شماره ركورد
25635
شماره راهنما
COM3 157
عنوان
طراحي پردازشگر مبتني بر دِنا جهت تشخيص زيستنشانگرهاي موثر در سرطان
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي كامپيوتر - معماري سيستمهاي كامپيوتر (آموزش محور)
دانشكده
مهندسي كامپيوتر
تاريخ دفاع
1404/08/20
صفحه شمار
299 ص.
استاد راهنما
دكتر محمدرضا رشادينژاد , دكتر زهره بيكي
استاد مشاور
دكتر فريبا دهقانيان
كليدواژه فارسي
سرطان پستان، ريزرِنا، آنكومير )mir-Onco)، محاسبات مبتني بر دنا، حسگر مولكولي، انتخاب زيستنشانگر
چكيده فارسي
پيشرفت در تشخيص زودهنگام و دقيق بيماريها، بهويژه سرطان، نقش كليد ي در بهبود نتاي ج درمان
دارد؛ با اين وجود روش هاي باليني فعل ي اغلب پرهزينه، زمانبر و در معرض خطا هستند. در اين پژوهش،
با هدف طراحي ي ك سامانه تشخيصي سريع، ارزان و قابلدسترس براي سرطان پستان، دادهها ي بيان
ژني استخراجشده از پايگاه GDC با رويكردهاي بيوانفورماتيكي شامل تحليل بيان تفاضلي ژنها )DEG )
و تحليل شبكه همبياني وزني ژنها )WGCNA )مورد پردازش قرار گرفتند. آناليزها منجر به شناسايي
12 ريزرِنا داراي نقش كليدي در سرطان پستان شد. بر پايه ماژولهاي مرتبط و ارزش تشخي صي اين
ريزرِناها، روابط منطق ي بين ريزرِناهاي افزايشي و كاهشي استخراج شد و براي پي ادهسازي آن، سه طرح
پردازشگر مبتني بر محاسبات دنا پيشنهاد شد: )1( پردازشگر با دروازههاي منطقي ترتيبي و دو واحد
تشخيص )افزايشي و كاهشي(، )2( بازطراحي ساختار با كاشيهاي خودسامان اصالحشده و )3( پردازشگر
مبتني بر دروازههاي اكثريت سهورودي با قابليت آبشاري و مقياسپذيري باال. بخشي از طرح اول بهصورت
فيزيك ي در مركز ژن درماني بيمارستان شريعتي ساخته و عملكرد آن تأييد شد. شبيهسازيها نشان دادند
كه براي هر سه طرح مقادير 0.80 ≈ PPV و 0.99 ≈ NPV حاصل شد )كه بهدليل استفاده از رابطه
منطقي يكسان انتظارپذير بود(. با استفاده از تكني ك تقويت گراديان، مقدار score1-F برابر 0.99 بهدست
آمد. ارزيابي با اعتبارسنجي متقاطع 10 تكرار نيز نشان داد 0.99 = PPV و 0.897 = NPV، كه مويد
دقت باال و عدم گرايش ناپايدار سامانه به سمت تشخيص كاذب است. نتايج كلي حاك ي از كارايي و دقت
باالي روش پيشنهادي در تشخيص زودهنگام سرطان پستان و پتانسيل كاربردي آن بهعنوان يك حسگر
مولكولي كمهزينه و قابل توسعه است.
كليدواژه لاتين
Breast cancer, microRNA, Onco-mir, DNA-based computing, molecular sensor, biomarker selection
عنوان لاتين
Designing a DNA-based processor to detect biomarkers effective in cancer
گروه آموزشي
مهندسي معماري كامپيوتر
چكيده لاتين
Advances in early and accurate disease detection, particularly in cancer, play a
crucial role in improving treatment outcomes; however, current clinical methods
are often costly, time-consuming, and prone to error. In this study, with the aim of
developing a rapid, low-cost, and accessible diagnostic system for breast cancer,
gene-expression data retrieved from the GDC database were analyzed using
bioinformatics approaches, including Differential Gene Expression (DEG) analysis
and Weighted Gene Co-expression Network Analysis (WGCNA). These analyses
led to the identification of 12 microRNAs with key roles in breast cancer. Based on
the associated gene modules and diagnostic relevance of these microRNAs, logical
relationships between up-regulated and down-regulated microRNAs were derived.
To implement this logic, three DNA-based computational processor architectures
were proposed: (1) a processor employing sequential logic gates and two detection
units (up-regulation and down-regulation), (2) a redesigned structure using
modified self-assembling tiles, and (3) a processor built upon three-input Majority
gates, enabling enhanced cascading capability, scalability, and simultaneous multiinput detection. A portion of the first design was fabricated at the Gene Therapy
Center of Shariati Hospital, where its performance was experimentally validated.
Simulation results demonstrated that all three designs achieved PPV ≈ 0.80 and
NPV ≈ 0.99, which was expected due to their shared logical framework. Using a
gradient boosting technique, an F1-score of 0.99 was obtained. Furthermore, 10-
fold cross-validation yielded PPV = 0.99 and NPV = 0.897, confirming the high
accuracy and stability of the system without biased inclination toward false
detection. Overall, the findings highlight the efficiency and high precision of the
proposed approach for early breast cancer diagnosis and its strong potential as a
low-cost, scalable molecular sensing platform.
تعداد فصل ها
5
فهرست مطالب pdf
156432
نويسنده