Tìm ra 'dấu vân tay' giúp phát hiện ung thư sớm

Theo một nghiên cứu được công bố trên Molecular Cell hôm 19.12, máy quét nhỏ gọn, cơ động có thể phát hiện ra những “dấu vân tay” này chỉ trong vòng vài giờ. Cụ thể, các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Điều tiết Bộ gien (CRG) ở Barcelona đã tạo ra bước đột phá này, mở đường cho các xét nghiệm chẩn đoán không xâm lấn có thể xác định nhiều loại ung thư nhanh hơn và ở giai đoạn sớm hơn so với các phương pháp hiện tại.

Mỗi loại ung thư để lại những dấu vết khác nhau

Nghiên cứu tập trung vào ribosome, nhà máy sản xuất protein của tế bào. Trong nhiều thập niên, người ta cho rằng ribosome có cùng bản thiết kế trên khắp cơ thể con người. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một lớp phức tạp ẩn giấu - những sửa đổi hóa học nhỏ thay đổi tùy theo các mô, giai đoạn phát triển và dạng bệnh khác nhau.

Giáo sư Eva Novoa, tác giả chính của nghiên cứu và là chuyên gia tại CRG, cho biết: "Ribosome của chúng ta không phải tất cả đều giống nhau. Chúng chuyên biệt ở các mô khác nhau và mang những dấu hiệu riêng biệt phản ánh những gì đang diễn ra bên trong cơ thể chúng ta. Những khác biệt tinh tế này có thể cho chúng ta biết rất nhiều về sức khỏe và bệnh tật”.

Ribosome được tạo thành từ protein và một loại phân tử RNA đặc biệt gọi là RNA ribosome (rRNA). Các phân tử rRNA là mục tiêu của các biến đổi hóa học, ảnh hưởng đến chức năng của ribosome. Tiến sĩ Novoa nói thêm: “95% RNA của con người là RNA ribosome. Chúng rất phổ biến trong các tế bào của chúng ta”.

Xác định dấu vân tay đặc hiệu của mô

Các nhà nghiên cứu đã tìm kiếm tất cả các loại biến đổi hóa học trên rRNA của người và chuột từ nhiều mô khác nhau bao gồm não, tim, gan và tinh hoàn. Họ phát hiện ra rằng mỗi mô có một kiểu biến đổi rRNA riêng biệt – mà họ gọi là 'dấu vân tay phiên mã biểu sinh'.

Tiến sĩ Ivan Milenkovic, tác giả đầu tiên của nghiên cứu, cho biết: “Dấu vân tay trên ribosome cho chúng ta biết tế bào đến từ đâu. Giống như mỗi mô để lại địa chỉ của mình trên một thẻ trong trường hợp tế bào của chúng bị thất lạc”.

Nhóm nghiên cứu đã tìm thấy các bộ "dấu vân tay" khác nhau trong các mẫu mô bị bệnh từ những bệnh nhân ung thư, đặc biệt là ở phổi và tinh hoàn. Tiến sĩ Milenkovic cho biết: "Các tế bào ung thư bị 'giảm biến đổi', nghĩa là chúng liên tục mất một số dấu hiệu hóa học này" đồng thời phán đoán: "Chúng tôi nghĩ rằng đây có thể là một dấu vết sinh học rõ ràng".

Nghiên cứu đã xem xét kỹ hơn về ung thư phổi. Các nhà nghiên cứu đã lấy các mô bình thường và mô bệnh từ 20 bệnh nhân ung thư phổi giai đoạn I hoặc giai đoạn II và xác nhận rằng rRNA từ các tế bào ung thư bị giảm biến đổi. Họ đã sử dụng dữ liệu để đào tạo một thuật toán có thể phân loại các mẫu chỉ dựa trên dữ liệu từ “dấu vân tay phân tử” độc đáo này.

Thử nghiệm đạt được độ chính xác gần như hoàn hảo trong việc phân biệt giữa ung thư phổi và mô khỏe mạnh. Tiến sĩ Milenkovic cho biết: "Hầu hết các bệnh ung thư phổi không được chẩn đoán cho đến giai đoạn phát triển muộn. Ở đây, chúng tôi có thể phát hiện sớm hơn nhiều so với bình thường, điều này một ngày nào đó có thể giúp bệnh nhân tiết kiệm được thời gian quý báu".

Đột phá trong công nghệ giải trình tự nanopore

Nghiên cứu này có thể thực hiện được nhờ một công nghệ mới gọi là giải trình tự RNA trực tiếp nanopore, cho phép phân tích trực tiếp các phân tử rRNA với tất cả các biến đổi của nó. Tiến sĩ Novoa cho biết: "Nó cho phép chúng tôi thấy các biến đổi như chúng vốn có, trong bối cảnh tự nhiên của chúng".

Trước khi giải trình tự nanopore ra đời, các kỹ thuật thông thường sẽ xử lý các phân tử RNA theo cách loại bỏ các biến đổi hóa học trước khi các nhà nghiên cứu có thể nghiên cứu chúng.

Tiến sĩ Novoa cho biết: “Các nhà khoa học thường loại bỏ RNA ribosome vì họ coi đó là thông tin dư thừa sẽ cản trở các thí nghiệm. Vài năm sau, chúng tôi đã lấy dữ liệu này ra khỏi bãi phế liệu và biến nó thành một mỏ vàng, đặc biệt là khi thông tin về các biến đổi hóa học được thu thập. Đây là một bước ngoặt đáng kinh ngạc”,.

Ưu điểm của giải trình tự nanopore là nó dựa trên các thiết bị giải trình tự nhỏ, cơ động có thể nằm gọn trong lòng bàn tay. Các nhà nghiên cứu có thể đưa các mẫu sinh học vào máy, máy sẽ thu thập và quét các phân tử RNA theo thời gian thực.

Công nghệ này có thể phân biệt tế bào ung thư và tế bào bình thường bằng cách quét ít nhất 250 phân tử RNA thu được từ các mẫu mô. Đây chỉ là một phần nhỏ so với khả năng của một thiết bị giải trình tự nanopore thông thường. Tiến sĩ Novoa cho biết “Có thể phát triển một xét nghiệm nhanh chóng, có độ chính xác cao để tìm “dấu vân tay” trên ribosome thuộc tế bào ung thư bằng cách sử dụng một lượng mô tối thiểu”.

Hướng tới chẩn đoán không xâm lấn

Về lâu dài, các nhà nghiên cứu muốn tạo ra một phương pháp chẩn đoán có thể phát hiện “dấu vân tay” của ung thư ở RNA thuộc tế bào lưu thông trong máu. Đây sẽ là một phương pháp ít xâm lấn hơn vì nó chỉ cần mẫu máu thay vì lấy mẫu mô từ bệnh nhân.

Dù vậy, các tác giả của nghiên cứu cảnh báo rằng cần phải có nhiều công trình hơn nữa trước khi có thể sử dụng phương pháp này để mang lại lợi ích lâm sàng. Tiến sĩ Milenkovic cho biết: "Chúng tôi chỉ mới bắt đầu. Chúng tôi cần những nghiên cứu lớn hơn để xác nhận các dấu ấn sinh học này trên nhiều quần thể và loại ung thư khác nhau".

Tiến sĩ Novoa cho biết: "Chúng tôi đang dần dần nhưng chắc chắn làm sáng tỏ sự phức tạp này". Bà kết luận: "Chỉ còn là vấn đề thời gian trước khi chúng ta có thể bắt đầu hiểu được ngôn ngữ của tế bào".

Anh Tú