വൈറൽ അണുബാധകളുടെ ദ്രുതവും കൃത്യവുമായ രോഗനിർണയം ഫലപ്രദമായ ആരോഗ്യസംരക്ഷണ തന്ത്രങ്ങളുടെ അടിത്തറയാണ്, ആഗോള കോവിഡ് 19 പകർച്ചവ്യാധി സമയത്ത് ഇത് നിർണായകമായി വ്യക്തമായി.

ഗവേഷകർ രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത നൂതന ബയോസെൻസിംഗ് ചട്ടക്കൂട് ഗിരെസ്-ടൂർനോയിസ് ഇമ്മ്യൂണോസെൻസറും ആഴത്തിലുള്ള പഠന അൽഗോരിതങ്ങളും പ്രയോജനപ്പെടുത്തി കുറഞ്ഞ സാന്ദ്രതയിൽ പോലും വൈറസുകൾ പോലുള്ള ചെറിയ ജൈവകണികകളെ കൃത്യമായി കണക്കാക്കുന്നു.

പരമ്പരാഗത ഡയഗ്നോസ്റ്റിക് രീതികൾ പലപ്പോഴും സമയമെടുക്കുന്നതും ലബോറട്ടറി അധിഷ്ഠിതവുമായ പ്രക്രിയകളെ ആശ്രയിക്കുന്നു, ഇത് ഫലങ്ങൾ വൈകിപ്പിക്കുകയും ആവശ്യമായ ചികിത്സയും നിയന്ത്രണ നടപടികളും വേഗത്തിൽ നടപ്പാക്കുന്നതിന് തടസ്സമുണ്ടാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഒരു അന്താരാഷ്ട്ര ഗവേഷണ സംഘം ഡീപ്ജിടി എന്ന അതിശയകരമായ പരിഹാരം അവതരിപ്പിച്ചു, ഇത് നാനോഫോട്ടോണിക് റെസൊണേറ്ററുകളും ആഴത്തിലുള്ള പഠനവും തടസ്സമില്ലാതെ ലയിപ്പിക്കുന്നു, രോഗനിർണയത്തിൽ വിപ്ലവം സൃഷ്ടിക്കാനും പൊതുജനാരോഗ്യ തയ്യാറെടുപ്പ് മെച്ചപ്പെടുത്താനും കഴിയുന്ന കൃത്യവും വേഗത്തിലുള്ളതുമായ വൈറസ് കണ്ടെത്തൽ സംവിധാനം വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു.

DeepGT-യും GT ബയോസെൻസറുകളുടെ ശക്തിയും പരിചയപ്പെടുത്തുന്നു

കൊറിയയിലെ ഗ്വാങ്ജു ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് സയൻസ് ആൻഡ് ടെക്നോളജിയിലെ സ്കൂൾ ഓഫ് ഇലക്ട്രിക്കൽ എഞ്ചിനീയറിംഗ് ആൻഡ് കമ്പ്യൂട്ടർ സയൻസിലെ പ്രൊഫസർ യംഗ് മിൻ സോങ്ങിന്റെ നേതൃത്വത്തിൽ, വൈറൽ കണ്ടെത്തലിന്റെ പ്രധാന വെല്ലുവിളികൾക്ക് ഒരു മുൻനിര പരിഹാരമായി ദീപ്ജിടി ഉയർന്നുവന്നു. നാനോ ടുഡേ ജേണലിന്റെ വാല്യം 52 ൽ അടുത്തിടെ പ്രസിദ്ധീകരിച്ച ഒരു പഠനത്തിൽ വിശദീകരിച്ച ഈ കണ്ടുപിടുത്തം, ഗിരെസ്-ടൂർനോയിസ് (ജിടി) ബയോസെൻസറുകളുടെ ശക്തിയെ ആഴത്തിലുള്ള പഠന അൽഗോരിതങ്ങളുമായി സംയോജിപ്പിച്ചുകൊണ്ട് വൈറസ് കണ്ടെത്തലിന് ഒരു പുതിയ സമീപനം വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു.

നാനോഫോട്ടോണിക് റെസൊണേറ്ററുകളായി പ്രവർത്തിക്കാനുള്ള കഴിവ് സവിശേഷതയുള്ള ജിടി ബയോസെൻസറുകൾ, ചെറിയ വൈറസ് കണങ്ങൾ കണ്ടെത്തുന്നതിലും വിശദമായതും വർണ്ണാഭവുമായ മൈക്രോഗ്രാഫുകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിലും കഴിവ് പ്രകടിപ്പിച്ചു. എന്നിരുന്നാലും, വിഷ്വൽ കരകൗശല വസ്തുക്കളും പുനരുൽപ്പാദിപ്പിക്കാനാവാത്തതും കാരണം ഈ സംവിധാനങ്ങൾ പരിമിതികൾ നേരിടുന്നു, ഇത് വൈറസ് കണ്ടെത്തുന്നതിൽ അവയുടെ പ്രായോഗികതയെ തടസ്സപ്പെടുത്തുന്നു.

