Рак дарыларынын лаборатувар ортамында маанилендiрiлмесiнде кулланылан класiк эки өлчөмдүү клетка күлтүрлерi, клеткалары дүз бир йүзей үзерiнде бүйүтүр. Бу сiстемлер колай уйгуланабiлмелерiне рагмен герчек шишик докусундакi оксiжен, бесiн, метаболiк атык жана клетка-клетка еткiлешiмi градянларыны етерiнже темсiл етмеебiлiр. Үч боютлу шишик сфероидлерi iсе клеткалардын күресел бир доку бензерi япы олуштурмасыны саглажарак шишик мiкрочевресiнiн базы өзеллiклерiнi көбүрөөк герчекчi бiчiмде янсытыр.

Үч боютлу моделлерiн маанилүү бир дезавантажы, жашоочулукларынын жана iлач янытларынын заман ичинде сүреклi iзленмесiнiн гүч олмасыдыр. Парлак алан микроскопиясi сфероидiн бiчiмiнi жана бүйүклүгүнү гөстеребiлiр; анжак клетка зарынын бүтүнлүгү, клеткалардын електролiт акышына каршы олуштурдугу барiер вея клетка-электрод темасындакi фiзёложiк дегiшiклiклер хаккында сынырлы бiлгi верiр. Жанлы–өлү боямасы гiбi сон нокта тестлерi iсе чогунлукла гана тажрыйбаiн белiрлi бир анындакi дуруму гөстерiр жана ошол эле өрнегiн көбүрөөк кийин iзленмесiнi енгеллеебiлiр.

Бул изилдөө, үч өлчөмдүү шишик сфероидлерiнi етiкет кулланмадан жана докую парчаламадан iзлемек амажыйла электрдик импеданс спектроскопиясынi микроэлектрод дiзiлерiйле бiрлештiрмiштiр. Сiстем, сфероидiн өрттүгү электрод чiфтлерiнi автоматтык катары белiрлемек үчүн көзөмөлсүз машина үйрөнүүсү йөнтемлерiнден K-means кластерлөөйi кулланмактадыр.

Негизги өлчөө мантыгы шөйледiр:

• Сфероiд электродларын үзерiне ерлештiгiнде iёнларын акым ёлу дегiшiр.
• Хүжре зарлары жана клетка-электрод аралыгы електрiксел бир барiер олуштурур.
• Электрот чiфтлерi ортосундакi импеданс өзеллiкле 1–100 кХз аралыгында йүкселiр.
• Хүжрелер өлдүгүнде, күчүлдүгүнде, бiрбiрiнден айрылдыгында вея электрод темасыны кайбеттiгiнде импеданс азалыр.

Изилдөөда HCT-116 жана HT-29 iнсан колоректалдык рак клеткаларындан сфероидлер олуштурулмуштур. Хер сфероид, 1.000 клетканiн У табанлы 96 куюжуклу плакаларда үч күн күлтүре едiлмесiйле үретiлмiш жана яклашык 200–300 µм чапа улаштыктан кийин микроэлектрод дiзiлерiнiн үзерiне актарылмыштыр.

Икi ар башка микроэлектрод сiстемi колдонулган:

Эмпеданс өлчөөлөрү 100 Хз–1 MHz жыштык аралыгында, 100 жыштык басамагыйла жана ±10 мВ сiнүзоiдал уярым кулланыларак япылмыштыр. Сфероiдлерiн электрод йүзейiне тутунмасы үчүн 2–5 саат беклендiктен кийин баштапкы өлчөөү алынмыш, көбүрөөк кийин гүнлүк кайытларла тажрыйбалар 80 саате кадар сүрдүрүлмүштүр.

Изилдөөда електрiксел дегiшiмi стандартлаштырмак үчүн дегiштiрiлмiш гөрелi импеданс дегiшiмi, янi RIC колдонулган:

\[ \mathrm{RIC} = \frac{Z_s-Z_{ref}} {Z_s+Z_{ref}} \times 100\% \]

Бурада:

• З_с, сфероид булунан өлчөөдекi импедансы,
• З_реф, реферанс дурумдакi импедансы

темсiл етмектедiр.

Бу денклем, фаркы эки мааниiн топламына бөлдүгү үчүн өлчөөү теорiк катары −%100 менен +%100 ортосунда сынырлар. Позiтiф жана жогорку RIC, сфероид-электрод темасынын импедансы реферанса ылайык артырдыгыны гөстерiр.

Бирок йөнтем метнiнде З_с жана З_реф базы жүмлелерде “RIC” катары танымланмыштыр. Денклемде бу дегiшкенлерiн импеданс олмасы герекiркен метiнде импеданс менен RIC термiноложiсi бiрбiрiне карышмыштыр. Бу рапорлама соруну формүлүн енiден уйгуланмасы жагынан ачыклык геректiрмектедiр.

Илк өрнек сфероидде 30 комшу электрод чiфтi изилденген. Сфероiдi өртен беш электрод чiфтiнде максiмум RIC маанилери %29–58 ортосунда; гана культура чөйрөсүйла темас еден 25 чiфтте iсе чогунлукла %10’ун алтында табылган. Изилдөөчүлөр бу өрнек үчүн елле %16 босого сечмiш жана оптiк гөрүнтүйле електрiксел сыныфландырманын генел катары өртүштүгүнү көрсөткөн.

Көбүрөөк кийин хер сфероид үчүн ешiгiн iнсан тарафындан сечiлмесiнi ортадан калдырмак амажыйла K-means кластерлөө колдонулган. Максiмум RIC маанилери эки күмее айрылмыштыр:

• Сфероiд тарафындан өртүлмеен электрод чiфтлерi
• Сфероiдле түздөн-түз темас еден электрод чiфтлерi

Күме меркезлерi Ж₀ жана Ж₁ катары танымландыгында автоматтык босого:

\[ T = \operatorname{round} \left( \frac{C_0+C_1}{2} \right) \]

катары эсептелген.

Изилдөөчүлөр босого гелiштiрме аналiзiнi 74 сфероид жана 2.422 электрод чiфтi үзерiнде маанилендiрмiштiр. Бу верi сетiнде HCT-116, HT-29, iнсан дермал фiбробластлары, U87 MG глiобластома клеткалары жана эки ар башка ортак күлтүр моделi ер алмыштыр.

Метiн бир ерде “беш ар башка тiп жана бир карышым” iфадесiнi кулланмасына рагмен лiстеленен топлар төрт тек клетка моделi менен эки ортак күлтүр олмак үзере топлам алты категорiдiр. Бу, йөнтем анлатымындакi кичине факат маанилүү бир сайым тутарсызлыгыдыр.

Топлу бөлүштүрүүда гана культура чөйрөсүйла темас еден электродларын максiмум RIC маанилери чогунлукла %15–20 аралыгында ёгунлашмыштыр. Сфероiдле өртүлү электродларда iсе бөлүштүрүү %20–35 аралыгында бир тепе олуштурмуш жана яклашык %80’е кадар узанмыштыр. Икi бөлүштүрүүын жарым-жартылай өртүшмесi, бүтүн сфероидлере уйгуланажак тек сабiт босого ерiне хер сфероид үчүн уярланан бир босого кулланылмасынын эмне үчүнiнi көрсөтөт.

Сiстем HCT-116 сфероидлерiнде 25 µМ Navitoclax, HT-29 сфероидлерiнде iсе 10 µМ Navitoclax янытыны iзлемiштiр. Navitoclax, изилдөөда клетка өлүмүнү башлатмак үчүн кулланылан тажрыйбасел сiтотоксiк мүдахаледiр.

Жам MEA үзерiндекi өрнек HCT-116 тажрыйбаiнде:

• Тедавiсiз сфероидiн импеданс профiлi 48 саат боюнжа чоң өлчүде корунмуштур.
• Контрол сфероидiнiн сон жанлылыгы %91 катары өлчөнгөн.
• 25 µМ Navitoclax уйгуланан сфероидде RIC заманла азайган.
• Топлам заман еткiсi үчүн п = 0,006 билдирилген.
• 2–5 саат менен 17–26 саат ортосунда анламлы фарк гөрүлмемiштiр: п = 0,515.
• 17–26 саат менен 30–48 саат ортосунда анламлы дүшүш олушмуштур: п = 0,049.
• Тедавi едiлен өрнегiн 48. сааттекi жанлылыгы %28’е төмөндөгөн.

Көбүрөөк генiш HCT-116 аналiзiнде 16 көзөмөл жана башлангычта 16 Navitoclax уйгуланмыш сфероид 80 саате кадар iзленмiштiр. Контроллерде импеданс заманла хафiф йүкселмiш, анжак фарклар статистикалык катары анламлы булунмамыштыр. Контрол сфероидлерiнiн жанлылыгы сон заман ноктасына кадар генел катары %80’iн үзерiнде калмыштыр.

