুলির সাথে মিলিত এবং 90.0%এর যথার্থতার সাথে লিউকেমিয়া স্ক্রিনিংয়ের জন্য!

তরল বায়োপসির উপর ভিত্তি করে ক্যান্সারের প্রাথমিক সনাক্তকরণ হ'ল সাম্প্রতিক বছরগুলিতে মার্কিন জাতীয় ক্যান্সার ইনস্টিটিউট কর্তৃক প্রস্তাবিত ক্যান্সার সনাক্তকরণ এবং নির্ণয়ের একটি নতুন দিক, প্রাথমিক ক্যান্সার বা এমনকি পূর্ববর্তী ক্ষত সনাক্তকরণের লক্ষ্য নিয়ে। এটি ফুসফুসের ক্যান্সার, গ্যাস্ট্রোইনটেস্টাইনাল টিউমার, গ্লিয়োমাস এবং স্ত্রীরোগ সংক্রান্ত টিউমার সহ বিভিন্ন ত্রুটিগুলির প্রাথমিক রোগ নির্ণয়ের জন্য একটি অভিনব বায়োমার্কার হিসাবে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়েছে।

মেথিলেশন ল্যান্ডস্কেপ (মিথাইলস্কেপ) বায়োমারকারদের সনাক্ত করার জন্য প্ল্যাটফর্মগুলির উত্থানের ফলে ক্যান্সারের জন্য বিদ্যমান প্রাথমিক স্ক্রিনিংয়ের উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নতি করার সম্ভাবনা রয়েছে, রোগীদের প্রথম দিকের চিকিত্সাযোগ্য পর্যায়ে রাখে।

সম্প্রতি, গবেষকরা একটি স্মার্টফোন-ভিত্তিক বায়োসেন্সরের সাথে মিলিত সিস্টামাইন সজ্জিত সোনার ন্যানো পার্টিকেলস (সিএসটি/এওএনপি) এর উপর ভিত্তি করে মেথিলেশন ল্যান্ডস্কেপ সনাক্তকরণের জন্য একটি সহজ এবং সরাসরি সেন্সিং প্ল্যাটফর্ম তৈরি করেছেন যা বিস্তৃত টিউমারগুলির দ্রুত প্রাথমিক স্ক্রিনিং সক্ষম করে। লিউকেমিয়ার জন্য প্রাথমিক স্ক্রিনিং রক্তের নমুনা থেকে ডিএনএ নিষ্কাশনের 15 মিনিটের মধ্যে 90.0%এর যথার্থতার সাথে সম্পাদন করা যেতে পারে। নিবন্ধের শিরোনাম হ'ল সিস্টামাইন-ক্যাপড এওএনপি এবং একটি মেশিন লার্নিং-সক্ষম স্মার্টফোন ব্যবহার করে মানব রক্তে ক্যান্সার ডিএনএ দ্রুত সনাক্তকরণ。

চিত্র 1। সিএসটি/এওএনপিএস উপাদানগুলির মাধ্যমে ক্যান্সার স্ক্রিনিংয়ের জন্য একটি সাধারণ এবং দ্রুত সংবেদনশীল প্ল্যাটফর্ম দুটি সাধারণ পদক্ষেপে সম্পন্ন করা যেতে পারে।

এটি চিত্র 1 এ দেখানো হয়েছে। প্রথমত, ডিএনএ খণ্ডগুলি দ্রবীভূত করতে একটি জলীয় দ্রবণ ব্যবহৃত হয়েছিল। সিস্ট/এওএনপিগুলি পরে মিশ্র দ্রবণে যুক্ত করা হয়েছিল। সাধারণ এবং ম্যালিগন্যান্ট ডিএনএর বিভিন্ন মেথিলিকেশন বৈশিষ্ট্য রয়েছে, যার ফলে ডিএনএ খণ্ডগুলি বিভিন্ন স্ব-সমাবেশের নিদর্শন রয়েছে। সাধারণ ডিএনএ সমষ্টিগুলি আলগাভাবে এবং শেষ পর্যন্ত সিস্ট/এওএনপিগুলিকে একত্রিত করে, যার ফলস্বরূপ সিস্ট/এওএনপিগুলির লাল-স্থানান্তরিত প্রকৃতির ফলস্বরূপ, যাতে লাল থেকে বেগুনি রঙের পরিবর্তনের পরিবর্তনটি খালি চোখ দিয়ে লক্ষ্য করা যায়। বিপরীতে, ক্যান্সার ডিএনএর অনন্য মেথিলেশন প্রোফাইল ডিএনএ খণ্ডগুলির বৃহত্তর ক্লাস্টারগুলির উত্পাদন বাড়ে।