ഈ പരിമിതികളെ ഫലപ്രദമായി അഭിസംബോധന ചെയ്യുന്നതിന് ജിടി ബയോസെൻസറുകളുടെ ഗുണങ്ങളും ആഴത്തിലുള്ള പഠനത്തിന്റെ വൈദഗ്ധ്യവും ഡീപ്ജിടി ഒരുമിച്ച് കൊണ്ടുവരുന്നു. അണുബാധയുടെ കാഠിന്യം വിലയിരുത്തുന്നതിന് വസ്തുനിഷ്ഠവും ഡാറ്റാധിഷ്ഠിതവുമായ സമീപനം ഇത് വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു, ഇത് കൃത്യമായ രോഗനിർണയവും ആരോഗ്യസംരക്ഷണ മാർഗ്ഗനിർദ്ദേശവും അനുവദിക്കുന്നു.

പ്രൊഫസർ സോങ് അവരുടെ പഠനത്തിന് പിന്നിലെ പ്രചോദനം വിശദീകരിച്ചു, “ഒരു അണുബാധയുടെയോ രോഗത്തിന്റെയോ തീവ്രത വസ്തുനിഷ്ഠമായി വിലയിരുത്താൻ ഞങ്ങൾ ഡീപ്ജിടി രൂപകൽപ്പന ചെയ്തു. ഇതിനർത്ഥം രോഗനിർണയത്തിനും ആരോഗ്യപരിപാലനത്തിനും ആത്മനിഷ്ഠമായ വിലയിരുത്തലുകളെ മാത്രം ആശ്രയിക്കേണ്ടതില്ല, പകരം ചികിത്സാ തന്ത്രങ്ങളെ നയിക്കാൻ കൂടുതൽ കൃത്യവും ഡാറ്റാധിഷ്ഠിതവുമായ സമീപനം ഉണ്ടായിരിക്കും.

DeepGT രീതിശാസ്ത്രം

ഗവേഷണ പഠനത്തിൽ വിവരിച്ചതുപോലെ, ദീപ്ജിടിയുടെ വിജയത്തിന്റെ കാതൽ അതിന്റെ രീതിശാസ്ത്രപരമായ സങ്കീർണ്ണതകളിലാണ്. ടാർഗെറ്റ് അനലൈറ്റുകളുമായി സംവദിക്കുമ്പോൾ കളറിമെട്രിക് സെൻസിംഗ് പ്രാപ്തമാക്കുന്നതിന് ബയോഫംഗ്ഷണലൈസ് ചെയ്ത ത്രിതല നേർത്ത-ഫിലിം കോൺഫിഗറേഷൻ ഉൾക്കൊള്ളുന്ന ഒരു ജിടി ബയോസെൻസറിന്റെ രൂപകൽപ്പനയോടെയാണ് ഇത് ആരംഭിക്കുന്നത്.

സിസ്റ്റത്തിന്റെ സെൻസിംഗ് കഴിവുകൾ പരിശോധിക്കുന്നതിന്, കോവിഡ് -19 പകർച്ചവ്യാധിക്ക് കാരണമായ സാർസ്-കോവ്-2 വൈറസിനെ അനുകരിക്കുന്ന പ്രത്യേകം തയ്യാറാക്കിയ ബയോപാർട്ടിക്കിളുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ഗവേഷണ സംഘം ഹോസ്റ്റ് സെല്ലുകളും വൈറസുകളും തമ്മിലുള്ള ബന്ധന സംവിധാനം സിമുലേറ്റ് ചെയ്തു.

ഒപ്റ്റിക്കൽ, സ്കാനിംഗ് ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോഗ്രാഫുകളുടെ വിശാലമായ ഡാറ്റാസെറ്റ് ഉപയോഗിച്ച് പരിശീലിപ്പിച്ച കൺവലൂഷണൽ ന്യൂറൽ നെറ്റ് വർക്കുകൾ (സിഎൻഎൻ) നടപ്പിലാക്കുന്നതിലൂടെ ഡീപ്ജിടി വൈറസ് കണ്ടെത്തൽ എന്ന ആശയത്തെ ഒരു പുതിയ തലത്തിലേക്ക് കൊണ്ടുപോകുന്നു. ഈ സമീപനം ബ്രൈറ്റ്-ഫീൽഡ് മൈക്രോസ്കോപ്പിയുമായി ബന്ധപ്പെട്ട വിഷ്വൽ കരകൗശലവസ്തുക്കളെ വിജയകരമായി പരിഷ്കരിക്കുകയും ഒരു മില്ലിലിറ്ററിന് 138 പിക്കോഗ്രാം (പിജി മില്ലി-1) വരെ വൈറൽ സാന്ദ്രതയിൽ പോലും ബയോപാർട്ടിക്കിൾ അളവുകളുടെ കൃത്യത വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, റൂൾ അധിഷ്ഠിത അൽഗോരിതങ്ങൾ 13.47 ശരാശരി സമ്പൂർണ്ണ പിശക് (എംഎഇ) പ്രദർശിപ്പിച്ചു, അതേസമയം ഡീപ്ജിടി 1,596 ചിത്രങ്ങളിലുടനീളം 2.37 എന്ന കുറഞ്ഞ എംഎഇ നേടി.