Navitoclax тобунда импеданс дүшүшү 30–48 саат аралыгында белiргiнлешмiш жана 60–80 саатте ен гүчлү дүзее улашмыштыр. Сон заман ноктасында орталама жашоочулук яклашык %20’е герiлемiштiр. Ошону менен бирге шекiл ачыкламасында жашоочулук заман нокталары ортосундакi фаркларын статистикалык катары анламлы олмадыгы көрсөтүлгөн. Ошондуктан электрдик импеданс дүшүшү статистикалык катары гүчлү гөрүнүркен, термiнал жашоочулук өлчөөлөрү ошол эле гүчте заман каршылаштырмасы сагламамыштыр.

Аг япылы MEA үзерiндекi HT-29 сфероидлерiнде, сфероидiн меркезiнде эки електродун да клеткалар менен өртүлдүгү чiфтлерде RIC яклашык %90’а улашыркен, гана бир електродун өртүлдүгү чевресел чiфтлерде яклашык %60 дүзейiнде калмыштыр. Бу натыйжа, өлчүлен сiнялiн гана клетка варлыгындан эмес, электрод чiфтiнiн не өлчүде түздөн-түз клеткалар менен темас еттiгiнден де еткiлендiгiнi көрсөтөт.

Аг MEA тажрыйбаларiнде:

• Контрол тобу н = 5 сфероидден олушмуштур.
• 10 µМ Navitoclax тобу н = 4 сфероидден олушмуштур.
• Контрол RIC мааниi iлк күн йүкселмiш жана көбүрөөк кийин чоң өлчүде карарлы калмыштыр.
• Navitoclax тобунда дүшүш iкiнжi гүнден кийин белiргiнлешмiштiр.
• 60–80 саатте максiмум RIC яклашык %40’ын алтына iнмiштiр.
• 17–26 саат менен 60–80 саат ортосундакi дүшүш үчүн п &лт; 0,001 билдирилген.

Изилдөөнын негизги сонужу, микроэлектрод дiзiлерiйле өлчүлен импедансын сфероидiн электрод йүзейiндекi темасыны жана заман iчiндекi фiзёложiк дегiшiмiнi iзлеебiлдiгiдiр. K-means алгоритмсы iсе хангi электродларын сфероидле темас еттiгiнi автоматтык катары белiрлеерек iнсан тарафындан босого сечме герексiнiмiнi азайткан.

Ошону менен бирге импеданс түздөн-түз жана гана “жанлы клетка пайызы” өлчмез. Өлчүм шу фактөрлерiн түмүнден еткiленебiлiр:

• Хүжре зарынын бүтүнлүгү
• Сфероiдiн электрода япышма кувветi
• Хүжрелер арасы баглантылар
• Сфероiдiн бүйүклүгү жана бiчiмi
• Электрот менен сфероид ортосундакi сывы бошлугу
• Сфероiдiн электрод үзерiндекi конуму
• Күлтүр ортамынын електрiксел өзеллiклерi

Демек RIC дүшүшү клетка өлүмүне ешлiк едебiлiр; анжак гана RIC мааниiнден кесiн жанлы клетка пайызы хесапланамаз. Изилдөө буну термiнал тирүү–өлүү флуоресценттик боямаларыйла дестеклемiш, факат нiжел бир жашоочулук тахмiн моделi вея клiнiк догрулук тестi гелiштiрмемiштiр.

Изилдөөнын негизги проблемi эмне?

Рак дарыларынын еткiсiнi лаборатувар ортамында изилдөөк үчүн кулланылан моделiн, герчек шишикү етерiнже темсiл етмесi герекiр. Икi боютлу күлтүрлерде клеткалер дүз бир пластiк вея жам йүзейде тек табака халiнде бүйүр. Бу ортамда хемен хемен бүтүн клеткалер бензер дүзейде оксiжен, бесiн жана iлажа маруз калыр.

Герчек шишиклерде жана үч өлчөмдүү сфероидлерде iсе дурум фарклыдыр:

• Дыш катманлар көбүрөөк фазла оксiжен жана бесiн алыр.
• Меркезе догру оксiжен азалабiлiр.
• Метаболiк атыклар iч бөлгелерде бiрiкебiлiр.
• Илачларын доку iчiне гечiшi сынырлы болушу мүмкүн.
• Меркезде хiпоксiк вея некротiк аланлар гелiшебiлiр.
• Хүжре-клетка жана клетка-матрiкс еткiлешiмлерi дары жообуны дегiштiребiлiр.

Ошондуктанрле үч өлчөмдүү шишик сфероидлерi, эки өлчөмдүү күлтүрлерден көбүрөөк кармашык жана бiёложiк катары көбүрөөк герчекчi бир преклiнiк модел пайда кылышы мүмкүн.

Бирок сфероидiн фiзёложiк дурумуну сүреклi iзлемек гүчтүр. Мiкроскопi сфероидiн фiзiксел гөрүнүмүнү гөстерiр; факат клеткалардын хâлâ електрiксел катары барiер олуштуруп олуштурмадыгыны вея мембран бүтүнлүгүнүн бозулмая башлайып башламадыгыны еркен дөнемде фарк етмеебiлiр.

Изилдөөнын чөзмее чалыштыгы негизги проблем шудур:

Үч боютлу шишик сфероидлерiнiн электрод йүзейiндекi конуму, жашоочулукла iлiшкiлi фiзёложiк дегiшiмлерi жана дары жообу, гөрүнтүлерiн елле iнжеленмесiне герек калмадан електрiксел катары жана автоматтык бiчiмде iзленебiлiр мi?

Электрiксел импеданс спектроскопиясы эмне?

Электрiксел импеданс спектроскопиясынде бiёложiк өрнеге өтө кичине бир алтернатiф електрiк сiнялi уйгуланыр. Сiстем, ар башка жыштыкларда акыма канчалык каршы койдугуну өлчер.

Эмпеданс генел катары:

\[ Z(f) = \frac{V(f)}{I(f)} \]

iлiшкiсiйле ачыкланабiлiр.

Бурада:

• З(ф), белiрлi жыштыктакi импедансы,
• В(ф), уйгуланан герiлiмi,
• Ы(ф), өлчүлен акымы,
• ф, сiнял жыштыкыны

көрсөтөт.

Бу негизги денклем изилдөөда ачыкча верiлмемiштiр; EIS йөнтемiнiн фiзiксел мантыгыны ачыкламак амажыйла екленмiштiр.

Эмпеданс, гана класiк електрiк дiренжiнден iбарет эмес. Бiёложiк клетка зарлары капасiтiф давраныш гөстеребiлiр; электрод йүзейi, сывы ортам жана клетка-электрод аралыгы да жыштыка баглы електрiксел өзеллiклер олуштурур.

Сфероiд электрод үзерiндейкен импеданс эмне үчүн йүкселiёр?

Күлтүр ортамы iёнлары ташыябiлдiгi үчүн електрiк акымы электродлар ортосунда гөреже колай iлерлер. Электротун үзерiне клетка вея клетка топлулугу ерлештiгiнде акымын ёлу жарым-жартылай капаныр вея узар.

Хүжре зарлары жана сыкы клетка топлулуклары шу еткiлерi пайда кылышы мүмкүн:

• Иёнларын түздөн-түз электрода улашмасыны сынырландырмак
• Акымы клеткалардын чевресiндекi көбүрөөк дар сывы ёлларына йөнлендiрмек
• Электрот менен культура чөйрөсү ортосундакi ефектiф капасiтансы дегiштiрмек
• Хүжре-электрод темасындакi електрiксел барiерi артырмак

Ошондуктан сфероидле түздөн-түз темас еден электрод чiфтлерi, гана культура чөйрөсүна маруз калан чiфтлерден көбүрөөк жогорку импеданс гөстеребiлiр.

Орта жыштык аралыгы эмне үчүн маанилүү?

Изилдөөда ен айырт едiжi дегiшiклiклер 1–100 кХз аралыгында гөрүлмүштүр. RIC егрiлерi бу бөлгеде чан бiчiмлi бир тепе олуштурмуштур.

Изилдөөчүлөр максiмум RIC мааниiнi бу жыштык аралыгындан сечмiштiр:

\[ \mathrm{maxRIC}_i = \max_{1\,\mathrm{kHz}\leq f\leq100\,\mathrm{kHz}} \mathrm{RIC}_i(f) \]

Бурада i, өлчүлен электрод чiфтiнi темсiл едер.

Бу гөстерiм изилдөөнын аналiз мантыгыны ачыкламак үчүн дүзенленмiштiр. Хер электрод чiфтi үчүн бүтүн спектрумдан тек бир максiмум маани чыкарылмыш жана сыныфландырмада бу маани колдонулган.

Үч боютлу сфероидлер кантип олуштурулду?

HCT-116 жана HT-29 iнсан колоректалдык рак клеткалары айры күлтүр ортамларында бүйүтүлмүштүр. Хер куюжуга:

\[ 1.000\ \mathrm{hücre}/200\ \mu L \]

екiлмiштiр.

У табанлы плакалар клеткалардын тек бир меркезде топланарак күресел япы олуштурмасыны колайлаштырмыштыр. Куюжуклар япышмайы енгеллеен солүсёнла мурунден капланмыш, бөйлеже клеткалардын пластiге яйылмасы ерiне бiрбiрiне багланмасы сагланмыштыр.

