タラセミアや他の活性酸素障害疾患のラベルフリー検出

Label-free detection of thalassemia and other ROS impairing diseases.

• Ayan Chakraborty
• Sanjoy Kumar Chatterjee
• Anjan Kr Dasgupta

抄録

様々な疾患の病態を調べたところ、特にタラセミア（T）や関節リウマチ（RA）は、酸化ストレスや活性酸素種（ROS）レベルの変化と暗黙のうちに関連していることがわかった。活性酸素レベルや活性酸素と抗酸化物質のバランスを重要な指標として導入し、水の同期蛍光分光法（SFS）とラマン線強度を用いて、健常者（対照者）(C)からTとRAを分類する試みが行われました。この非侵襲的でラベルフリーなアプローチは、血清サンプルからの疾患タイプの予測に役立つ分類アルゴリズムによってバックアップされていた。予測システムは、主成分分析（PCA）で構成され、4つのパラメータ、すなわち、還元ニコチンアミド・アデニン・ジヌクレオチド（NADH）とトリプトファン（Trp）のスペクトル強度比（NADH/Trp）、キヌレニン（Kyn）とトリプトファン（Kyn/Trp）、キヌレニンとNADH（Kyn/NADH）、および水のラマン線強度の対数変化（Rline）で構成され、インデックスヘッダーには疾患タイプが記載されています。Rlineは、Kyn/TrpおよびKyn/NADHの両方と正の相関があり、NADH/Trp比と負の相関があり、酸化ストレスとの直接的または間接的な関連を示唆している。T、RA、Cの分類に加えて、脾臓摘出後および脾臓摘出前の手術段階におけるTのβメジャーとEβへのサブ分類も可能であった。さらに、レシーバー操作特性（ROC）分析を実施することで、各疾患タイプの分類ミス（ME）が無視できる程度であることを確認することができた。グラフィカルな概要 疾患クラスのカテゴリ分類に収束するワークフローを模式的に示したものである。

Pathogenesis of different diseases showed that some of them, especially thalassemia (T) and rheumatoid arthritis (RA) have an implicit association with oxidative stress and altered levels of reactive oxygen species (ROS). Introducing ROS level and the balance between ROS and antioxidants as essential metrics, an attempt was made to classify T and RA from normal individuals (treated as controls)(C) using synchronous fluorescence spectroscopy (SFS) and Raman line intensity of water. This non-invasive and label-free approach was backed up by a categorization algorithm that helped in the prediction of disease types from serum samples. The predictive system constituted principal component analysis (PCA) with four parameters, namely spectral intensity ratios of reduced nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) to tryptophan (Trp) (NADH/Trp), kynurenine (Kyn) to tryptophan (Kyn/Trp), kynurenine to NADH (Kyn/NADH), and logarithmic changes in Raman line intensity of water (Rline), with the index headers containing the disease types. Rline has a positive correlation with both Kyn/Trp and Kyn/NADH and a negative correlation with NADH/Trp ratio, implying its direct or indirect association with oxidative stress. In addition to the classification of T, RA, and C a sub-classification of T into beta major and E-beta in their post and pre-splenectomized surgical stages could also be realized. Furthermore, receiver operating characteristic (ROC) analysis was deployed to ascertain that the misclassification error (ME) was negligible for the disease types. Graphical Abstract A schematic representation of the workflow converging into the categorical classification of disease classes.