ഡീപ്ജിടി വൈറസ് കണ്ടെത്തൽ മാത്രമല്ല; ലക്ഷണങ്ങളില്ലാത്തത് മുതൽ കഠിനമായ കേസുകൾ വരെയുള്ള അണുബാധയുടെ തീവ്രതയെക്കുറിച്ചുള്ള ഉൾക്കാഴ്ചകൾ നൽകിക്കൊണ്ട് ഇത് ഒരു പടി കൂടി മുന്നോട്ട് പോകുന്നു. ഈ നൂതന ബയോസെൻസിംഗ് സംവിധാനത്തിന് ചികിത്സാ തന്ത്രങ്ങൾ വികസിപ്പിക്കുന്നതിലും നിർണായക വിവരങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് ആരോഗ്യപരിപാലന വിദഗ്ധരെ ശാക്തീകരിക്കുന്നതിലും വിലപ്പെട്ട മാർഗ്ഗനിർദ്ദേശം നൽകാൻ കഴിയും.

സ്വിഫ്റ്റ് വൈറസ് കണ്ടെത്തുന്നതിനുള്ള ഒരു പരിഹാരം

വൈറസ് കണ്ടെത്തുന്നതിൽ ഡീപ്ജിടിയുടെ മുന്നേറ്റം നിർദ്ദിഷ്ട വൈറസ് വലുപ്പങ്ങളിലോ ദൃശ്യപ്രകാശത്തിലെ ഡിഫ്രാക്ഷൻ പരിധികളിലോ മാത്രമായി പരിമിതപ്പെടുന്നില്ല.

ഉയർന്നുവരുന്ന വൈറൽ ഭീഷണികൾ വേഗത്തിൽ കണ്ടെത്തുന്നതിനും കൈകാര്യം ചെയ്യുന്നതിനും ഡയഗ്നോസ്റ്റിക്സുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ചെലവുകളുടെ മൊത്തത്തിലുള്ള ഭാരം കുറയ്ക്കുന്നതിലൂടെ പൊതുജനാരോഗ്യ തയ്യാറെടുപ്പ് മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനും ഞങ്ങളുടെ സമീപനം ഒരു പ്രായോഗിക പരിഹാരം നൽകുന്നു. പ്രൊഫസർ യംഗ് മിൻ സോംഗ്, സ്കൂൾ ഓഫ് ഇലക്ട്രിക്കൽ എഞ്ചിനീയറിംഗ് ആൻഡ് കമ്പ്യൂട്ടർ സയൻസ്, ഗ്വാങ്ജു ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് സയൻസ് ആൻഡ് ടെക്നോളജി

ചുരുക്കത്തിൽ, ദൃശ്യപ്രകാശത്തിലെ ഡിഫ്രാക്ഷൻ പരിധികളാൽ തടസ്സപ്പെടാതെ വ്യത്യസ്ത വലുപ്പത്തിലുള്ള വൈറസുകളെ പരിശോധിക്കുന്നതിനുള്ള കാര്യക്ഷമവും കൃത്യവുമായ രീതി വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്ന ദീപ്ജിടി വൈറസ് കണ്ടെത്തൽ മേഖലയിൽ ഗണ്യമായ കുതിച്ചുചാട്ടം വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു.

ഭാവിയിലേക്ക് നോക്കുമ്പോൾ, ഡീപ്ജിടിയുടെ സാധ്യതയുള്ള ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ വൈറസ് കണ്ടെത്തലിനപ്പുറത്തേക്ക് വ്യാപിക്കുന്നു. ലോകമെമ്പാടുമുള്ള രോഗികളുടെ ജീവിത നിലവാരം ഉയർത്താൻ കഴിയുന്ന പുതിയ ആർട്ടിഫിഷ്യൽ ഇന്റലിജൻസ് അധിഷ്ഠിത ആരോഗ്യസംരക്ഷണ സാങ്കേതികവിദ്യകളുടെ വാഗ്ദാനമാണ് ഈ കണ്ടുപിടുത്തം.

വൈറൽ അണുബാധകൾക്കെതിരായ പോരാട്ടത്തിൽ ഡീപ്ജിടി അവതരിപ്പിക്കുന്നത് ഒരു സുപ്രധാന നാഴികക്കല്ലിനെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു, കൂടുതൽ കൃത്യമായ രോഗനിർണയം, വേഗത്തിലുള്ള പ്രതികരണങ്ങൾ, ആത്യന്തികമായി ആരോഗ്യകരമായ ലോകം എന്നിവ ഉറപ്പാക്കുന്നു.

Reference

Jiwon Kang et al., (2023) DeepGT: Gires-Tournois biosensor, Nano Today DOI: 10.1016/j.nantod.2023.101968 ന്റെ ബ്രൈറ്റ്-ഫീൽഡ് മൈക്രോഗ്രാഫുകളിൽ നാനോസൈസ്ഡ് ബയോപാർട്ടിക്കിളുകളുടെ ആഴത്തിലുള്ള പഠന അധിഷ്ഠിത അളവെടുക്കൽ

കടപ്പാട്: Gwangju Institute of Science and Technology