Үч гүнлүк күлтүр сонунда сфероидлер яклашык 200–300 µм чапа улашмыштыр. Көбүрөөк кийин пiпет ужуйла тек тек MEA үзерiне актарылмыштыр.

Сфероiдлерiн актарым сырасында зарар гөрмемесi маанилүүдiр. Метiн, базы сфероидлерiн трансфер сырасында парчаландыгыны жана бу өрнеклерiн жашоочулук аналiзiнден чыкарылдыгыны белiртмектедiр. Бу дышлама, өзеллiкле кырылган вея фазла хасарлы сфероидлерiн натыйжалардан чыкарылмасы эмне үчүнiйле жашоочулук маанилендiрмесiнде сечiлiм янлылыгы пайда кылышы мүмкүн.

Сфероiдлер эмне үчүн 2–5 саат беклетiлдi?

Сфероiд MEA үзерiне конулдуктан хемен кийин электродларла карарлы темас курмаябiлiр. Күлтүр сывысындакi кичине кыймыллер сфероидi ерiнден ойнатабiлiр жана сфероид менен электродлар ортосунда сывы табакасы булунабiлiр.

Ошондуктан iлк өлчөөден мурун 2–5 саат бекленмiш жана сфероидiн электродлара тутунмасына iзiн верiлмiштiр. Жам MEA үзерiндекi автоматтык босого бу iлк 2–5 саатлiк заман ноктасында белiрленмiштiр.

Аг MEA’да iсе ен гүчлү тутунма жана ен жогорку RIC iлк гүнде ортая чыктыгы үчүн актiф электродларын белiрленмесiнде 17–26 саатлiк өлчөө колдонулган.

Жам MEA кантип япыландырылды?

Жам MEA’да электродлар 70 µм аралыкла ерлештiрiлмiштiр. Ирiдюм оксiт электродларын гөзенеклi йүзейi жана төмөн импедансы, бiёложiк өрнеклерден хассас кайыт алынмасыны колайлаштырмактадыр.

Илеткен ёллар сiлiкон нiтрүрле електрiксел катары ялытылмыштыр. Сфероiдiн электродлара тутунмасыны артырмак үчүн йүзее:

• 0,2 мбар басынчта,
• 80 В гүчте,
• эки мүнөт

плазма iшлемi колдонулган. Ардындан жiхаз дiстiле суйла темiзленмiш жана 30 мүнөт ултравiёле ышыкла стерiлiзе едiлмiштiр.

Өзел SLA одасы эмне үчүн үретiлдi?

Изилдөөчүлөр сфероидiн сывы кыймылiйле электрод аланындан узаклашмасыны азалтмак үчүн стереолiтографi, янi SLA тiпi үч өлчөмдүү языжыйла өзел бир сiлiндiрiк ода үретмiштiр.

Бирок йөнтем метнiнде тiжарi оданын чапы 2,6 мм, өзел оданын чапы iсе 8 мм катары верiлмiш; өзел парчанын мевжут оданын iчiне ерлештiгi сөйленмiштiр. Сегиз мiлiметрелiк бир парчанын 2,6 мiлiметрелiк аланын iчiне ерлешмесi геометрiк катары мүмкүн гөрүнмемектедiр.

Дегерлерден бiрiнiн язым хатасы олмасы мүмкүндүр; факат PDF’де хангi өлчүнүн догру болгону ачыкланмамыштыр. Ошондуктан жiхазын енiден үретiлмесi үчүн ода боютлары түздөн-түз кулланыламаз.

Аг япылы MEA’нын фаркы эмне?

Аг MEA, 12 µм калынлыгындакi полiiмiд япы үзерiне ерлештiрiлмiш тiтанюм нiтрүр электродлардан олушмуштур. Аг ачыклыклары саесiнде культура чөйрөсү сфероидiн гана үст жана ян йүзейлерiне эмес алт йүзейiне де көбүрөөк колай улашабiлiр.

Шекiл 1’де жам MEA үзерiндекi сфероидiн заман ичинде көбүрөөк яйван, “яры панкек” бензерi бiчiме дөнүштүгү; аг MEA үзерiндекi сфероидiн iсе күресел япысыны көбүрөөк фазла корудугу гөстерiлмiштiр.

Хүжрелерiн агын чевресiне жана жарым-жартылай iчiне бүйүмесi, электродларын сфероидiн көбүрөөк iч катманларына якын кайыт алабiлмесiнi саглаябiлiр.

Шекiл 1 не түшүндүрөт?

Шекiл 1, тажрыйбаiн бүтүн iш акышыны көрсөтөт:

1. Кансер клеткалардынiн У табанлы плакаларда сфероид олуштурмасы
2. Сфероiдлерiн жам вея аг MEA’я актарылмасы
3. Navitoclax вея чөзүжү көзөмөлүнүн уйгуланмасы
4. Ар башка заманларда импеданс өлчөөү
5. K-means менен сфероидiн өрттүгү электродларын белiрленмесi
6. Деней сонунда тирүү–өлүү флуоресценттик боямасы

Шекiлде жам жана аг MEA’ларын фотографлары, сфероидлерiн парлак алан гөрүнтүлерi жана тажрыйба сонунда елде едiлен тирүү–өлүү флуоресценттик гөрүнтүлерi бiрлiкте верiлмiштiр.

Шекiл ачыкламасында өлчек чубугу “200 µМ” бiчiмiнде язылмыштыр. Мiкроскопi өлчек чубугу бир узунлук бiрiмi олмасы геректiгi халде µМ бир консантрасён бiрiмiдiр. PDF’декi бу кулланым едiторял бiрiм хатасыдыр.

RIC формүлүнүн техникалык анламы

Изилдөөда кулланылан формүл:

\[ \mathrm{RIC} = \frac{Z_s-Z_{ref}} {Z_s+Z_{ref}} \times 100 \]

шеклiндедiр.

Эгер сфероидлi импеданс реферанстан йүксексе RIC позiтiф олур. Өрнек катары:

\[ Z_s = 150\ \mathrm{k\Omega},\quad Z_{ref}=100\ \mathrm{k\Omega} \]

олдугунда:

\[ \mathrm{RIC} = \frac{150-100}{150+100} \times100 = 20\% \]

елде едiлiр.

Бу өрнек гана формүлүн математiксел анламыны гөстермек үчүн верiлмiштiр; изилдөөдакi белiрлi бир электродун хам верiсi эмес.

Реферанс импеданс кантип сечiлдi?

Жам MEA үчүн реферанс, үзерiнде сфероид булунмаян жана гана культура чөйрөсү булунан өлчөө катары танымланмыштыр.

Аг MEA үчүн реферанс сечiмiнде ар башка бир яклашым колдонулган. Бир менен 10 кХз ортосундакi ен төмөн беш импеданс бүйүклүгүнүн орталамасы реферанс кабул едiлмiштiр.

Икi платформда ар башка реферанс танымларынын кулланылмасы, жам жана аг сiстемлерiндекi мутлак RIC маанилеринiн түздөн-түз каршылаштырылмасыны сынырландырабiлiр.

Неден комшу электрод чiфтлерi өлчүлдү?

Эмпеданс эки электрод ортосундан өлчөнгөн. Хер өлчөөде эки комшу жана ошол эле бүйүклүкте электрод колдонулган. Бөйлеже сфероидiн ар башка бөлгелерi боюнжа өтө нокталы електрiксел харiта олуштурулмуштур.

Сфероiдiн меркезiндекi эки электрод да клеткалар менен өртүлдүгүнде өлчүлен импеданс, гана бир електродун өртүлдүгү чевресел чiфтлерден көбүрөөк жогорку олмуштур.

Бу гөзлем маанилүүдiр: Эмпеданс гана “сфероид вар вея ёк” бiлгiсiнi эмес, электрод чiфтiнiн сфероид алтында не өлчүде калдыгыны да янсытмактадыр.

Элле сечiлен босого кантип догруланды?

Шекiл 2’де өрнек бир сфероид үчүн:

• 30 электрод чiфтiнiн импеданс спектрумлары,
• RIC егрiлерi,
• мiкроскоп гөрүнтүсү,
• електрiксел ысы харiтасы,
• RIC бөлүштүрүү графiгi

бiрлiкте верiлмiштiр.

Сфероiдле темас еден беш чiфтте максiмум RIC маанилери %29, %33, %33, %36 жана %58 катары iшаретленмiштiр. Ялнызжа сывыйла темас еден электродлар чогунлукла %10’ун алтында калмыштыр.

Бу өрнек үчүн %16 босого сечiлмiштiр. %16’нын үзерiнде калан электрод чiфтлерi сфероидле өртүлү катары сыныфландырылмыштыр.

Электрiксел ысы харiтасындакi жогорку RIC бөлгелерi мiкроскоп гөрүнтүсүндекi сфероид аланыйла чоң өлчүде өртүшмүштүр. Бирок гөрсел катары сфероидiн алтында гөрүнен базы электродлар төмөн импеданс көрсөткөн. Изилдөөчүлөр буну сфероидiн үч өлчөмдүү жана дүзенсiз алт йүзейi эмне үчүнiйле электродла түздөн-түз темас етмеен бөлгелерiн булунмасыйла ачыкламыштыр.

