Дар таҳқиқоте, ки ошкорсозии барвақти аденокарциномаи дукталии ғадуди зери меъда (pancreatic ductal adenocarcinoma, PDAC)-ро аз зардоб меомӯзад, барои чен кардани сатҳи carbohydrate antigen 19-9 (CA19-9) Signal-Enhanced Lateral Flow Immunoassay (SELFI), яъне иммуноассайи ҷараёни паҳлуии сигнал-тақвиятёфта, таҳия шуд. Система аз минтақаҳои плазмонии “hotspot” истифода мебарад, ки дар холигии нанометрии нанопробҳои SiO₂@Au@Au ба вуҷуд меоянд; дар ин сохтор бисёр нанозарраҳои тиллоӣ дар рӯйи нанозарраи силика ҷойгир шудаанд. SELFI таҳлили CA19-9-ро тақрибан дар 15 дақиқа анҷом дод ва дар таҳқиқот ба ҳадди ошкорсозии 0.012 U mL⁻¹ расид. Дар арзёбии клиникии зардоб барои ҷудо кардани PDAC-и барвақт аз назоратҳои солим, миёнаи ROC-AUC барои SELFI 0.862, барои ELISA 0.854 ва барои LFIA-и классикӣ 0.550 буд. Бо вуҷуди ин, таҳқиқот дар як марказ иҷро шуд, ҳамаи иштирокчиён аз Кореяи Ҷанубӣ буданд ва кор санҷиши мустақили клиникӣ дар асоси скрининги аҳолӣ нест.

Навоварии асосии SELFI кашфи biomarker-и нави CA19-9 нест; балки сохтани меъмории нанопробест, ки сигнали мавҷудаи CA19-9-ро қавитар ва дар консентратсияҳои пасттар хонданӣ мекунад. Вақте фосилаи байни нанозарраҳои тиллоӣ хурд мешавад, зичии майдони электромагнитӣ меафзояд. Hotspot-ҳои плазмонӣ дар фосилаҳои муайяни нанометрӣ экстинксияи нури намоён ва контрасти колориметриро дар мембранаи нитроселлюлоза зиёд мекунанд.

Дар таҷрибаҳои модели аналитикӣ сигнали хатти санҷиши SELFI тақрибан дар 15 дақиқа ба сершавӣ расид. Барои ELISA дар ҳамин таҳқиқот 285 дақиқа лозим буд. Дар SELFI, вақте консентратсияи CA19-9 1 U mL⁻¹ буд, шиддати сигнал 24.67 ва дар 200 U mL⁻¹ 73.17 шуд; дар LFIA-и классикӣ, ки як нанозарраи тиллоиро истифода мебарад, сигнал дар ҳамон доира танҳо аз 6.59 ба 11.76 баланд шуд. Муаллифон ҳамчунин нишон доданд, ки SELFI дар таҷрибаҳои калибровкаи PSA ва ICAM-1 низ нисбат ба LFIA сигнали аналитикии қавитар дод; аммо ин маънои тасдиқи ташхиси клиникии бемориҳои дигари вобаста ба ин biomarker-ҳоро надорад.

Аз ҷиҳати клиникӣ натиҷаи ҷолибтарин дар гурӯҳи PDAC-и барвақт ба даст омад. Ҳангоми муқоисаи назоратҳои солим бо беморони марҳилаи барвақт, AUC-и миёнаи SELFI 0.862 ва ELISA 0.854 буд; дар таҳлили омории такрорӣ барои фарқ P < 0.0001 гузориш шуд. Дар муқоисаи PDAC-и пешрафта бо назоратҳои солим, SELFI ва ELISA қариб яксон буданд: AUC мутаносибан 0.925 ва 0.926, фарқ маънодор набуд (P = 0.3363). Бинобар ин натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки SELFI махсусан дар намунаҳои марҳилаи барвақт иқтидори ҷудокунии умедбахш дорад, вале исбот намекунанд, ки он ба стандарти клиникии скрининг табдил ёфтааст ё дар аҳолии мустақил тасдиқ шудааст.

Барои Туркия ин чӣ маъно дорад?

Ҳамаи 150 иштирокчӣ Кореяи Ҷанубӣ буданд ва намунаҳо дар як беморхонаи дараҷаи сеюм ҷамъоварӣ шуданд. Аз ин рӯ AUC-ҳои гузоришшуда, тақсимоти CA19-9 ё cut-off-ҳои эҳтимолии оянда мустақиман ба аҳолии бемор ва солими Туркия интиқол дода намешаванд. Барои арзёбии истифода дар Туркия таҳқиқоти маҳаллӣ ва мустақил, kohort-ҳои гуногун, марказҳои клиникии сершумор, стандартсозии аналитикии тест ва санҷиши ҳадҳои ташхисии пешакӣ муайяншуда заруранд. Ин таҳқиқот истифодаи routine clinical-ро дар Туркия исбот намекунад; аммо платформаи техникӣ барои ченкунии зуд ва signal-high lateral flow-и CA19-9 пешниҳод мекунад.

