Forskare vid Tomsk Polytechnic University tillsammans med University of Chemistry and Technology (Prag) genomförde en serie experiment som visade att artificiella neurala nätverk exakt kan identifiera DNA-skador orsakade av UV-strålning. I framtiden, detta tillvägagångssätt kan användas i modern medicinsk diagnostik. En artikel, tillägnad dessa studier, publicerades i Biosensorer och bioelektronik tidning.

Enligt författarna, hur UV kan påverka DNA-strukturen, speciellt vid kortvarig bestrålning, förbli praktiskt taget outstuderade. UV-strålning är också känt för att orsaka cancer. Dock, det är nästan omöjligt att upptäcka mindre förändringar i DNA-strukturen.

"I artikeln "Etikettfri ytförstärkt Raman-spektroskopi med artificiell neurala nätverksteknik för igenkänning av fotoinducerad DNA-skada, 'Vi erbjuder ett alternativ till välkända tekniker. Vi använde modellprover såsom oligonukleotider av olika sekvenser. Några av dem bestrålades med UV under olika tidsperioder. Sedan, vi använde mycket känsliga sensorsystem utvecklade av forskargruppen baserade på plasmonpolariton-guldgitter. Oligonukleotiderna immobiliserades på sensorytan. De hybridiserades därefter med de bestrålade oligonukleotiderna. Sedan, förändringarna i DNA-strukturen analyserades med en Raman-spektrometer, "Pavel Postnikov, Docent vid TPU Research School of Chemistry &Applied Biomedical Sciences, sa.

Han märkte också att de erhållna spektra användes för att träna artificiella neurala nätverk. Analysen och tolkningen av oligonukleotidsekvensspektra är en ganska komplex uppgift, särskilt om det är storskaligt och utförs med en hög statistikbehandling.

"Att använda neurala nätverk gjorde det möjligt för oss att undvika numerisk bearbetning av ett stort antal spektra, och det befriade oss från optimeringen av mätprocedurer. Förutom, de neurala nätverken både avslöjar skadan och förutsäger effektivt förändringar i DNA-strukturen orsakad av UV-strålning. Dessutom, det neurala nätverket i kombination med ytförstärkt Raman-spektroskopi kan upptäcka förändringar med hög noggrannhet, där traditionella metoder misslyckas. "Pavel Postnikov förklarar.

Forskarna tror att de neurala nätverken och Ramanspektroskopin framgångsrikt kan användas för medicinsk diagnostik i framtiden. Dessutom, denna teknik kan förbättras ytterligare.

"Analys av biologiska objekt med Raman -spektroskopimetoder är fortfarande extremt svårt, men intressant och lovande, problem. I detta avseende DNA -skador orsakade av UV -strålning var en extremt intressant modell för oss. Detta koncept tillhandahåller detektering av mindre förändringar i DNA-strukturen. Det kan utökas och förbättras, " understryker Postnikov.

Han specificerar också att studierna stöds av ett anslag under TPU Competitiveness Improvement Program och genomförs under vetenskaplig ledning av Prof. Marina Trusova, forskarskolan för kemi och tillämpad biomedicinsk vetenskap.

Forskarskolan för kemi och tillämpad biomedicin genomför mer än tio olika projekt för utveckling av hybridmaterial, kombinera olika egenskaper. Ett av dessa områden är utvecklingen av högkänsliga sensorsystem. Sensorer är en flerskiktskonstruktion:de är baserade på en tunn, vågig guldfilm 1x0,5 cm i storlek, som är modifierad med diazoniumsalter, speciella organiska föreningar.

På grund av utvecklingen av TPU-forskargruppen, sensorn kan upptäcka giftiga ämnen, tungmetaller, och vissa sjukdomar och defekter i DNA-strukturen. Fördelarna med hybridsensorer är överkänslighet, analyshastigheten och förmågan att analysera på provtagningsplatsen.