[發明專利]基于分子分類器的樣本分類系統、試劑盒、方法及應用

有效

• 申請號: 202110384489.7
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113012762B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 韓達;馬倩;張朝
• 申請（專利權）人: 上海交通大學醫學院附屬仁濟醫院
• 主分類號: G16B40/00
• 分類號: G16B40/00;C12Q1/682
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙) 31218
• 代理人: 翟羽;黃玉祺

本申請公開了一種基于分子分類器的樣本分類系統。所述系統包括分類器構建模塊、樣本處理模塊、分子分類器處理模塊和結果報告模塊。本申請還公開了基于分子分類器的樣本分類方法和試劑盒，以及所述系統在呼吸系統感染類型分類中的應用，利用該樣本分類系統能夠快速且準確地對樣本進行分類。

技術領域

本申請涉及分子檢測技術領域，具體涉及一種基于分子分類器的樣本分類系統、試劑盒、方法及應用。

背景技術

基因表達的變化與每一種人類疾病都有關聯。監測這些變化使醫生能夠進行診斷、評估治療效果和預測疾病復發?，F有的高通量核糖核酸檢測方法，如定量逆轉錄PCR(RT-qPCR)、微陣列或RNA測序，原則上可用于定量監測診斷應用中的基因表達變化，但在需要反復監測或定期篩查的情況下成本過高。且單獨的標志物通常特異性較低，需要聯合分析多種標志物以提高準確性。為了克服這些限制問題，有必要開發可在聯合多種標志物的快速廉價基因表達診斷測試方法。

細菌或病毒引起的急性呼吸道感染是醫院常見病因?，F有方法難以快速準確地區分呼吸系統疾病的感染類型，往往導致抗生素的過度使用。然而，傳統的基于病原體的診斷方法靈敏度有限，報告時間長(如細菌培養等)，成本高，并且不能區分感染和定殖。血液中單一的生物標志物只表現出一定的準確度，如血清中性粒細胞載脂蛋白含量、炎性指標降鈣素原、C-反應蛋白和白細胞計數等，在判斷細菌性感染及嚴重程度具有一定臨床價值，但是仍無法進行準確判定病毒感染。

合成生物學和DNA納米技術在低成本RNA診斷方法方面取得了一定的進展。為了使檢測不再局限于單個標志物，就必須開發“聯合計算”技術，將多個標志物(特征基因)表達譜中的信息轉換為可直接判讀的“是/否”答案。計算基因表達分類器通常使用邏輯回歸、支持向量機(SVMs)或神經網絡方法來構建模型，這些方法可以更好地利用多生物標志物分子水平的數量特征，通過基于DNA鏈置換反應的DNA分子電路，將不同輸入信號轉換為設計的短的核苷酸序列，進行邏輯和數學運算。

發明內容

本申請提供一種基于分子分類器的樣本分類系統、試劑盒、方法及應用，可以高靈敏地對樣本進行分類。

相應的，本申請提供一種基于分子分類器的樣本分類系統，包括：分類器構建模塊、樣本處理模塊、分子分類器處理模塊和結果報告模塊，其中，所述分類器構建模塊，通過機器學習訓練篩選輸入樣本的特征mRNA，并基于所述特征mRNA構建數學運算模型；所述樣本處理模塊，從離體的全血樣本中提取mRNA；所述分子分類器處理模塊，基于所述數學運算模型構建DNA鏈置換反應體系，在DNA納米芯片上實現所述數學運算；所述結果報告模塊，將基于DNA鏈置換反應的循環信號放大后，與熒光報告探針雜交反應，釋放熒光信號，輸出分類結果。

可選的，在本申請的一些實施例中，所述機器學習的模型是使用支持向量機分類模型，也可以采用邏輯回歸或神經網絡方法來構建模型。

可選的，在本申請的一些實施例中，所述數學運算模型為賦予所述特征mRNA以權重值，通過累加所述特征mRNA表達量與所述權重值的乘積獲得單個輸出數值，根據數值大小判斷分類結果；權重值可以是正數，也可以是負數；最終輸出數值可以是正數，也可以是負數。

可選的，在本申請的一些實施例中，所述數學運算模型為：結果＝特征1×權重1+特征2×權重2+特征3×權重3+……+特征n×權重n，其中n為正整數。

可選的，在本申請的一些實施例中，所述分類器構建模塊中，在機器學習訓練過程中，通過施加一些約束條件，以找到最優的特征mRNA組合并賦予權重，達到最佳分類精確度；所述約束條件為限制權重，使-10≤權重≤10，將數學運算限制為加法、乘法和減法。

可選的，在本申請的一些實施例中，將所述特征mRNA表達量數據對數化處理。