Масъалаи асосии таҳқиқот чист?

Нуқтаи оғоз ин аст, ки PDAC дар марҳилаи барвақт душвор ошкор мешавад. Таҳқиқот ба кашфи biomarker-и нав равона нест; ҳадаф ин аст, ки biomarker-и CA19-9, ки аллакай дар зардоб истифода мешавад, зудтар ва ҳассостар чен карда шавад.

Иммуноассайҳои ҷараёни паҳлуӣ аз сабаби вақти кӯтоҳи таҳлил ва принсипи содда бартарӣ доранд. Аммо дар системаҳои классикӣ сигнали ранги нанозарраи ягонаи тиллоии тақрибан 20 nm дар консентратсияҳои паст нокифоя шуда метавонад. Муаллифон ин мушкилро бо ҷамъ кардани нанозарраҳои зиёди тиллоӣ дар рӯйи ядрои силика ва эҷоди nanogap-ҳои назоратшаванда ҳал карданд.

SELFI чӣ гуна кор мекунад?

Нанопроби асосӣ дар SELFI сохтори SiO₂@Au@Au аст. Нанозарраи силика ядрои интиқолдиҳанда мебошад; нанозарраҳои тиллоӣ дар рӯйи он бо фосилаи нанометрӣ наздик мешаванд. Дар ин фосилаҳо бо сабаби local surface plasmon resonance майдонҳои пурқуввати электромагнитӣ, яъне hotspot-ҳои плазмонӣ, ба вуҷуд меоянд.

Тибқи шарҳи механизми таҳқиқот, қавитар шудани майдони маҳаллии электрикӣ absorption cross-section-и нанозарраҳоро зиёд мекунад. Ҷабби бештар нури воридшаванда нанопробро дар мембранаи сафеди нитроселлюлоза ториктар ва контрастноктар мекунад. Аз ин сабаб дар як консентратсияи ҳадафӣ signal-и колориметрӣ нисбат ба LFIA-и классикӣ баландтар мешавад.

Ҳангоми тест, CA19-9 байни antibody-и ошкоркунанда дар нанопроб ва antibody-и capture дар хатти тест баста мешавад. Нанопробҳои SiO₂@Au@Au, ки дар хатти тест ҷамъ мешаванд, ранги торик медиҳанд. Ин сигнал баъд аз аксбардорӣ бо ImageJ миқдорӣ карда шуда, бо каҷҳои калибровка ба консентратсияи CA19-9 табдил дода мешавад.

Чаро nanogap муҳим аст?

Дизайни нанопроб аввал бо симулятсияи сеандозаи wave optics санҷида шуд. Дар модел 270 AuNP дар рӯйи як зарраи SiO₂-и 168 nm баробар тақсим карда шуданд. Барои фосилаи G_Au ҳолатҳои 10, 8, 6, 4, 2 ва 1 nm таҳлил шуданд. Диапазони 400–800 nm, мавҷҳои TE-polarized ва муҳити обӣ қабул карда шуданд.

Дар симулятсия, бо кам шудани фосилаи байни AuNP майдони электрикӣ дар рӯйи зарра қавитар шуд. Вақте G_Au аз 6 nm паст рафт, байни зарраҳо hotspot-ҳои равшан пайдо шуданд. Absorption, scattering ва extinction cross-section ҳам бо қавитар шудани майдон зиёд шуданд.

Муаллифон инчунин санҷиданд, ки ин афзоиш танҳо аз калон шудани диаметри AuNP нест. Дар диаметри калонтарин, absorption cross-section-и AuNP дар наноструктураи ҷамъшуда нисбат ба як AuNP-и ҷудо дар рӯйи силика тақрибан 2.65 маротиба баланд буд. Ҳатто дар диаметри доимии AuNP, кам кардани фосила таъсири hotspot-ро бештар тағйир дод. Ин натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки омили асосӣ на танҳо андозаи зарра, балки таъсири плазмонии nanogap аст.

Нанопробҳо чӣ гуна сохта ва тасдиқ шуданд?

