Giải trình tự gien giá rẻ, tìm thấy những đột biến mới về bệnh ung thư nguy hiểm thứ hai thế giới

Hợp tác với các tổ chức Thụy Điển, các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã phân tích toàn bộ bộ gien và transcriptome từ 1.063 bệnh nhân ở quốc gia châu Âu này. Những bệnh nhân đó mắc bệnh ung thư đại trực tràng (CRC), loại ung thư phổ biến thứ ba và gây tử vong nhiều thứ hai trên thế giới. CRC là loại ung thư bắt đầu ở đại tràng hoặc trực tràng, hai phần của hệ tiêu hóa.

Nghiên cứu trên đã xác định được 96 đột biến gien liên quan đến CRC, gồm cả 9 đột biến trước đây chưa từng biết đến ở ung thư đại tràng và 24 đột biến hoàn toàn mới với bất kỳ dạng ung thư nào.

Nhóm nghiên cứu cũng đã xây dựng một mô hình hoàn chỉnh để ước tính thời gian sống sót của bệnh nhân.

Những phát hiện của nhóm cung cấp thông tin chi tiết về căn bệnh này và có thể dẫn đến việc sàng lọc sớm cũng như các phương pháp điều trị hiệu quả và cá nhân hóa hơn, theo BGI Genomics - công ty tham gia vào nghiên cứu. BGI Genomics là một trong những tổ chức hàng đầu thế giới trong lĩnh vực nghiên cứu sinh học phân tử và giải trình tự hệ gien. Có nguồn gốc từ Viện Gien Bắc Kinh (Beijing Genomics Institute), BGI Genomics đã phát triển mạnh mẽ và trở thành một công ty lớn, đóng góp đáng kể vào các nghiên cứu về gien trên toàn cầu.

Đây là lần đầu tiên Trung Quốc (được hỗ trợ bởi ngành công nghệ sinh học đang bùng nổ) tiến hành giải trình tự bộ gien quy mô lớn trong một nghiên cứu ung thư quốc tế, theo các nhà khoa học tham gia nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature.

“Nghiên cứu mang tính đột phá, toàn diện nhất trong loại hình này, được hưởng lợi từ khả năng xét nghiệm tiết kiệm chi phí của BGI Genomics và dữ liệu bệnh nhân chi tiết, đầy đủ do Đại học Uppsala (Thụy Điển) cung cấp. Dữ liệu đó đến từ một trong những bộ dữ liệu ung thư đại tràng lớn nhất thế giới với thông tin toàn diện về lâm sàng và bộ gien có tên là U-CAN”, Wu Kui, trưởng nhóm khoa học từ Viện Nghiên cứu Y tế Thông minh BGI Genomics và đồng tác giả chính của nghiên cứu, cho biết.

Giải trình tự toàn bộ bộ gien, gồm việc đo gần như toàn bộ trình tự DNA của bộ gien một sinh vật cùng lúc, đã trở nên dễ tiếp cận và có giá cả phải chăng hơn nhiều.

“Đó là nhờ những đột phá về phương pháp luận. Trước đây, chi phí giải trình tự gien một người là hơn 3 tỉ USD, giờ đây chỉ tốn khoảng 100 USD. Việc giảm chi phí và tăng chất lượng dữ liệu cho phép các nhà nghiên cứu đào sâu hơn vào cơ chế của bệnh, cải thiện hiểu biết của chúng ta và có khả năng hướng dẫn phát triển thuốc mới”, Wu Kui cho biết.

Chất lượng dữ liệu, đặc biệt là kho lưu trữ mẫu tiêu chuẩn cao từ Thụy Điển, là rất quan trọng.

Không giống nhiều nghiên cứu chỉ ghi lại các cuộc tham vấn ban đầu của bệnh nhân, nghiên cứu này bao gồm cả thông tin lâm sàng toàn diện và tiến hành theo dõi hơn 90% bệnh nhân trong tối đa 5 năm.

Các hồ sơ chi tiết cho phép nhóm phân tích sâu rộng những kết quả sống sót khác nhau.

