Các nhà nghiên cứu UCLA đã giới thiệu một xét nghiệm máu chi phí thấp quét các mảnh DNA trong lưu thông Ảnh: Shutterstock

MethylScan là một xét nghiệm máu chi phí thấp phát hiện ung thư và các bệnh nội tạng bằng cách phân tích methyl hóa DNA, cải thiện chẩn đoán sớm và xác định nguồn gốc bệnh.

Các nhà nghiên cứu UCLA đã tạo ra một xét nghiệm máu đơn giản, chi phí thấp có thể phát hiện nhiều bệnh ung thư, bệnh gan và các bất thường về cơ quan cùng một lúc bằng cách phân tích các mảnh DNA lưu thông trong máu.

Được mô tả trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences, bài kiểm tra có thể cung cấp một cách hợp lý hơn để bắt bệnh sớm và theo dõi sức khỏe tổng thể.

“Phát hiện sớm là rất quan trọng,” Tiến sĩ nói. Jasmine Zhou, tác giả cao cấp của nghiên cứu, giáo sư bệnh lý và y học phòng thí nghiệm và điều tra viên tại Trung tâm Ung thư Toàn diện UCLA Health Jonsson. “Tỷ lệ sống sót cao hơn nhiều khi ung thư được phát hiện trước khi chúng lây lan. Nếu bạn phát hiện ung thư ở giai đoạn một, kết quả sẽ tốt hơn đáng kể so với giai đoạn bốn.

MethylScan sử dụng DNA không tế bào như thế nào

Cách tiếp cận, được gọi là MethylScan, phân tích DNA không có tế bào (cfDNA), bao gồm các mảnh nhỏ của vật liệu di truyền được giải phóng vào máu khi các tế bào chết. Bởi vì mỗi cơ quan làm mất DNA, những mảnh vỡ này mang tín hiệu phản ánh hoạt động trên toàn bộ cơ thể.

“Mỗi ngày, 50 đến 70 tỷ tế bào trong cơ thể chúng ta chết. Chúng không chỉ biến mất; DNA của chúng đi vào máu”, Zhou nói. “Điều đó có nghĩa là chúng ta đã có thông tin từ tất cả các cơ quan của chúng ta lưu thông trong máu.”

Sử dụng máu để phát hiện ung thư, thường được gọi là sinh thiết lỏng, không phải là một khái niệm mới. Một số xét nghiệm hiện có tìm kiếm đột biến trong DNA khối u, nhưng chúng thường nhắm vào một loạt các thay đổi hạn chế và có thể tốn kém vì chúng yêu cầu giải trình tự sâu để xác định các tín hiệu mờ.

Xét nghiệm DNA Methylation vs Mutation-Based

Thay vì tập trung vào các đột biến, nhóm UCLA đã kiểm tra methyl hóa DNA, các dấu hiệu hóa học điều chỉnh hoạt động của gen. Những mô hình này khác nhau tùy theo loại mô và thay đổi khi các tế bào trở nên ung thư hoặc bị bệnh.

“methyl hóa DNA phản ánh tình trạng sức khỏe của một mô”, bác sĩ nói. Wenyuan Li, giáo sư bệnh lý và y học phòng thí nghiệm tại UCLA và là tác giả tương ứng của nghiên cứu. “Đó là một tín hiệu rất thông tin.”

Một trở ngại lớn là hầu hết DNA không có tế bào trong máu không đến từ các khối u hoặc các cơ quan bị tổn thương. Khoảng 80% đến 90% bắt nguồn từ các tế bào máu bình thường, tạo ra tiếng ồn xung quanh khiến việc phát hiện các mảnh vỡ liên quan đến bệnh hiếm gặp trở nên khó khăn hơn và tốn kém hơn.