Дар марҳилаи таҷрибавӣ нанозарраҳои SiO₂-и тақрибан 145 nm бо усули modified Stöber тайёр шуданд. Сатҳи силика бо APTES aminated шуд; nanoseed-ҳои тиллоии 3–5 nm сохта шуда ба рӯйи SiO₂-NH₂ пайваст шуданд ва баъдан бо seed-mediated growth калон карда шуданд.

Бо тағйир додани давраҳои иловаи gold precursor ва ascorbic acid сохторҳои SiO₂@Au@Au₁, SiO₂@Au@Au₃, SiO₂@Au@Au₅, SiO₂@Au@Au₇, SiO₂@Au@Au₉ ва SiO₂@Au@Au₁₁ истеҳсол шуданд. Аз тасвирҳои Cs-STEM фосилаҳои миёнаи AuNP-AuNP мутаносибан 9.55, 7.63, 5.89, 3.53, 1.33 ва 1.20 nm муайян шуданд.

Экстинксияи нури намоён бо кам шудани фосила афзуд. Дар сохтори SiO₂@Au@Au₁₁ maximum extinction 0.426 буд; дар AuNP-ҳои ягона баъд аз хориҷ кардани ядрои силика 0.120 ва дар nanoseed-ҳои 3–5 nm 0.031 чен шуд. Maximum extinction-и ин нанопроб нисбат ба AuNP-ҳои 200 nm тақрибан 58 маротиба ва нисбат ба AuNP-ҳои 20 nm-и LFIA тақрибан 1.439 маротиба баланд гузориш шуд.

Таҳлили CA19-9 чӣ қадар зуд аст?

Шиддати ранги хатти тест дар 1, 2, 5, 10, 15, 30 ва 60 дақиқа пайгирӣ шуд. Сигнал дар дақиқаҳои аввал зуд зиёд шуда, пас аз тақрибан 15 дақиқа ба сершавӣ наздик шуд. Аз ин рӯ барои ченкуниҳои минбаъда 15 дақиқа интихоб шуд. Вақти умумии ELISA дар таҳқиқот 285 дақиқа буд.

Дар диапазони 0–200 U mL⁻¹ CA19-9, хатти тест дар SELFI аз 5 U mL⁻¹ боло бо чашми бараҳна дида мешуд; дар LFIA-и классикӣ то 100 U mL⁻¹ хатти намоён ба даст наомад ва ҳатто дар 100 U mL⁻¹ сигнал заиф буд.

Ҳадди ошкорсозӣ чанд буд?

LOD-и CA19-9 барои SELFI 0.012 U mL⁻¹, барои ELISA-и тиҷоратӣ 0.3 U mL⁻¹ буд. Дар Results барои LFIA-и классикии 20 nm AuNP LOD 121.477 U mL⁻¹ дода шуд ва гуфта шуд, ки LOD-и SELFI 10.123 маротиба пасттар аст.

Эзоҳи номувофиқии дохилии манбаъ: Дар Discussion ҳамин LOD барои LFIA ҳамчун 12.477 U mL⁻¹ навишта шудааст. Аммо рақами 121.477 бо фарқи 10.123 маротиба мувофиқ аст. Аз ин сабаб ин ду рақам бе қайд ба як арзиш табдил дода нашудаанд.

Намунаҳои клиникии зардоб чӣ нишон доданд?

Дар арзёбии клиникӣ 150 намунаи зардоб истифода шуд: 50 назорати солим, 40 PDAC-и барвақт/resectable ва 60 PDAC-и пешрафта/local advanced ё metastatic. CA19-9 бо SELFI, LFIA ва ELISA чен карда шуд.

Дар ROC analysis, 90%-и намунаҳои ҳар гурӯҳ тасодуфӣ интихоб шуда, ин раванд 100 маротиба такрор шуд. Ҳамин тавр ба ҷойи як тақсимоти тасодуфӣ, 100 ROC curve ва 100 AUC ба даст омад.

Дар муқоисаи PDAC-и барвақт бо назоратҳои солим, AUC-и SELFI 0.862 (%95 CI: 0.841–0.888), ELISA 0.854 (%95 CI: 0.834–0.881) ва LFIA 0.550 (%95 CI: 0.528–0.556) буд. Барои SELFI бар зидди ELISA P < 0.0001 буд. Дар гурӯҳи пешрафта AUC-и SELFI 0.925, ELISA 0.926 ва LFIA 0.692 буд; фарқи SELFI-ELISA маънодор набуд (P = 0.3363). Дар ҳама 150 намуна SELFI 0.899, ELISA 0.896 ва LFIA 0.634 буд.