একটি স্মার্টফোন ক্যামেরা ব্যবহার করে 96 টি ভাল প্লেটের চিত্র নেওয়া হয়েছিল। ক্যান্সার ডিএনএ স্পেকট্রোস্কোপি-ভিত্তিক পদ্ধতির তুলনায় মেশিন লার্নিং দিয়ে সজ্জিত একটি স্মার্টফোন দ্বারা পরিমাপ করা হয়েছিল।

আসল রক্তের নমুনায় ক্যান্সার স্ক্রিনিং

সেন্সিং প্ল্যাটফর্মের ইউটিলিটি প্রসারিত করতে, তদন্তকারীরা একটি সেন্সর প্রয়োগ করেছিলেন যা সত্যিকারের রক্তের নমুনায় স্বাভাবিক এবং ক্যান্সারজনিত ডিএনএর মধ্যে সফলভাবে পার্থক্য করে। সিপিজি সাইটগুলিতে মেথিলেশন নিদর্শনগুলি এপিগনেটিকভাবে জিনের প্রকাশকে নিয়ন্ত্রণ করে। প্রায় সমস্ত ক্যান্সারের ধরণের ক্ষেত্রে, ডিএনএ মেথিলিকেশন এবং এইভাবে জিনগুলির অভিব্যক্তিতে যা টিউমরিজেনেসিসকে প্রচার করে তা বিকল্প হিসাবে দেখা গেছে।

ডিএনএ মেথিলিকেশন সম্পর্কিত অন্যান্য ক্যান্সারের মডেল হিসাবে, গবেষকরা লিউকেমিয়া রোগীদের থেকে রক্তের নমুনা ব্যবহার করেছিলেন এবং স্বাস্থ্যকর নিয়ন্ত্রণগুলি ব্যবহার করেছিলেন লিউকেমিক ক্যান্সারের পৃথকীকরণে মেথিলেশন ল্যান্ডস্কেপের কার্যকারিতা তদন্ত করতে। এই মেথিলেশন ল্যান্ডস্কেপ বায়োমার্কার কেবলমাত্র বিদ্যমান দ্রুত লিউকেমিয়া স্ক্রিনিংয়ের পদ্ধতিগুলি ছাড়িয়ে যায় না, তবে এই সাধারণ এবং সোজাসাপ্টা অ্যাসে ব্যবহার করে বিস্তৃত ক্যান্সারের প্রাথমিক সনাক্তকরণের প্রসারকে প্রসারিত করার সম্ভাব্যতাও প্রদর্শন করে।

31 লিউকেমিয়া রোগী এবং 12 জন সুস্থ ব্যক্তি থেকে রক্তের নমুনাগুলি থেকে ডিএনএ বিশ্লেষণ করা হয়েছিল। চিত্র 2 এ -তে বক্স প্লটে যেমন দেখানো হয়েছে, ক্যান্সারের নমুনাগুলির আপেক্ষিক শোষণ (ΔA650/525) সাধারণ নমুনাগুলি থেকে ডিএনএর চেয়ে কম ছিল। এটি মূলত বর্ধিত হাইড্রোফোবসিটির কারণে ক্যান্সার ডিএনএর ঘন সংহতকরণের দিকে পরিচালিত করে, যা সিস্ট/এওএনপিগুলির সংহতকরণকে রোধ করে। ফলস্বরূপ, এই ন্যানো পার্টিকেলগুলি ক্যান্সারের সমষ্টিগুলির বাইরের স্তরগুলিতে সম্পূর্ণরূপে ছড়িয়ে পড়েছিল, যার ফলে সিএসটি/এওএনপিগুলি স্বাভাবিক এবং ক্যান্সার ডিএনএ সমষ্টিগুলিতে সজ্জিত আলাদা আলাদা ছড়িয়ে পড়ে। আরওসি বক্ররেখাগুলি তখন ন্যূনতম ΔA650/525 এর সর্বনিম্ন মান থেকে সর্বাধিক মান পর্যন্ত প্রান্তিকের পরিবর্তিত করে উত্পন্ন হয়েছিল।