Nhóm phân tích toàn bộ bộ gien của mỗi bệnh nhân gồm hơn 20.000 gien và thông tin lâm sàng với thông tin đa chiều, chẳng hạn như giới tính, tuổi tác, thời gian tham vấn, thời gian sống sót, phương pháp điều trị và thói quen lối sống.

Các nhà nghiên cứu đã phân tích bộ gien và transcriptome của những bệnh nhân người Thụy Điển mắc bệnh ung thư trực đại tràng để xác định các đột biến gien - Ảnh: Shutterstock

Bằng cách tận dụng trí tuệ nhân tạo (AI) và học sâu, nhóm nghiên cứu cho biết đã xử lý các tập dữ liệu lớn và phức tạp hiệu quả hơn, xác định các dấu hiệu di truyền chính có thể ảnh hưởng đến tiên lượng CRC.

Ngoài ra, nhờ mở rộng dữ liệu, nhóm nghiên cứu đã thiết lập một mô hình tiên lượng có độ phân giải cao hơn. Dựa trên các phân loại hiện có, nó đã bổ sung tác động của nhiều sự kiện đột biến lên tiên lượng và giúp bác sĩ đánh giá thời gian sống sót của bệnh nhân, điều chỉnh các kế hoạch điều trị cá nhân hóa.

Wu Kui cho biết: "Một số đột biến xuất hiện sớm trong bệnh, cung cấp các chỉ số sớm tiềm năng cho sự khởi phát của CRC. Dù giải trình tự toàn bộ bộ gien cho mọi lần sàng lọc có thể tốn kém, các nhà nghiên cứu đang phát triển các cách kết hợp các đặc điểm chính để duy trì độ chính xác và giảm chi phí".

Những tiến bộ trong điều trị ung thư gồm phẫu thuật, hóa trị và hiện nay là các liệu pháp nhắm mục tiêu và miễn dịch (hai liệu pháp sau cùng chủ yếu dựa vào nghiên cứu di truyền).

"Việc xác định các đặc điểm cụ thể của tế bào ung thư có thể dẫn đến các phương pháp điều trị hiệu quả hơn hoặc kích hoạt hệ thống miễn dịch để nhận biết, chống lại các tế bào ung thư", Wu Kui nói.

Tuy nhiên, ông cũng chỉ ra rằng trong khi các nghiên cứu về bộ gien cải thiện sự hiểu biết về ung thư và các bệnh khác, phát triển thuốc là quá trình dài đòi hỏi sự hợp tác giữa các nhà nghiên cứu, bệnh viện và hãng dược phẩm.

Khi tiếp tục nghiên cứu về CRC, đặc biệt tập trung vào dân số Trung Quốc, nhóm khoa học thừa nhận rằng xu hướng di truyền có thể khác nhau giữa các khu vực.

AI giúp tăng tỷ lệ phát hiện ung thư thực quản giai đoạn đầu, bệnh nhân có khả năng sống sót cao hơn

Hồi tháng 4, nhóm nhà khoa học Trung Quốc cho biết đã phát triển một hệ thống AI để giúp các bác sĩ xác định ung thư thực quản giai đoạn đầu. Kết quả là giúp tăng gấp đôi tỷ lệ phát hiện so với đánh giá bằng mắt thường của bác sĩ.

Các nhà nghiên cứu cho biết thuật toán này hiện đã được sử dụng ở hàng trăm bệnh viện trên khắp Trung Quốc. Nó hoạt động bằng cách làm nổi bật các tổn thương trên thực quản để bác sĩ thấy trong quá trình nội soi (thủ tục y tế để quan sát đường tiêu hóa bằng camera) theo thời gian thực trên màn hình.

Nhóm nghiên cứu viết trong một bài báo đăng trên tạp chí Science Translational Medicine: “Sự hỗ trợ của học sâu có thể tăng cường chẩn đoán và điều trị sớm ung thư thực quản, đồng thời trở thành một công cụ hữu ích để sàng lọc bệnh này”.