Номувофиқии дувуми дохилии манбаъ: Дар Discussion тартиби “0.896 vs. 0.899” бо ҷумлае, ки SELFI-ро аз ELISA баландтар шарҳ медиҳад, мувофиқ нест. Ҷадвал ва расм арзишҳоро ELISA = 0.896 ва SELFI = 0.899 медиҳанд; дар ин ҷо ҳамин арзишҳо нигоҳ дошта шуданд.

Расмҳо чӣ мегӯянд?

Figure 1 робитаи биологии ҳуҷайраҳои PDAC то ченкунии CA19-9 дар зардоб, nanogap-ҳои SiO₂@Au@Au, мантиқи strip-и SELFI ва муқоисаи вақти ELISA-ро нишон медиҳад. Figure 2 симулятсияи электромагнитӣ ва characterization-и таҷрибавии наноструктураро пайваст мекунад. Figure 3 расидани SELFI ба сершавии тақрибан 15 дақиқа, каҷҳои сигнал бар зидди CA19-9, инчунин PSA ва ICAM-1-ро нишон медиҳад. Figure 4 таҳлили ROC-и 150 намунаи клиникиро медиҳад.

Натиҷаҳои дастгиришуда

• Nanogap-ҳои хурди AuNP-AuNP дар SiO₂@Au@Au бо hotspot-ҳои плазмонӣ ва extinction-и қавии оптикӣ робита доранд.
• SiO₂@Au@Au₁₁ нисбат ба AuNP-и ягона сигнали колориметрии қавитар дод.
• SELFI дар шароити таҷрибавӣ CA19-9-ро тақрибан дар 15 дақиқа чен кард.
• LOD-и CA19-9 барои SELFI 0.012 U mL⁻¹ гузориш шуд.
• Дар kohort-и Кореяи Ҷанубӣ SELFI барои PDAC-и барвақт бар зидди назорати солим AUC 0.862 нишон дод.
• LFIA-и классикии 20 nm AuNP аз SELFI ва ELISA дар ҷудокунии клиникӣ пасттар буд.
• Дар калибровкаи PSA ва ICAM-1 низ SELFI нисбат ба LFIA сигнали аналитикии баландтар нишон дод.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот ҳанӯз исбот намекунад

• SELFI барои скрининги умумии аҳолӣ омода буданаш нишон дода нашудааст.
• Санҷиши мустақили бисёрмарказӣ ё байналмилалӣ анҷом нашудааст.
• Дар аҳолии Туркия performance-и ташхисӣ арзёбӣ нашудааст.
• Cut-off-и ниҳоии клиникӣ мустақилона тасдиқ нашудааст.
• Беҳтар шудани зиндамонӣ ё натиҷаи табобат бо ташхиси барвақт нишон дода нашудааст.
• Маҳдудиятҳои биологии CA19-9, аз ҷумла ҳолатҳои Lewis-negative, бартараф нашудаанд.
• Таҷрибаҳои PSA ва ICAM-1 ташхиси клиникии бемориҳои вобаста ба онҳоро исбот намекунанд.
• Натиҷаҳо ба дигар гурӯҳҳои этникӣ, ҷуғрофӣ ва клиникӣ мустақиман умумӣ карда намешаванд.

Усул ва натиҷаҳои таҳқиқот

Тарҳи таҳқиқот ва намунаи клиникӣ

Барои истифодаи намунаҳои зардоби инсон аз Seoul National University Bundang Hospital Human Bioresource Center иҷозати ахлоқӣ гирифта шуд. Рақами IRB X-2011-651-903 буд ва аз ҳама иштирокчиён розигии огоҳонаи хаттӣ гирифта шуд. Маълумоти беморон пеш аз таҳлил anonymized шуд.

Назоратҳои солим бо гурӯҳҳои саратон аз рӯи синну сол ва ҷинс бо propensity matching мувофиқ карда шуданд. Ҳама иштирокчиён East Asian ва Korean буданд. Андозаи намуна бо power calculation пешакӣ муайян нашуд; он ба дастрасии клиникии намунаҳо вобаста буд. Озмоишҳо randomize нашуданд ва муҳаққиқон blinded набуданд.

Симулятсияи рақамии наноструктура

Симулятсияҳои оптикӣ бо COMSOL Multiphysics 5.4 иҷро шуданд. Дар диапазони 400–800 nm мавҷи TE-polarized истифода шуд. Дар модел 270 AuNP дар рӯйи сфераи SiO₂-и 168 nm ҷой дошт ва G_Au 10, 8, 6, 4, 2 ва 1 nm интихоб шуд.

