Xét nghiệm này, được mô tả trong tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences, có thể cung cấp một phương pháp mạnh mẽ và tiết kiệm hơn để phát hiện bệnh sớm và theo dõi sức khỏe toàn diện.

Phương pháp mới, được gọi là MethylScan, hoạt động bằng cách phân tích DNA tự do (cfDNA), những mảnh vật chất di truyền nhỏ được giải phóng vào máu khi các tế bào chết. Bởi vì các tế bào từ mọi cơ quan đều giải phóng DNA vào máu, cfDNA mang các tín hiệu phân tử phản ánh những gì đang xảy ra trong toàn bộ cơ thể.

Ý tưởng sử dụng máu để phát hiện ung thư, đôi khi được gọi là sinh thiết lỏng, không phải là mới. Một số xét nghiệm hiện nay đã tìm kiếm các đột biến trong DNA khối u để sàng lọc một số loại ung thư nhất định. Nhưng những xét nghiệm đó thường chỉ tập trung vào một số thay đổi di truyền hạn chế và có thể tốn kém, một phần vì chúng đòi hỏi giải trình tự sâu để phát hiện các tín hiệu khối u yếu.

Thay vì tìm kiếm các đột biến, nhóm nghiên cứu của UCLA đã kiểm tra quá trình methyl hóa DNA, các dấu hiệu hóa học gắn vào DNA giúp điều chỉnh hoạt động của gen. Các mô hình methyl hóa khác nhau tùy theo loại mô và có thể thay đổi khi tế bào trở thành tế bào ung thư hoặc bị bệnh.

Thách thức nằm ở chỗ phần lớn DNA tự do trong máu không đến từ khối u hoặc các cơ quan bị tổn thương. Khoảng 80% đến 90% có nguồn gốc từ các tế bào máu bình thường. Điều này tạo ra nhiễu nền, khiến việc phát hiện các đoạn DNA tương đối hiếm có thể báo hiệu ung thư giai đoạn sớm trở nên khó khăn và tốn kém.

Để giải quyết vấn đề đó, các nhà nghiên cứu đã dựa trên những nghiên cứu trước đây để phát triển một kỹ thuật loại bỏ phần lớn DNA nền trước khi giải trình tự. Sử dụng các enzyme chuyên dụng, họ chọn lọc cắt bỏ các đoạn DNA không bị methyl hóa, chủ yếu đến từ các tế bào máu. Bằng cách thiết kế một bảng lai ghép toàn bộ hệ gen, các đoạn DNA thu được được làm giàu DNA bị methyl hóa từ các cơ quan nội tạng, bao gồm cả những cơ quan có khả năng bị bệnh.

Bằng cách loại bỏ nhiễu, các nhà nghiên cứu cho biết họ có thể giảm đáng kể lượng dữ liệu cần giải trình tự, từ đó giảm chi phí trong khi vẫn duy trì độ nhạy. Để đạt được độ sâu giải trình tự hiệu quả 300× trên mỗi mẫu chỉ cần 5 Gb dữ liệu, với chi phí dưới 20 đô la nếu giá mỗi gigabase dưới 4 đô la.

Để kiểm tra độ chính xác của MethylScan, các nhà nghiên cứu đã phân tích mẫu máu từ 1.061 người, bao gồm bệnh nhân ung thư gan, phổi, buồng trứng và dạ dày; những người mắc các bệnh về gan như viêm gan B, viêm gan C, bệnh gan do rượu và bệnh gan liên quan đến rối loạn chuyển hóa; những người có u phổi lành tính; và những người tham gia khỏe mạnh. Sau đó, các thuật toán học máy được áp dụng để phân tích dữ liệu methyl hóa phức tạp.

Đối với việc phát hiện nhiều loại ung thư, xét nghiệm này đạt được độ chính xác tổng thể cao. Với độ đặc hiệu 98%, nghĩa là ít kết quả dương tính giả, nó phát hiện được khoảng 63% các loại ung thư ở mọi giai đoạn và khoảng 55% các loại ung thư giai đoạn sớm.

Xét nghiệm này cũng cho kết quả tốt trong việc sàng lọc ung thư gan ở những người có nguy cơ cao, bao gồm cả những người bị xơ gan hoặc HBV, phát hiện gần 80% trường hợp với độ đặc hiệu hơn 90%, nghĩa là tỷ lệ dương tính giả dưới 10%.

Ngoài việc chỉ đơn thuần phát hiện ung thư, các mô hình methyl hóa còn giúp xác định vị trí phát ra tín hiệu trong cơ thể, được gọi là mô gốc.

MethylScan có thể hoạt động như một hệ thống theo dõi sức khỏe cho cơ thể. Bằng cách đọc các tín hiệu DNA trong máu, nó có thể cho biết khi nào các cơ quan cụ thể, chẳng hạn như gan hoặc phổi, đang bị căng thẳng hoặc tổn thương, ngay cả khi không biết trước bệnh đó là gì.

Các nhà nghiên cứu cũng chỉ ra rằng xét nghiệm máu có thể phân biệt giữa các loại bệnh gan khác nhau, bao gồm viêm gan virus và bệnh gan liên quan đến rối loạn chuyển hóa. Nó phân loại chính xác khoảng 85% bệnh nhân, cho thấy xét nghiệm DNA dựa trên máu có thể làm giảm nhu cầu sinh thiết gan xâm lấn.

Mặc dù cần có các thử nghiệm tiền cứu quy mô lớn hơn để xác nhận hiệu quả của nó trong sàng lọc thực tế, Zhou cho biết công trình này đại diện cho một bước quan trọng hướng tới xét nghiệm máu đơn lẻ, giá cả phải chăng, có thể phát hiện nhiều loại bệnh sớm hơn và toàn diện hơn so với các phương pháp hiện tại.