Các nhà nghiên cứu đến từ Bệnh viện Thái Châu (trực thuộc Đại học Y Ôn Châu), Bệnh viện Nhân dân (thuộc Đại học Vũ Hán), Bệnh viện Y khoa Đại học Chiết Giang (thuộc Bệnh viện Ung thư Hàng Châu) và Bệnh viện Nhân dân số 1 Ôn Lĩnh ở thị trấn Thái Châu (tỉnh Chiết Giang, Trung Quốc).

Ung thư thực quản được xếp hạng là bệnh ung thư phổ biến thứ 7 trên toàn cầu và là nguyên nhân đứng thứ 6 gây tử vong liên quan đến ung thư. Châu Á, đặc biệt là Đông và Trung Á, có tỷ lệ mắc bệnh này cao hơn các khu vực khác trên thế giới.

Phát hiện sớm là điều quan trọng vì ung thư thực quản có tỷ lệ sống sót sau 5 năm là hơn 90% khi được điều trị bằng nội soi hoặc phẫu thuật trước khi các triệu chứng xuất hiện. Thế nhưng, hầu hết bệnh nhân đều phát triển ung thư thực quản ở giai đoạn nặng khi họ bắt đầu gặp các triệu chứng.

Dù bệnh ung thư thường không có triệu chứng nhưng các khối u và tổn thương tiền ung thư có thể được phát hiện bằng nội soi. Để giúp các bác sĩ sử dụng máy nội soi xác định những dấu hiệu này, nhóm nghiên cứu đã tìm đến học sâu. Công nghệ này có khả năng trích xuất các đặc điểm hình ảnh nhỏ và phân loại hình ảnh một cách vượt trội.

Họ đã huấn luyện cỗ máy này với hơn 190.000 hình ảnh thực quản được thu thập từ các phòng khám ở Trung Quốc để cho phép nó xác định các tổn thương với độ chính xác cao và dự đoán xem các tổn thương, được đánh dấu bằng khung để bác sĩ đánh giá, có nguy cơ cao hay thấp.

Nhóm đã thử nghiệm hệ thống này trên hơn 3.000 bệnh nhân trong một thử nghiệm lâm sàng từ năm 2021 đến 2022. Một nửa số bệnh nhân được nội soi với sự hỗ trợ của AI, trong khi số còn lại thực hiện theo quy trình thông thường.

Theo nghiên cứu, nhóm bệnh nhân được hỗ trợ bởi AI có tỷ lệ phát hiện là 1,8%, so với nhóm đối chứng là 0,9%. Các nhà khoa học cho biết sự gia tăng này là “cải thiện to lớn có thể có ý nghĩa lâm sàng đáng kể trong việc cải thiện tiên lượng của bệnh nhân”.

Một bác sĩ xem bản đồ các tổn thương thực quản được AI hỗ trợ trong quá trình thử nghiệm - Ảnh: Mao Xinli

Bản đồ nhiệt của các tổn thương thực quản điển hình được hiển thị trong thử nghiệm với hệ thống hỗ trợ AI - Ảnh: Mao Xinli

Tác giả chính Mao Xinli, bác sĩ trưởng khoa tiêu hóa của Bệnh viện Thái Châu (trực thuộc Đại học Y Ôn Châu), nói độ chính xác của chẩn đoán từ nội soi phần lớn liên quan đến trình độ của bác sĩ.

Mao Xinli lý giải: “Các bác sĩ có nhiều kinh nghiệm thực hiện nội soi có xu hướng có con mắt tinh tường hơn để xác định những bất thường của bệnh ung thư ở giai đoạn đầu so với những người có ít kinh nghiệm hơn”.

“Công nghệ này là một công cụ tuyệt vời để tăng cường khả năng phát hiện ung thư giai đoạn đầu và cải thiện tiên lượng bệnh nhân”, bà cho biết thêm.

Tác giả chính Li Shaowei, nghiên cứu viên tại Bệnh viện Thái Châu, cho biết chức năng AI mới tương thích với các hệ thống nội soi hiện có được các bệnh viện sử dụng.

“Việc sử dụng AI đã được mở rộng từ một lên vài trăm bệnh viện trên cả nước. Chúng tôi đã nhận được phản hồi tích cực vì độ nhạy, độ đặc hiệu và độ chính xác cao”, Li Shaowei nói.

Sơn Vân