Vì hơn 90% phụ nữ không có tiền sử di truyền hoặc gia đình mắc ung thư vú, phương pháp tiếp cận đột phá này có thể lấp đầy khoảng trống quan trọng trong việc đánh giá rủi ro và cứu sống vô số người.

Các nhà nghiên cứu từ hai viện đã phát triển một thuật toán học máy có khả năng xác định và đo lường các tế bào có dấu hiệu lão hóa nhanh, từ đó định lượng điểm nguy cơ ung thư vú của từng cá nhân. Điều quan trọng là, nền tảng trí tuệ nhân tạo này sử dụng các thiết bị điện tử đơn giản, dễ dàng và tiết kiệm chi phí để nhân rộng trên quy mô lớn.

Khoảng 6% phụ nữ mắc ung thư vú mang các đột biến gen đã biết. Đối với phụ nữ ngoài nhóm này, nguy cơ được ước tính gián tiếp dựa trên các mô hình dân số hoặc các phép đo như mật độ mô vú. Những phương pháp này có thể đánh giá quá cao hoặc quá thấp nguy cơ mắc ung thư vú của từng phụ nữ, dẫn đến việc sàng lọc quá mức, sàng lọc không đầy đủ, lo lắng không cần thiết hoặc bỏ sót các dấu hiệu cảnh báo.

Hiện nay, chưa có xét nghiệm không dựa trên gen nào có thể xác định được phụ nữ có nguy cơ mắc ung thư vú cao hơn. Một nhược điểm của chụp nhũ ảnh sàng lọc là chỉ phát hiện được ung thư khi nó đã bắt đầu phát triển. Với nền tảng MechanoAge, các nhà nghiên cứu đã chuyển hướng nghiên cứu khoa học xuống cấp độ tế bào, tính toán nguy cơ bằng cách tìm kiếm những thay đổi vật lý trong từng tế bào riêng lẻ.

Sử dụng nền tảng tiên tiến này, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một điều bất ngờ: tế bào vú dường như có tuổi cơ học riêng biệt với tuổi sinh học của một người, được thể hiện qua cách các tế bào phản ứng vật lý với căng thẳng.

Trong khi các kỹ sư nghiên cứu sự lão hóa của các vật liệu như kim loại, bê tông và polyme, đây là lần đầu tiên tuổi cơ học được định lượng trong các tế bào sinh học. Phát hiện khoa học cơ bản này sẽ không thể thực hiện được nếu không có MechanoAge.

Trong loại cảm biến cơ học nút-lỗ này, dòng điện được đo trên một kênh chứa đầy chất lỏng, tương tự như cách đo dòng điện trên một sợi dây dẫn.

Khi các tế bào đi qua, chúng làm gián đoạn dòng điện, tạo ra các phép đo về kích thước và hình dạng của tế bào. Bằng cách làm cho một số phần của kênh rất hẹp, các nhà nghiên cứu ép các tế bào, sau đó đo thời gian cần thiết để mỗi tế bào phục hồi hình dạng bình thường.

Các thuật toán học máy do các nhà nghiên cứu phát triển sau đó được sử dụng để phát hiện sự khác biệt giữa các tế bào của phụ nữ lớn tuổi và trẻ tuổi. Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng các đặc tính vật lý của tế bào vú thay đổi theo tuổi tác; tế bào từ phụ nữ lớn tuổi cứng hơn và mất nhiều thời gian hơn để phục hồi sau khi bị ép.

Rồi một phát hiện đáng ngạc nhiên xuất hiện: một nhóm nhỏ phụ nữ trẻ có các tế bào hoạt động giống như tế bào của phụ nữ lớn tuổi. Những tế bào này đến từ những phụ nữ có đột biến gen khiến họ có nguy cơ cao mắc ung thư vú.

Sau đó, các nhà nghiên cứu đã tinh chỉnh thuật toán để gán điểm rủi ro dựa trên tất cả các đặc tính cơ học và vật lý được đo trong tế bào. Thuật toán này đã xác định thành công những phụ nữ có nguy cơ di truyền đã biết.

Tiếp theo, nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp này để so sánh các tế bào từ phụ nữ khỏe mạnh, phụ nữ có tiền sử gia đình mắc ung thư vú và các tế bào lấy từ vú khỏe mạnh của phụ nữ mắc ung thư vú ở vú còn lại.

Công trình này là kết quả của hơn 12 năm hợp tác giữa hai phòng thí nghiệm, kết hợp đổi mới kỹ thuật với sinh học ung thư và lão hóa. Mối quan hệ hợp tác lâu dài đã cho phép khám phá ra những điều mà không nhóm nào có thể đạt được nếu hoạt động riêng lẻ.