Giảm tiếng ồn để cải thiện phát hiện

Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã phát triển một phương pháp, được xây dựng từ công việc trong quá khứ, để loại bỏ phần lớn DNA nền trước khi giải trình tự. Các enzyme chuyên dụng chọn lọc cắt bỏ DNA không được methyl hóa, chủ yếu đến từ các tế bào máu. Một bảng điều khiển lai rộng bộ gen sau đó làm phong phú thêm mẫu còn lại cho DNA methyl hóa từ các cơ quan rắn, bao gồm cả những người có thể bị bệnh.

Bằng cách giảm tiếng ồn này, nhóm nghiên cứu có thể giảm lượng giải trình tự cần thiết trong khi vẫn duy trì độ nhạy. Đạt độ sâu giải trình tự hiệu quả là 300 × mỗi mẫu chỉ yêu cầu 5 Gb dữ liệu, có thể có giá dưới $ 20 nếu chi phí giải trình tự giảm xuống dưới $ 4 mỗi gigabase.

Để đánh giá hiệu suất, các nhà nghiên cứu đã phân tích các mẫu máu từ 1.061 cá nhân, 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 liên quan đến rượu và bệnh gan liên quan đến trao đổi chất; những người có nốt phổi lành tính; và những người tham gia khỏe mạnh. Machine learning được sử dụng để giải thích dữ liệu methyl hóa phức tạp.

Độ chính xác trong phát hiện đa ung thư và gan

Thử nghiệm cho thấy hiệu suất tổng thể mạnh mẽ trong việc phát hiện nhiều bệnh ung thư. Ở độ đặc hiệu 98%, có nghĩa là rất ít dương tính giả, nó đã xác định khoảng 63% ung thư trên tất cả các giai đoạn và khoảng 55% các trường hợp giai đoạn đầu.

Nó cũng hoạt động tốt trong việc theo dõi ung thư gan ở các nhóm có nguy cơ cao, chẳng hạn như những người bị xơ gan hoặc HBV, phát hiện gần 80% các trường hợp có độ đặc hiệu chỉ trên 90%, tương ứng với tỷ lệ dương tính giả dưới 10%.

Ngoài việc phát hiện ung thư, các tín hiệu methyl hóa đã giúp xác định vị trí trong cơ thể DNA bất thường có nguồn gốc, được gọi là mô gốc.

Xác định nguồn gốc bệnh tật và sức khỏe nội tạng

“Có thể theo dõi các tín hiệu trở lại nguồn của chúng là rất quan trọng vì xét nghiệm máu dương tính cần được theo sau bởi hình ảnh hoặc các thủ tục chẩn đoán khác hướng vào cơ quan bên phải”, Li nói.

MethylScan hoạt động như một máy theo dõi sức khỏe toàn hệ thống. Bằng cách đọc tín hiệu DNA trong máu, nó có thể phát hiện khi nào các cơ quan như gan hoặc phổi bị căng thẳng hoặc bị tổn thương, ngay cả trước khi một bệnh cụ thể được xác định.

Nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng xét nghiệm có thể phân biệt giữa các bệnh gan khác nhau, bao gồm viêm gan siêu vi và bệnh gan liên quan đến chuyển hóa, phân loại chính xác khoảng 85% bệnh nhân. Điều này cho thấy nó có thể làm giảm nhu cầu sinh thiết gan xâm lấn.

Hướng tới xét nghiệm máu toàn cầu

Trong khi các nghiên cứu tiềm năng lớn hơn vẫn cần thiết để xác nhận hiệu quả trong thế giới thực, Zhou cho biết những phát hiện này đánh dấu một bước có ý nghĩa hướng tới một xét nghiệm máu duy nhất, giá cả phải chăng có khả năng phát hiện một loạt các bệnh sớm hơn và toàn diện hơn các phương pháp hiện tại.

“Nghiên cứu này chứng minh rằng hồ sơ methyl hóa dựa trên máu có thể cung cấp thông tin có ý nghĩa lâm sàng trên nhiều bệnh”, Zhou nói. “Đó là một sự tiến bộ thú vị đưa chúng ta đến gần hơn với việc thực hiện giấc mơ về một thử nghiệm duy nhất để phát hiện bệnh phổ quát.”/.