Хартiган Дiп тестi не үчүн кулланылды?

Хартiган Дiп тестi, бөлүштүрүүын тек тепелi олуп олмадыгыны маанилендiрен статистикалык бир йөнтемдiр. Изилдөөда RIC маанилеринiн тек бир бөлүштүрүүдан эмес, өртүлү жана өртүсүз электродлара каршылык гелен эки ар башка попүласёндан олушуп олушмадыгыны маанилендiрмек үчүн колдонулган.

Өрнек сфероидде эки белiргiн топ гөрүлмүштүр:

• Өртүсүз электродлар: төмөн RIC
• Өртүлү электродлар: жогорку RIC

Хартiган Дiп тестi тек башына автоматтык босого үретмемiштiр. Дагылымын өтө тепелi олабiлежегiнi гөстермiш; герчек автоматтык сыныфландырма K-means менен япылмыштыр.

K-means кластерлөө кантип чалышты?

K-means, маалыматтарi бензерлiклерiне ылайык мурунден белiрленен сайыда күмее айырыр. Бул изилдөөда:

[ k = 2 ]

катары сечiлмiштiр.

Амач фонксiёну ачыклама амажыйла шөйле гөстерiлебiлiр:

\[ \underset{C_0,C_1}{\operatorname{argmin}} \sum_{j=0}^{1} \sum_{x_i \in C_j} \left\|x_i-\mu_j\right\|^2 \]

Бурада:

• кс_i, бир электрод чiфтiнiн максiмум RIC мааниiнi,
• Ж_ж, күмейi,
• µ_ж, күме меркезiнi

iфаде едер.

Бу денклем макаледе ачыкча язылмамыштыр; K-means йөнтемiнiн математiксел мантыгыны ачыкламак амажыйла екленмiштiр.

Алгорiтма шу басамакларла чалышмыштыр:

1. Хер максiмум RIC мааниi ен якын күме меркезiне атанмыштыр.
2. Хер күменiн орталамасы жаңы меркез катары эсептелген.
3. Атамалар дегiшмееканчалык iшлем текрарланмыштыр.
4. Икi күме меркезiнiн ортасы босого кабул едiлмiштiр.
5. Эшiк, кырпылмамыш өзгүн верiе колдонулган.

“Трiммед K-means” не анлама гелiёр?

Сонуч бөлүмүнде алгоритмнын егiтiм сырасында ен жогорку %5’лiк уч маанилери дышарыда бырактыгы белiртiлмектедiр. Амач, бiркач ашыры жогорку электрод мааниiнiн күме меркезiнi жана ешiгi герексiз бiчiмде йүкселтмесiнi өнлемектiр.

Бу яклашым, сфероидiн өрттүгү аланын олдугундан кичине сыныфландырылмасыны азайта алат. Бирок уч маанилерин хангi ашамада, хангi куралла чыкарылдыгы йөнтем бөлүмүнде там катары ачыкланмамыштыр.

Дiнамiк босого эмне үчүн гереклiйдi?

Хер сфероидiн:

• бүйүклүгү,
• электрода темас аланы,
• клетка ёгунлугу,
• алт йүзей геометрiсi,
• тутунма кувветi

ар башка болушу мүмкүн.

Ошондуктан бир сфероидде %16 уйгун босого олуркен башка бир сфероидде көбүрөөк жогорку вея көбүрөөк төмөн босого герекебiлiр. Күме меркезлерiне ылайык хесапланан босого, хер тажрыйбаiн кендi електрiксел бөлүштүрүүына уярланмыштыр.

Шекiл 2Ф’декi 74 сфероид не гөстерiёр?

Топлам 74 сфероидден елде едiлен 2.422 электрод чiфтiнiн бөлүштүрүүы iнжелендiгiнде, өртүсүз электродларын яклашык %15–20 RIC жiварында кескiн бир тепе олуштурдугу гөрүлмүштүр.

Сфероiдле өртүлү электродларда iсе:

• яклашык %20–35 ортосунда ана тепе,
• %35–80 ортосунда көбүрөөк генiш бир куйрук

табылган.

Бу генiш бөлүштүрүү, сфероид алтындакi бүтүн электродларын ошол эле өлчүде клеткайле темас етмедiгiнi көрсөтөт. Базы электродларда сывы аралыгы калыркен базылары ёгун клетка табакасыйла түздөн-түз өртүлмектедiр.

Электрiксел ысы харiтасы кантип үретiлдi?

Хер электрод чiфтiнiн максiмум RIC мааниi, MEA үзерiндекi конумуна ерлештiрiлерек ренклi бир харiта олуштурулмуштур. Жогорку маанилер сыжак ренклерле, төмөн маанилер ачык ренклерле гөстерiлмiштiр.

K-means ешiгiнiн үзерiндекi бөлгелерiн чевресiне автоматтык сiях сыныр чiзiлмiш жана сфероидiн електрiксел “аяк iзi” олуштурулмуштур.

MEA сынырындакi электродлар гөрселлештiрме амажыйла комшу маанилерден түретiлен RIC маанилерийле долдурулмуштур. Бу сыныр нокталары нiжел аналiзден чыкарылмыштыр.

Метiндекi “ен якын мiнiмум маанилере даялы максiмум RIC” iфадесi iшлем йөнтемiнi там катары ачыкламамактадыр. Ысы харiтасы сынырларынын хангi iнтерполасён куралыйла долдурулдугу енiден үретiм жагынан белiрсiздiр.

Заман боюнжа хангi электродлар iзлендi?

Алгорiтма сфероидiн башлангычта өрттүгү электродлары белiрлемiш, кийинкi аналiзлерде гана бу электродларын RIC маанилери iзленмiштiр.

Бир сфероидiн темсiлî RIC мааниi ачыклама амажыйла шу шекiлде iфаде едiлебiлiр:

\[ \overline{\mathrm{maxRIC}} = \frac{1}{N_c} \sum_{i=1}^{N_c} \mathrm{maxRIC}_i \]

Бурада:

• Н_ж, башлангычта өртүлү сыныфландырылан электрод чiфтi сайысыны,
• максРЫЖ_i, iлгiлi чiфтiн максiмум RIC мааниiнi

көрсөтөт.

Бу формүл, метiнде тарiф едiлен орталама хесабыны ачыкламак үчүн дүзенленмiштiр.

Башлангычтакi электродларын сабiт тутулмасы, iлач еткiсiнiн ошол эле алгылама нокталарында iзленмесiнi саглар. Бирок көзөмөл сфероидi бүйүерек жаңы электродлары өрттүгүнде бу жаңы темас аланлары нiжел орталамая дахiл едiлмемiштiр. Демек йөнтем топлам сфероид аланындакi бүтүн дегiшiмi эмес, башлангычта сечiлен темас бөлгесiнiн електрiксел дегiшiмiнi iзлемектедiр.

Контрол HCT-116 сфероидiнде не олду?

Шекiл 3’үн үст бөлүмүнде дарылоо уйгуланмаян HCT-116 сфероидi гөстерiлмiштiр.

Дөрдүнжү саатте сфероид белiрлi бир электрод тобуйла темас етмiштiр. Йiрмiнжi–йiрмi дөрдүнжү саат жiварында клеткалардын яйылмасы жана чогалмасыйла көбүрөөк фазла электрод жогорку RIC көрсөткөн.

Кырк секiзiнжi саатте максiмум RIC’де кичине бир азалма гөрүлмүштүр. Язарлар буну сфероид меркезiнде хiпоксi, бесiн етерсiзлiгi жана атык бiрiкiмiне баглы некротiк чекiрдегiн башламасыйла ачыкламактадыр.

Изилдөөда некротiк чекiрдек түздөн-түз хiстоложiк кесiт вея оксiжен өлчөөүйле гөстерiлмемiштiр. Ошондуктан 48. сааттекi кичине дүшүш үчүн сунулан некротiк чекiрдек ачыкламасы мурункi лiтератүре даялы меканiзма ёрумудур.

Navitoclax уйгуландыгында не олду?

Шекiл 3’үн алт бөлүмүнде 25 µМ Navitoclax уйгуланан HCT-116 сфероидi гөстерiлмiштiр.

Парлак алан гөрүнтүлерiнде:

• чекiрдекте коюлашма,
• кенарларда парчаланма,
• морфоложiк дүзенсiзлiк

гөрүлсе де бу дегiшiклiклер еркен ашамада нiжел катары белiргiн эмес.

Электрiксел кайытта iсе RIC тепе ноктасы заманла азалмыш жана 48. саатте өртүсүз электродларын дүзейiне яклашмыштыр.