চিত্র 2. (ক) সিস্ট/এওএনপিএস সমাধানগুলির আপেক্ষিক শোষণ মানগুলি অনুকূলিত অবস্থার অধীনে স্বাভাবিক (নীল) এবং ক্যান্সার (লাল) ডিএনএর উপস্থিতি দেখায়

(DA650/525) বক্স প্লটগুলির; (খ) ডায়াগনস্টিক পরীক্ষার আরওসি বিশ্লেষণ এবং মূল্যায়ন। (গ) সাধারণ এবং ক্যান্সার রোগীদের নির্ণয়ের জন্য বিভ্রান্তি ম্যাট্রিক্স। (d) সংবেদনশীলতা, নির্দিষ্টতা, ইতিবাচক ভবিষ্যদ্বাণীমূলক মান (পিপিভি), নেতিবাচক ভবিষ্যদ্বাণীমূলক মান (এনপিভি) এবং উন্নত পদ্ধতির যথার্থতা।

চিত্র 2 বি -তে দেখানো হয়েছে, উন্নত সেন্সরের জন্য প্রাপ্ত আরওসি বক্ররেখার (এউসি = 0.9274) এর অধীনে অঞ্চলটি উচ্চ সংবেদনশীলতা এবং নির্দিষ্টতা দেখিয়েছে। বক্স প্লট থেকে দেখা যায়, সাধারণ ডিএনএ গ্রুপের প্রতিনিধিত্বকারী সর্বনিম্ন পয়েন্টটি ক্যান্সার ডিএনএ গ্রুপের প্রতিনিধিত্বকারী সর্বোচ্চ পয়েন্ট থেকে ভালভাবে পৃথক হয় না; অতএব, লজিস্টিক রিগ্রেশন সাধারণ এবং ক্যান্সার গোষ্ঠীর মধ্যে পার্থক্য করতে ব্যবহৃত হয়েছিল। স্বতন্ত্র ভেরিয়েবলগুলির একটি সেট দেওয়া, এটি কোনও ঘটনার সম্ভাবনা যেমন ক্যান্সার বা সাধারণ গোষ্ঠীর সম্ভাবনা অনুমান করে। নির্ভরশীল পরিবর্তনশীল 0 এবং 1 এর মধ্যে রয়েছে। ফলাফলটি তাই সম্ভাবনা। আমরা নিম্নলিখিত হিসাবে ΔA650/525 এর উপর ভিত্তি করে ক্যান্সার সনাক্তকরণ (পি) এর সম্ভাবনা নির্ধারণ করেছি।

যেখানে বি = 5.3533, ডাব্লু 1 = -6.965। নমুনা শ্রেণিবিন্যাসের জন্য, 0.5 এরও কমের সম্ভাবনা একটি সাধারণ নমুনা নির্দেশ করে, যখন 0.5 বা উচ্চতর সম্ভাবনা ক্যান্সারের নমুনা নির্দেশ করে। চিত্র 2 সি ছুটির একা একা ক্রস-বৈধকরণ থেকে উত্পন্ন বিভ্রান্তি ম্যাট্রিক্সকে চিত্রিত করে, যা শ্রেণিবিন্যাস পদ্ধতির স্থায়িত্বকে বৈধতা দেওয়ার জন্য ব্যবহৃত হয়েছিল। চিত্র 2 ডি সংবেদনশীলতা, নির্দিষ্টতা, ইতিবাচক ভবিষ্যদ্বাণীমূলক মান (পিপিভি) এবং নেতিবাচক ভবিষ্যদ্বাণীমূলক মান (এনপিভি) সহ পদ্ধতির ডায়াগনস্টিক পরীক্ষার মূল্যায়নের সংক্ষিপ্তসার জানায়।