Истеҳсоли nanoprobe ва strip

SiO₂ бо усули modified Stöber, аминатсия бо APTES, пайваст кардани Au nanoseed-ҳои 3–5 nm ва seed-mediated growth омода шуд. Барои strip, хатти назорат goat anti-mouse IgG ва хатти тест anti-CA19-9 capture antibody дошт. Nanoprobe бо 11-MUA, EDC, sulfo-NHS ва antibody-и CA19-9 conjugate шуд.

Калибровка ва ҳисоб

Дар таҳлили моделӣ 3 μL намуна, 5 μL nanoprobe ва 25 μL %0.5 PBST истифода шуд; strip 15 дақиқа инкишоф ёфт ва сигнал бо ImageJ чен шуд. Каҷи SELFI:

\[ \\mathrm{Signal\\ intensity} = 83.84+ \\frac{14.75-83.84} {1+\\left(\\frac{\\mathrm{Concentration}}{20.62}\\right)^{0.85}} \\]

Каҷи LFIA:

\[ \\mathrm{Signal\\ intensity} = 31.13+ \\frac{6.45-31.13} {1+\\left(\\frac{\\mathrm{Concentration}}{689.82}\\right)^{1.26}} \\]

Ҳисоби LOD бо \(I_{\\mathrm{LOD}} = I_{\\mathrm{Blank}} + 3\\sigma_{\\mathrm{Blank}}\) ва табдили баръакс ба консентратсия анҷом шуд.

Зардоби клиникӣ ва омор

Намунаҳои зардоб пеш аз SELFI ва LFIA бо %0.5 PBST 10 маротиба diluted шуданд. ELISA тибқи protocol-и истеҳсолкунанда ва бо duplicate иҷро шуд. ROC/AUC бо R ва pROC ҳисоб шуд; ҳар гурӯҳ 90% randomly sampled шуда, 100 маротиба такрор гардид; муқоисаи AUC бо two-sided Student t-test анҷом шуд.

Маҳдудиятҳои асосӣ

• Андозаи намуна бо power analysis пешакӣ муайян нашудааст.
• Таҳқиқот якмарказӣ аст.
• Ҳама 150 иштирокчӣ Кореяи Ҷанубӣ мебошанд.
• Randomization ва blinding истифода нашудааст.
• Барои subanalysis-и ҷинсӣ қувваи кофӣ нест.
• Cutoff-и клиникии SELFI дар cohort-и мустақили беруна тасдиқ нашудааст.

Эзоҳи манбаъ ва метод

Муаллифон ва саҳм

Sohyeon Jang, Minsup Shin, Jiseok Han, Han-Joo Bae, Yuna Youn, Hye-Seong Cho, Kwanghee Yoo, Jun-Sik Chu, Jaehyun An, Geunhyeong An, Hyejin Chang, Jin-Hyeok Hwang, Jaehi Kim, Jihwan Song, Jong-chan Lee, Luke P. Lee ва Bong-Hyun Jun. Sohyeon Jang, Minsup Shin ва Jiseok Han саҳми баробар доранд; муаллифони масъул Jaehi Kim, Jihwan Song, Jong-chan Lee, Luke P. Lee ва Bong-Hyun Jun мебошанд.

Муассисаҳо, маблағгузорӣ, маълумот ва рамз

Муассисаҳо дар Корея ва ИМА ҷой доранд: Konkuk University, Hanbat National University, Seoul National University Bundang Hospital, BioSquare, Kangwon National University, Seoul National University, Harvard Medical School, Brigham and Women’s Hospital, University of California Berkeley ва POSTECH. Маблағгузорӣ аз барномаҳои Ministry of Science and ICT ва National Research Foundation of Korea омадааст. Маълумоти коркардшуда дар supplementary/source data дода шудааст; маълумоти инфиродии зардоби инсон бо сабаби маҳрамият оммавӣ нест. Код дар GitHub JKim-45/SELFI ва Zenodo 10.5281/zenodo.17958691 оварда шудааст.

Литсензия ва ҳадди шарҳ

Азбаски мақола бо CC BY-NC-ND 4.0 нашр шудааст, расмҳои аслии 1–4 дар Verianla нусхабардорӣ ё мутобиқ карда нашудаанд. Номувофиқии LOD барои LFIA ва тартиби 0.896/0.899 дар AUC ҳамчун мушкилоти дохилии манбаъ қайд шуд. Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки SELFI дар ин cohort CA19-9-ро зуд ва бо LOD паст чен мекунад ва барои PDAC-и барвақт AUC қавӣ дорад; аммо якмарказӣ, якпопулятсионӣ, бе randomization/blinding, бе power calculation пешакӣ ва бе external validation будани кор имкон намедиҳад, ки SELFI ҳамчун стандарти routine clinical screening ё diagnosis қабул карда шавад.