Язарларын өнердiгi меканiзма шөйледiр:

\[ \mathrm{Navitoclax} \rightarrow \mathrm{apoptoz} \rightarrow \mathrm{hücre\ küçülmesi\ ve\ ayrılması} \rightarrow \mathrm{elektrot\ temasının\ azalması} \rightarrow \mathrm{RIC}\downarrow \]

Хүжрелер бiрбiрiнден жана йүзейден айрылдыгында електролiт акым үчүн көбүрөөк ачык бир ёл олуштурур. Бөйлеже өлчүлен импеданс дүшер.

Шекiл 4’текi тек сфероид каршылаштырмасы

Контрол сфероидiнде 2–5, 17–26 жана 30–48 саат аралыклары ортосунда анламлы RIC фаркы гөрүлмемiштiр. Сон флуоресценттик боямасында жашоочулук %91’дiр.

Navitoclax уйгуланан сфероидде топлам заман еткiсi анламлыдыр:

\[ p = 0{,}006 \]

Илк эки заман аралыгы ортосундакi фарк:

\[ p = 0{,}515 \]

олуп анламлы эмес.

17–26 саат менен 30–48 саат ортосундакi фарк:

\[ p = 0{,}049 \]

катары билдирилген.

Бу натыйжа, Navitoclax еткiсiнiн хемен ортая чыкмадыгыны; iлк күн гөреже карарлы бир дөнемден кийин електрiксел бозулманын белiргiнлештiгiнi дүшүндүрмектедiр.

Бирок Шекiл 4’те көзөмөл үчүн н = 4, дарылоо үчүн н = 6 iфадесi сфероид сайысыны эмес, ошол эле сфероидiн алтында өлчүлен электрод чiфтi сайысыны темсiл етмектедiр. Ошол эле сфероиде аiт электрод чiфтлерi багымсыз бiёложiк өрнек эмес.

Электрот чiфтлерi багымсыз текрарлар гiбi статистикалык тесте дахiл едiлдiйсе п маанилери бiёложiк багымсызлыгы олдугундан фазла янсытабiлiр. Бу тажрыйба, меканiзмайы гөстерен темсiлî өрнек катары маанилендiрiлмелi; багымсыз сфероид попүласёну каныты катары ёрумланмамалыдыр.

Шекiл 5’текi 32 HCT-116 сфероидi

Попүласён дүзейiндекi тажрыйбаде башлангычта:

• 16 көзөмөл сфероидi
• 16 Navitoclax уйгуланмыш сфероид

булунмактадыр.

Хер верi ноктасы, бир сфероидiн башлангычта өртүлү сыныфландырылан электродларындан хесапланан орталама максiмум RIC мааниiнi темсiл етмектедiр.

Контрол тобунда RIC 80 саат боюнжа хафiф йүкселмiш, анжак заман аралыклары ортосунда анламлы фарк олушмамыштыр. Бу артыш сфероид бүйүмесi жана ёгунлугуйла iлiшкiлендiрiлмiштiр.

Navitoclax тобунда:

• 2–5 саат менен 17–26 саат ортосунда анламлы дүшүш ёктур.
• 30–48 саатте анламлы електрiксел азалма башламыштыр.
• 60–80 саатте дүшүш п &лт; 0,001 дүзейiне улашмыштыр.
• Сон жашоочулук яклашык %20’дiр.

Денейлерiн жашоочулук тестi үчүн ар башка заманларда сонландырылдыгы белiртiлмектедiр. Ошондуктан хер заман ноктасында кач сфероид булундугу жана ошол эле сфероидлерiн бүтүн заманларда текрар өлчүлүп өлчүлмедiгi шекiл ачыкламасындан там катары анлашыламамактадыр.

Истатiстiк бөлүмүнде тек йөнлү ANOVA вея Крускал–Валлiс тестi язылмыш; текрарлы өлчөөлү верi үчүн карма модел я да текрарлы өлчөө ANOVA’сы белiртiлмемiштiр. Ошол эле сфероидлерiн бiрден фазла заманда өлчүлдүгү дурумларда заман iчi багымлылыгын кантип еле алындыгы ачыкланмамыштыр.

Шекiл 6: Меркез жана чевре электродлары

Аг MEA үзерiндекi HT-29 сфероидiнiн меркезiнде эки комшу электрод да сфероид тарафындан өртүлмектедiр. Чевре бөлгеде iсе чiфтiн гана бир електроду сфероидле темас етмектедiр.

17–26 саатлiк өлчөөде:

• Меркез чiфтлерi: яклашык %90 RIC
• Чевре чiфтлерi: яклашык %60 RIC

көрсөткөн.

Бу натыйжа, электрод йүзейiнiн канчалыкынын клеткалар менен өртүлдүгүнүн сiнял бүйүклүгүнү гүчлү бiчiмде еткiледiгiнi көрсөтөт.

Аг MEA’дакi HT-29 натыйжалары

Контрол тобунда iлк күн RIC яклашык %20’ден %70 жiварына жогорулаган. Бу йүкселiш сфероидiн аг үзерiнде көбүрөөк гүчлү тутунмасына багланмыштыр. Көбүрөөк кийинкi заманларда анламлы дегiшiклiк гөрүлмемiштiр.

10 µМ Navitoclax тобунда RIC iлк күн йүкселмiш, көбүрөөк кийин азалмая башламыш жана 60–80 саатте яклашык %40’ын алтына төмөндөгөн.

Илк жогорку мааниiн гөрүлдүгү 17–26 саат менен 60–80 саат ортосундакi фарк:

\[ p < 0{,}001 \]

катары билдирилген.

Аг MEA герчектен көбүрөөк iйi мi?

Язарлар аг MEA’нын культура чөйрөсүны сфероидiн хер йөнүне улаштырдыгыны, күресел бiчiмi корудугуну жана көбүрөөк жогорку RIC сагладыгыны белiртмектедiр.

Бу ачыклама кулланылан гөрүнтүлерле уюмлудур; анжак жам жана аг MEA тажрыйбаларi түздөн-түз ешленмiш эмес:

• Жам MEA’да HCT-116 колдонулган.
• Аг MEA’да HT-29 колдонулган.
• Жам тажрыйбаiнде 25 µМ Navitoclax колдонулган.
• Аг тажрыйбаiнде 10 µМ Navitoclax колдонулган.
• Реферанс RIC хесаплары фарклыдыр.
• Электрот аралыклары фарклыдыр.

Ошондуктан көбүрөөк жогорку аг MEA сiнялiнiн канчалыкынын платформдан, канчалыкынын клетка хаттындан, iлач дозундан вея реферанс йөнтемiнден кайнакландыгы мевжут изилдөөйла айрыштырыламаз.

Жанлы–өлү боямасы кантип япылды?

HCT-116 сфероидлерiнде жанлы клеткалер Жалжеiн-AM менен ешiл, өлү клеткалер SYTOX Оранге менен турунжу гөстерiлмiштiр.

HT-29 сфероидлерiнде iсе Жалжеiн-AM жана пропiдюм iёдүр колдонулган.

Бу боямалар тажрыйба сонунда импеданс натыйжаларыны догруламак амажыйла япылмыштыр. Базы сфероидлер MEA үзерiнде түздөн-түз, базылары MEA’дан чыкарылдыктан кийин боянмыштыр.

Бояма йөнтемiнiн өрнеклер ортосунда ар башка олмасы, жашоочулук өлчөөүне ек дегiшкенлiк катабiлiр. Айрыжа трансфер сырасында парчаланан сфероидлерiн аналiз дышы быракылмасы, ен фазла зарар гөрмүш өрнеклерiн натыйжаларда темсiл едiлмемесiне ёл ачабiлiр.

Эмпеданс менен жашоочулук ошол эле шей мiдiр?

Хайыр. Эмпеданс фiзёложiк дурума дуярлы олмакла бiрлiкте түздөн-түз жашоочулук пайызы эмес.

Жогорку импеданс шу дурумларла iлiшкiлi болушу мүмкүн:

• Ёгун клетка күтлесi
• Саглам клетка зарлары
• Гүчлү клетка-клетка баглантылары
• Электрота сыкы тутунма
• Икi електродун да сфероид тарафындан өртүлмесi

Төмөн импеданс iсе:

• Хүжре өлүмү
• Мембран гечiргенлiгiнiн артмасы
• Электроттан айрылма
• Сфероiдiн ер дегiштiрмесi
• Сфероiд-электрод арасына сывы гiрмесi
• Сфероiдiн парчаланмасы

гiбi ар башка эмне үчүнлерле олушабiлiр.

Демек изилдөө импедансын жашоочулукла iлiшкiлi болгонун көрсөтөт; факат белiрлi бир RIC мааниiнiн кесiн катары белiрлi бир жашоочулук пайызыне каршылык гелдiгiнi гөстерен калiбрасён денклемi сунмамактадыр.

K-means сыныфландырмасынын перформансы өлчүлдү мү?

Изилдөө, електрiксел сынырларын мiкроскоп гөрүнтүлерiйле генел катары өртүштүгүнү көрсөтөт. Бирок автоматтык сыныфландырма үчүн шу өлчүлер верiлмемiштiр:

• Дуярлылык
• Өзгүллүк
• Догру сыныфландырма катышы
• Янлыш позiтiф жана янлыш негатiф сайысы
• ROC егрiсi
• Алан алты маани
• Багымсыз тест верi сетi

Ошондуктан алгоритмнын “кесiн” сыныфландырма догрулугу хесапланамамактадыр. Йөнтем електрiксел жана гөрсел уюм көрсөткөн; факат стандарт макiне өгренмесi догрулама өлчүтлерiйле там перформанс аналiзi сунулмамыштыр.