স্মার্টফোন ভিত্তিক বায়োসেন্সর

স্পেকট্রোফোটোমিটার ব্যবহার না করে নমুনা পরীক্ষার আরও সহজ করার জন্য, গবেষকরা সমাধানের রঙ ব্যাখ্যা করতে এবং সাধারণ এবং ক্যান্সারজনিত ব্যক্তিদের মধ্যে পার্থক্য করতে কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা (এআই) ব্যবহার করেছিলেন। এটি দেওয়া, কম্পিউটার ভিশনটি সিস্ট/এওএনপিএস দ্রবণের রঙটি সাধারণ ডিএনএ (বেগুনি) বা ক্যান্সারজনিত ডিএনএ (লাল) তে একটি মোবাইল ফোন ক্যামেরার মাধ্যমে নেওয়া 96 টি ভাল প্লেটের চিত্র ব্যবহার করে অনুবাদ করতে ব্যবহৃত হয়েছিল। কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা ব্যয় হ্রাস করতে পারে এবং ন্যানো পার্টিকাল সমাধানগুলির রঙ ব্যাখ্যা করতে এবং কোনও অপটিক্যাল হার্ডওয়্যার স্মার্টফোন আনুষাঙ্গিক ব্যবহার ছাড়াই অ্যাক্সেসযোগ্যতা উন্নত করতে পারে। অবশেষে, র্যান্ডম ফরেস্ট (আরএফ) এবং সাপোর্ট ভেক্টর মেশিন (এসভিএম) সহ দুটি মেশিন লার্নিং মডেলগুলি মডেলগুলি নির্মাণের জন্য প্রশিক্ষণ দেওয়া হয়েছিল। আরএফ এবং এসভিএম উভয় মডেলই 90.0%এর যথার্থতার সাথে নমুনাগুলি সঠিকভাবে ইতিবাচক এবং নেতিবাচক হিসাবে শ্রেণিবদ্ধ করেছে। এটি পরামর্শ দেয় যে মোবাইল ফোন-ভিত্তিক বায়োসেন্সিংয়ে কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তার ব্যবহার বেশ সম্ভব।

চিত্র 3. (ক) চিত্র অধিগ্রহণ পদক্ষেপের জন্য নমুনা প্রস্তুত করার সময় রেকর্ড করা সমাধানের লক্ষ্য শ্রেণি। (খ) চিত্র অধিগ্রহণ পদক্ষেপের সময় তোলা উদাহরণ চিত্র। (গ) চিত্র (খ) থেকে প্রাপ্ত 96 টি ভাল প্লেটের প্রতিটি কূপের সিস্ট/এওএনপি সমাধানের রঙের তীব্রতা।

সিস্ট/এওএনপি ব্যবহার করে, গবেষকরা লিউকেমিয়া স্ক্রিনিংয়ের জন্য প্রকৃত রক্তের নমুনাগুলি ব্যবহার করার সময় ক্যান্সার ডিএনএ থেকে সাধারণ ডিএনএকে আলাদা করতে সক্ষম একটি সেন্সর সফলভাবে একটি সাধারণ সেন্সিং প্ল্যাটফর্ম তৈরি করেছেন। উন্নত সেন্সরটি প্রমাণ করেছে যে আসল রক্তের নমুনাগুলি থেকে প্রাপ্ত ডিএনএ 15 মিনিটের মধ্যে লিউকেমিয়া রোগীদের মধ্যে অল্প পরিমাণে ক্যান্সার ডিএনএ (3 এনএম) দ্রুত এবং ব্যয়বহুলভাবে সনাক্ত করতে সক্ষম হয়েছিল এবং 95.3%এর যথার্থতা দেখিয়েছিল। স্পেকট্রোফোটোমিটারের প্রয়োজনীয়তা দূর করে নমুনা পরীক্ষার আরও সহজ করার জন্য, মেশিন লার্নিংটি সমাধানের রঙ ব্যাখ্যা করতে এবং একটি মোবাইল ফোনের ফটোগ্রাফ ব্যবহার করে সাধারণ এবং ক্যান্সারজনিত ব্যক্তিদের মধ্যে পার্থক্য করতে ব্যবহৃত হয়েছিল এবং যথার্থতাও 90.0%এ অর্জন করতে সক্ষম হয়েছিল।

তথ্যসূত্র: doi: 10.1039/d2ra05725e