K-means’iн негизги варсайымы

Алгорiтма RIC маанилеринi эки күмее айырмактадыр. Бу яклашым, верiде өртүлү жана өртүсүз электродлары темсiл еден етерiнже айрылабiлiр эки попүласён булундугуну варсаяр.

Ашагыдакi дурумларда эки күмелi япы зайыфлаябiлiр:

• Сфероiд электродлара өтө зайыф тутунмушса
• Өртүлү жана өртүсүз электродларын RIC маанилери чоң өлчүде өртүшүёрса
• Сфероiд өтө күчүксе
• Электротларын чогу ошол эле фiзiксел дурумда калыёрса
• Гүрүлтү вея реферанс каймасы йүксексе
• Илач еткiсi iлк босого белiрлеме заманындан мурун башламышса

Язарлар натыйжа бөлүмүнде босого догрулугунун верi бөлүштүрүүына, сфероидiн тутунмасына жана ерлештiрмеден кийинкi замана баглы болгонун изилдөөнын негизги сынырлылыгы катары кабул етмiштiр.

Изилдөө герчектен тамамен оптiксiз мi?

Гелiштiрiлен алгоритм электрод өртүлмесiнi импеданс верiсiнден белiрлеерек гележекте оптiк догрулама герексiнiмiнi азалтмайы амачламактадыр.

Ошону менен бирге мевжут тажрыйбаде:

• Сфероiдлер мiкроскоп алтында электродлара ерлештiрiлмiштiр.
• Башлангычта парлак алан гөрүнтүлерi алынмыштыр.
• Электрiксел сынырлар оптiк гөрүнтүлерле каршылаштырылмыштыр.
• Деней сонунда флуоресценттик тирүү–өлүү гөрүнтүлерi колдонулган.

Демек изилдөө тамамен оптiксiз бир сүреч гөстермемiштiр. Электрiксел йөнтемiн оптiк гөрүнтүлемее болгон багымлылыгы азалтабiлежегiнi гөстерен бир йөнтем гелiштiрме ашамасындадыр.

Жогорку верiмлi тарама гөстерiлдi мi?

Сiстем өтө каналлы жана автоматтык босого үретебiлдiгi үчүн жогорку верiмлi iлач тарамасына ыңгайлаштырыла турган. Бирок мевжут тажрыйбаларде хер MEA үзерiнде сынырлы сайыда сфероид iзленмiш жана тiжарi өтө куюжуклу, йүзлерже өрнегi ошол эле анда маанилендiрен там автоматтык бир тарама сiстемi гөстерiлмемiштiр.

Ошондуктан “жогорку верiмлi тарама капасiтесi” мевжут жiхазын түздөн-түз канытланмыш үретiм хызы эмес, сiстемiн гележекте өлчекленебiлежек бир өзеллiгiдiр.

Изилдөөнын күчтүү жактары

• Этiкетсiз өлчөө: Гүнлүк импеданс кайды үчүн флуоресценттик вея кiмясал етiкет герекмемектедiр.
• Өрнегi бозмаян яклашым: Ошол эле сфероид заман ичинде текрар өлчүлебiлмектедiр.
• Өтө жыштыклы верi: Тек жыштык ерiне 100 Хз–1 MHz спектрум кайдедiлмiштiр.
• Жогорку узамсал чөзүнүрлүк: Өтө сайыда кичине электрод, сфероидiн електрiксел харiтасыны үретмiштiр.
• Икi MEA платформу: Йөнтем хем жам хем де аг табанлы сiстемде дененмiштiр.
• Икi колоректалдык рак клетка хатты: HCT-116 жана HT-29 Navitoclax тажрыйбаларiнде колдонулган.
• Генiш босого верi сетi: 74 сфероид жана 2.422 электрод чiфтi бааланган.
• Уярланабiлiр босого: Хер сфероидiн електрiксел бөлүштүрүүына ылайык айры босого үретiлмiштiр.
• Узамсал жана замансал iзлеме: Ысы харiтасы менен заман серiсi ошол эле сiстемде бiрлештiрiлмiштiр.
• Термiнал бiёложiк догрулама: Жанлы–өлү боямасы импеданс дегiшiмiйле бiрлiкте бааланган.
• Илач еткiсiндекi гежiкме гөстерiлмiштiр: Navitoclax еткiсiнiн iлк күн сынырлы, кийинкi гүнлерде көбүрөөк белiргiн болгону гөрүлмүштүр.
• Ачыкланабiлiр алгоритм: K-means жана күме меркезi орталамасы, кара куту моделден көбүрөөк колай ёрумланабiлiр.

Изилдөөнын чектөөлөрү

• Хакем маанилендiрмесi ёктур: Изилдөө SSRN препрiнтiдiр.
• Клiнiк изилдөө эмес: Хаста шишикү, хаста дарылоо яныты вея клiнiк натыйжа iнжеленмемiштiр.
• Сынырлы iлач чешiтлiлiгi: Ялнызжа Navitoclax бааланган.
• Доз–яныт аналiзi ёктур: Хер клетка хаттында тек Navitoclax консантрасёну колдонулган.
• Икi CRC клетка хатты: Илач iзлеме натыйжалары HCT-116 жана HT-29 менен сынырлыдыр.
• Хаста кайнаклы органоiд ёктур: Генетiк жана клiнiк шишик хетероженлiгi темсiл едiлмемiштiр.
• Иммүн мiкрочевре ёктур: Т клеткалары, макрофаглар, кан тамыр клеткалары жана стромал бiлешенлер iлач тажрыйбаларiнде бiрлiкте маанилендiрiлмемiштiр.
• Эмпеданс жанлылыга өзгү эмес: Тутунма, бiчiм жана электрод аралыгы сiнялi дегiштiребiлiр.
• Жанлылык калiбрасёну ёктур: RIC’ден түздөн-түз жанлы клетка пайызы хесаплаян модел гелiштiрiлмемiштiр.
• Сыныфландырма догрулугу рапорланмамыштыр: Дуярлылык, өзгүллүк жана ROC маанилери булунмамактадыр.
• Багымсыз дыш догрулама ёктур: Алгорiтма башка лаборатуварын багымсыз көр верi сетiнде тест едiлмемiштiр.
• K-means эки күмейi варсаяр: Өртүлү жана өртүсүз бөлүштүрүүлар айрышмадыгында босого гүвенiлiрлiгi азалабiлiр.
• Эшiк замана баглыдыр: Жам жана аг MEA’да ар башка заман нокталары колдонулган.
• Баштапкы электродлары сабiтленмiштiр: Сфероiд бүйүдүгүнде жаңы өртүлен электродлар заман серiсiне екленмемiштiр.
• Тек сфероид аналiзiнде псөдореплiкасён рiскi вардыр: Ошол эле сфероиде аiт электрод чiфтлерi багымсыз н катары гөстерiлмiштiр.
• Текрарлы өлчөө йөнтемi ачыкланмамыштыр: Заман iчi багымлылык үчүн карма модел рапорланмамыштыр.
• Заман ноктасы өрнек сайылары белiрсiздiр: Шекiл 5’те “н = 16 башлангычта” денмiш, кийинкi заманлардакi кесiн н верiлмемiштiр.
• Жам жана аг платформлары түздөн-түз каршылаштырыламаз: Хүжре хатты, iлач дозу, реферанс жана электрод аралыгы фарклыдыр.
• Трансфер кайнаклы дышлама вардыр: Парчаланан сфероидлер жашоочулук аналiзiнден чыкарылмыштыр.
• Жанлылык бояма протоколү дегiшкендiр: Базы өрнеклер MEA үзерiнде, базылары чыкарылдыктан кийин боянмыштыр.
• Өзел ода боютлары тутарсыздыр: 2,6 мм жана 8 мм маанилери бiрбiрiйле уюшмамактадыр.
• RIC дегiшкен танымлары белiрсiздiр: З маанилери базы жүмлелерде импеданс ерiне RIC катары язылмыштыр.
• Сыныр долдурма йөнтемi нет эмес: Ысы харiтасы үчүн кулланылан гөрсел iнтерполасён айрынтылы ачыкланмамыштыр.
• Хүжре моделi сайымы тутарсыздыр: “Беш тiп” iфадесiйле лiстеленен алты категорi уюшмамактадыр.
• Өлчек бiрiмi хатасы вардыр: Мiкроскопi өлчеклерi µм ерiне µМ бiчiмiнде язылмыштыр.
• Верi жана код ачык эмес: Верiлерiн талеп үзерiне пайлашылажагы белiртiлмiш, өзел Пйтхон кодлары камуя ачык депо аркылуу верiлмемiштiр.
• Жогорку верiм потансiел дүзейдедiр: Өтө куюжуклу чоң өлчеклi автоматтык iлач тарамасы түздөн-түз гөстерiлмемiштiр.

Изилдөө эмнени айтат?

• Үч боютлу сфероидлер микроэлектрод дiзiлерi үзерiнде өлчүлебiлiр импеданс дегiшiклiгi олуштурмактадыр.
• Эн белiргiн дегiшiклiклер 1–100 кХз аралыгында гөрүлмектедiр.
• Сфероiдле түздөн-түз темас еден электрод чiфтлерi көбүрөөк жогорку RIC көрсөтөт.
• Электрiксел ысы харiтасы сфероидiн электрод үзерiндекi темас аланыны гөстеребiлмектедiр.
• K-means, жогорку жана төмөн RIC күмелерiнi автоматтык айырабiлмектедiр.
• Хер сфероид үчүн уярланан босого, елле босого сечме герексiнiмiнi азалтмактадыр.
• Тедавiсiз HCT-116 жана HT-29 сфероидлерiнде импеданс генел катары карарлы калмыштыр.
• Navitoclax уйгуламасы кийин импеданс заманла азайган.
• Эмпеданс дүшүшүне термiнал жашоочулук азалмасы ешлiк етмiштiр.
• Navitoclax еткiсi хемен эмес, яклашык бир–эки гүнлүк гежiкмеден кийин белiргiнлешмiштiр.
• Аг MEA, сфероидiн көбүрөөк күресел калмасына жана көбүрөөк жогорку сiнял олушмасына каткы саглаябiлiр.
• Йөнтем гележекте автоматтык жана жогорку капасiтелi преклiнiк тарама сiстемлерiне ыңгайлаштырыла турган.

Изилдөө эмнени айтпайт?

• Сiстемiн iнсанларда рак танысы коябiлдiгiнi гөстермемектедiр.
• Бир хастанын хангi iлажа яныт вережегiнi клiнiк катары өнгөрдүгүнү гөстермемектедiр.
• RIC мааниiнiн түздөн-түз жанлы клетка пайызы болгонун гөстермемектедiр.
• Төмөн импедансын хер заман гана клетка өлүмүнден кайнакландыгыны канытламамактадыр.
• K-means сыныфландырмасынын бүтүн сфероид тiплерiнде хатасыз чалыштыгыны гөстермемектедiр.
• Оптiк микроскопиянiн вея сон нокта тестлерiнiн тамамен герексiз болгонун гөстермемектедiр.
• Navitoclax’ын колоректалдык рак хасталарында еткiлi болгонун канытламамактадыр.
• Жам MEA’дан аг MEA’нын кесiн катары үстүн болгонун гөстерен ешленмiш каршылаштырма сунмамактадыр.
• Тек бир импеданс ешiгiнiн бүтүн жiхазларда кулланылабiлежегiнi гөстермемектедiр.
• Йөнтемiн енфексiён, iммүнотерапi, радётерапi вея бүтүн iлач сыныфларында догруландыгыны гөстермемектедiр.
• Сiстемiн клiнiк лаборатуварда вея хастанеде кулланыма хазыр болгонун гөстермемектедiр.
• Йүзлерже я да бiнлерже сфероидiн ошол эле анда тарандыгы там өлчеклi бир жогорку верiм сiстемi гөстермемектедiр.

Гечмiш жагынан өнемi

Хүжре-электрод импеданс өлчөөлөрү узун сүредiр эки өлчөмдүү клетка табакаларынын тутунмасыны, чогалмасыны жана өлүмүнү iзлемек үчүн кулланылмактадыр. Бирок үч өлчөмдүү сфероидлер, дүз клетка табакаларындан көбүрөөк кармашык бир темас геометрiсiне сахiптiр.

Сфероiдiн гана кичине бир бөлүмү электрода түздөн-түз темас едер. Алт йүзей дүзенсiздiр жана электрод менен клеткалер ортосунда ар башка калынлыкларда күлтүр сывысы калабiлiр. Ошондуктан эки өлчөмдүү күлтүрлерде кулланылан тек электрод вея тек босого яклашымы үч өлчөмдүү моделлерде етерлi олмаябiлiр.

Бул изилдөө, өтө сайыда кичине электрод жана сфероиде өзгү ыңгайлаштырыла турган босого кулланарак бу геометрiк соруна яклашмактадыр.

Бугүн жагынан өнемi

Илач гелiштiрме сүрежiнде бир сфероидiн гана тажрыйбаiн сонунда жанлы олуп олмадыгыны бiлмек сынырлы бiлгi саглар. Илажын:

• еткi гөстермее не заман башладыгы,
• iлк күн еткiсiз гөрүнүп көбүрөөк кийин еткiлi олуп олмадыгы,
• сфероидiн меркез жана чевресiнi ошол эле бiчiмде еткiлейiп еткiлемедiгi,
• фiзёложiк бозулманын микроскопияк гөрүнүмден мурун башлайып башламадыгы

да маанилүүдiр.

Электрiксел заман серiсi, Navitoclax’ын iлк саатлерде сынырлы дегiшiм олуштурдугуну жана көбүрөөк белiргiн дүшүшүн 30–48 сааттен кийин ортая чыктыгыны көрсөткөн. Бу түр заман бiлгiсi гана тажрыйба сонундакi тек бир жашоочулук тестiйле елде едiлемез.

Гележек жагынан өнемi

Йөнтемiн көбүрөөк гүчлү бир преклiнiк платформа дөнүшебiлмесi үчүн гележекте шу изилдөөлар гереклiдiр:

• Багымсыз жана көр догрулама верi сетлерi
• Оптiк гөрүнтүлерден елде едiлен герчек темас аланыйла нiжел каршылаштырма
• Дуярлылык, өзгүллүк жана ROC аналiзi
• RIC менен жашоочулук пайызы ортосунда калiбрасён моделлерi
• Бiрден фазла iлач жана генiш доз–яныт тажрыйбаларi
• Ар башка өлүм меканiзмаларынын айрыштырылмасы
• Хаста кайнаклы шишик органоiдлерi
• Фiбробласт, иммундук жана кан тамыр клеткасi iчерен ортак күлтүрлер
• Текрарлы өлчөөлер үчүн карма еткiлi статистикалык моделлер
• Көбүрөөк жогорку ёгунлуклу CMOS микроэлектрод дiзiлерi
• Ятай жана дiкей комшу электрод өлчөөлөрүнiн бiрлiкте кулланылмасы
• Үч боютлу електрiксел томографiе яклашан узамсал реконстрүксiён
• Сфероiдiн бүйүмесiйле жаңы өртүлен электродлары дiнамiк катары моделе еклеен алгоритмлар
• Отоматiк сывы iшлеме жана өтө куюжуклу сiстемлерле ентеграсён
• Код жана хам маалыматтарiн ачык ерiшiмлi катары пайлашылмасы
• Кiшiселлештiрiлмiш iммүнотерапi янытынын маанилендiрiлмесi

Гүнделiк яшам жана рак изилдөөсы жагынан анламы

Изилдөөнын гүнделiк яшама түздөн-түз еткiсi хенүз сынырлыдыр; йөнтем бир клiнiк жiхаз эмес, лаборатувар изилдөө платформудур.

Узун вадеде бу түр сiстемлерiн негизги жарары, потансiел iлачларын үч өлчөмдүү шишик моделлерiнде көбүрөөк еркен жана көбүрөөк айрынтылы маанилендiрiлмесi болушу мүмкүн. Башарысыз iлач адайларынын еркен ашамада еленмесi, көбүрөөк умут верiжi адайларын сечiлмесi жана хаста кайнаклы моделлерде кiшiе өзгү янытларын iнжеленмесi хедефленебiлiр.

Ошону менен бирге мевжут изилдөө, бир хастадан алынан шишикүн сiстеме конуларак догру iлажын сечiлебiлдiгiнi гөстермемектедiр. Бу кулланым, изилдөөчүлөрын гележеге йөнелiк өнгөрдүгү бир гелiштiрме аланыдыр.

Изилдөөнын Йөнтемi жана Булгулары

Изилдөө тасарымынын техникалык өзетi

Мiкроэлектрод сiстемлерiнiн техникалык өзеллiклерi

EIS кайыт параметрелерi

RIC жана босого формүллерi

\[ \mathrm{RIC} = \frac{Z_s-Z_{ref}} {Z_s+Z_{ref}} \times100\% \]

\[ \mathrm{maxRIC}_i = \max_{1\,\mathrm{kHz}\le f\le100\,\mathrm{kHz}} \mathrm{RIC}_i(f) \]

\[ T = \operatorname{round} \left( \frac{C_0+C_1}{2} \right) \]

Бурада:

• З_с: сфероидлi өлчөө импедансы
• З_реф: реферанс импеданс
• максРЫЖ_i: i электрод чiфтiнiн 1–100 кХз ортосундакi ен жогорку RIC мааниi
• Ж₀ жана Ж₁: K-means күме меркезлерi
• Т: өртүлү жана өртүсүз электродлары айыран автоматтык босого

анламына гелмектедiр.

Отоматiк аналiз басамаклары

1. Хер электрод чiфтi үчүн 100 Хз–1 MHz импеданс спектруму кайдедiлдi.
2. Реферанса ылайык RIC спектруму хесапланды.
3. 1–100 кХз аралыгындакi максiмум RIC сечiлдi.
4. Эн жогорку %5’лiк уч маанилерин босого егiтiмiндекi еткiсi азалтылды.
5. K-means менен маанилер эки күмее айрылды.
6. Күме меркезлерiнiн ортасы автоматтык босого катары белiрлендi.
7. Эшiк өзгүн, кырпылмамыш верi сетiне уйгуланды.
8. Эшiк үзерiндекi электродлар сфероидле өртүлү сыныфландырылды.
9. Башлангычта өртүлү булунан электродларын RIC маанилери заман боюнжа iзлендi.
10. Деней сонунда флуоресценттик жашоочулук тестiйле бiёложiк догрулама япылды.

Өрнек сфероидiн електрiксел бөлүштүрүүы

74 сфероидлiк босого верi сетi

Темсiлî HCT-116 сфероид натыйжалары

HCT-116 попүласён аналiзi

HT-29 аг MEA натыйжалары

Кулланылан статистикалык яклашым

• Нормаллiк: Схапiро–Вiлк тестi
• Варянс хоможенлiгi: Левене тестi
• Параметрiк топ каршылаштырмасы: Тек йөнлү ANOVA
• Параметрiк олмаян каршылаштырма: Крускал–Валлiс тестi
• ANOVA кийинсы: Тукей HSD
• Крускал–Валлiс кийинсы: Дунн тестi
• Анламлылык сыныры: п &лт; 0,05

Заман ичинде ошол эле сфероидiн текрар өлчүлмесi эмне үчүнiйле текрарлы өлчөө япысы булунмактадыр. Ошону менен бирге йөнтем бөлүмүнде текрарлы өлчөө ANOVA’сы, ешлештiрiлмiш аналiз вея карма еткiлi модел ачыкча белiртiлмемiштiр.

Шекiллерiн бiрлiкте анлаттыгы негизги натыйжа

1. Шекiл 1: Сфероiд үретiмiнi, жам жана аг MEA сiстемлерiнi жана жашоочулук догруламасыны көрсөтөт.
2. Шекiл 2: Сфероiдле өртүлү электродларда көбүрөөк жогорку RIC олуштугуну жана електрiксел харiтанын оптiк конумла өртүштүгүнү көрсөтөт.
3. Шекiл 3: Контрол сфероидiнде карарлы, Navitoclax сфероидiнде азалан електрiксел аяк iзiнi көрсөтөт.
4. Шекiл 4: Тек сфероид өрнеклерiнде RIC дегiшiмiнi %91 жана %28 термiнал жашоочулукла каршылаштырмактадыр.
5. Шекiл 5: HCT-116 попүласёнунда көзөмөл жана 25 µМ Navitoclax янытыны 80 саате кадар көрсөтөт.
6. Шекiл 6: HT-29 сфероидлерiнде меркез жана чевре электрод фаркыны жана аг MEA’дакi 10 µМ Navitoclax янытыны көрсөтөт.

Текнiк катары ен маанилүү натыйжа

Изилдөөнын ен маанилүү техникалык каткысы, сфероидiн электрод үзерiнде хангi нокталарла герчек темас курдугуну хер тажрыйба үчүн айры катары белiрлеен автоматтык босого йөнтемiдiр.

Бу яклашым:

• тек бир сабiт босого кулланмамакта,
• хер сфероидiн баштапкы RIC бөлүштүрүүыны iнжелемекте,
• маанилери төмөн жана жогорку RIC күмелерiне айырмакта,
• гана башлангычта сфероидле темас еден электродлары заман ичинде такiп етмектедiр.

Бөйлеже сфероидiн фiзiксел конуму жана iлач кийинсы електрiксел бозулмасы ошол эле верi акышы ичинде өлчүлебiлмектедiр.

Бирок сiстем хенүз жанлылыгы түздөн-түз өлчен клiнiк бир тест эмес. Эн догру таным, сфероид-электрод темасыны жана жашоочулукла iлiшкiлi фiзёложiк дегiшiмлерi етiкет кулланмадан iзлеен автоматтык преклiнiк импеданс платформудур.

Кайнак жана Йөнтем Ноту

Бу iчерiк, Ахмед Кхаттаб, Рутх Грабовскi, Ха Ун Жхунг, Тобiас Сжхмiдт, Маi Тху Буi, Жхрiстiан Сжхмеес жана Гүнтхер Мiжхаел Зежк тарафындан хазырланан “Аутоматед Вiабiлiтй Ассессмент оф Тумор Спхероiдс вiа Элежтрiжал Ымпеданже Спежтросжопй” башлыклы изилдөөя даянмактадыр.

Изилдөө; iнсан кайнаклы HCT-116 жана HT-29 колоректалдык рак клеткаларындан олуштурулан үч өлчөмдүү сфероидлерi, жам жана полiiмiд аг табанлы микроэлектрод дiзiлерiнi, электрдик импеданс спектроскопиясынi, K-means кластерлөөйi жана Navitoclax мүдахалесiнi бiрлештiрен преклiнiк iн вiтро бiёсенсөр жана йөнтем гелiштiрме изилдөөсыдыр.

Инсанларда йүрүтүлмүш клiнiк изилдөө эмес. Хаста шишикү, рак хастасы, клiнiк дарылоо сонужу, сагкалым вея кiшiселлештiрiлмiш iлач сечiмi верiсi булунмамактадыр.

Метiнде ачыкча “Тхiс препрiнт ресеаржх папер хас нот беен пеер ревiевед” жана “Препрiнт нот пеер ревiевед” iфаделерi булунмактадыр. Демек изилдөө хакем маанилендiрмесiнден гечмемiштiр.

Сайфа үст бiлгiсiнде “Бiосенсорс анд Бiоележтронiжс, Вол. Кс, Но. Кс (2026)” язмактадыр. Бирок жiлт жана сайы аланларынын Кс катары калмасы, DOI жана кабул тарiхiнiн булунмамасы эмне үчүнiйле бу iфаде нiхаi яйымланмыш макале вея дергi кабулү катары маанилендiрiлемез.

Изилдөөнын Авустуря Изилдөө Тешвiк Ажансы тарафындан 895365 нумаралы проже жана Алманя Федерал Экономi жана Иклiм Корума Баканлыгы тарафындан KK5046205AJ2 нумаралы проже капсамында дестеклендiгi көрсөтүлгөн. Язарлар бiлiнен малi чыкар чатышмасы вея кiшiсел iлiшкi бiлдiрмемiштiр.

Верiлерiн макул талеп үзерiне пайлашылажагы белiртiлмiш; өзел Пйтхон аналiз кодлары жана хам импеданс маалыматтарi үчүн ачык ерiшiмлi бир депо баглантысы верiлмемiштiр.

K-means яклашымы 74 сфероид жана 2.422 электрод чiфтiнден елде едiлен RIC бөлүштүрүүларыйла гелiштiрiлмiштiр. Бирок сыныфландырма үчүн дуярлылык, өзгүллүк, ROC егрiсi вея багымсыз дыш догрулама натыйжалары сунулмамыштыр.

Эмпеданс дегiшiклiгi клетка жашоочулугуйла iлiшкiлi олмакла бiрлiкте гана жанлылыгы өлчмез. Сфероiдiн электрода тутунмасы, бiчiмi, бүйүклүгү, электродла ортосундакi сывы бошлугу жана электрод чiфтiнiн өртүлме катышы да RIC мааниiнi еткiлеебiлiр.

Жам жана аг MEA натыйжалары ар башка клетка хатлары, ар башка Navitoclax дозлары, ар башка электрод аралыклары жана ар башка реферанс хесапларыйла елде едiлмiштiр. Ошондуктан эки платформ ортосунда кесiн үстүнлүк каршылаштырмасы япыламаз.

Тек сфероид өрнеклерiнде электрод чiфтлерi н мааниi катары колдонулган. Ошол эле сфероиде аiт электрод чiфтлерi багымсыз бiёложiк текрар олмадыгы үчүн бу натыйжаларын статистикалык ёрумунда дiккатлi олунмалыдыр.

Өзел SLA одасынын боютлары, RIC дегiшкенлерiнiн базы танымлары, клетка моделi категорiлерiнiн сайысы жана микроскопия өлчек бiрiмлерi PDF ичинде ачыклык геректiрен рапорлама сорунлары iчермектедiр.

Бу макале гана йүкленен PDF’декi йөнтемлер, формүллер, графiклер, микроскопия гөрүнтүлерi, електрiксел ысы харiталары, жашоочулук натыйжалары жана язарларын ёрумларына даяныларак хазырланмыштыр. PDF’де булунмаян клiнiк таны догрулугу, хаста дарылоо башарысы, Navitoclax еткiнлiгi, кесiн жашоочулук тахмiнi вея жогорку верiмлi тiжарi кулланым iддiасы екленмемiштiр.