Ung thư là nguyên nhân hàng đầu gây tử vong toàn cầu. Trong đó, chẩn đoán sớm có ý nghĩa then chốt trong việc nâng cao tỷ lệ sống sót và cải thiện tiên lượng. Một trong những tiến bộ nổi bật là cell-free DNA (cfDNA) – DNA tự do lưu hành trong máu, đặc biệt là circulating tumor DNA (ctDNA) – DNA từ tế bào ung thư. Với sự hỗ trợ từ công nghệ giải trình tự thế hệ mới (NGS) và phân tích sinh học nâng cao, cfDNA đang mở ra một kỷ nguyên mới trong xét nghiệm sinh thiết lỏng (liquid biopsy), giúp phát hiện ung thư từ giai đoạn rất sớm một cách không xâm lấn.
1. Cơ sở khoa học của cfDNA trong chẩn đoán ung thư
cfDNA là các đoạn DNA ngắn (~150–200 bp), được giải phóng vào máu khi tế bào chết theo chương trình hoặc hoại tử. Ở bệnh nhân ung thư, một phần cfDNA là ctDNA, mang đặc điểm di truyền đặc trưng như:
– Đột biến điểm
– Kiểu methyl hóa bất thường
– Thay đổi số bản sao hoặc cấu trúc nhiễm sắc thể
Do ctDNA thường chỉ chiếm <1% tổng cfDNA trong giai đoạn sớm, các kỹ thuật phân tích cần độ nhạy và đặc hiệu rất cao để phát hiện tín hiệu lẫn trong nhiễu nền.
2. Những tiến bộ công nghệ giúp tăng hiệu quả phân tích cfDNA
2.1. Công nghệ giải trình tự nhạy và đặc hiệu
- Next-Generation Sequencing (NGS) và PCR kỹ thuật số (dPCR): Giúp phát hiện đột biến ở nồng độ rất thấp (0.01%).
- Các kỹ thuật nổi bật: Tagged-Amplicon Sequencing (TAm-Seq), CAPP-Seq, BEAMing, nâng cao khả năng phát hiện ctDNA từ lượng mẫu nhỏ.
2.2. Phân tích methyl hóa DNA
Phân tích kiểu methyl hóa trên ctDNA bằng NGS đã trở thành một dấu ấn sinh học quan trọng. Các công ty như GRAIL (với xét nghiệm Galleri) sử dụng dấu ấn methyl hóa để phát hiện hơn 50 loại ung thư ở giai đoạn sớm, dựa trên sự khác biệt giữa DNA ung thư và DNA bình thường.
2.3. Trí tuệ nhân tạo (AI)
AI và học máy được ứng dụng để xử lý khối lượng dữ liệu khổng lồ từ NGS, giúp phân biệt ctDNA từ nhiễu nền (background noise) của cfDNA bình thường. Điều này giảm tỷ lệ dương tính giả và tăng độ chính xác trong chẩn đoán sớm.
2.4. Phát hiện đa dấu ấn sinh học
Ngoài đột biến gen, các tiến bộ đã cho phép phân tích đồng thời nhiều đặc điểm của ctDNA như kích thước phân mảnh (fragmentomics), vị trí khởi nguồn (tissue-of-origin mapping), và sự bất thường về số lượng nhiễm sắc thể (aneuploidy). Ví dụ, xét nghiệm DELFI (DNA Evaluation of Fragments for Early Interception) sử dụng kích thước và cấu trúc của ctDNA để phát hiện ung thư.
2.5. Tối ưu chi phí và thời gian
Sự cạnh tranh từ các nhà cung cấp công nghệ như Illumina, Thermo Fisher, và các công ty khởi nghiệp đã giảm đáng kể chi phí giải trình tự, đưa xét nghiệm cfDNA đến gần hơn với thực hành lâm sàng thường quy.
3. Ứng Dụng Trong Lâm Sàng
3.1. Tầm soát ung thư
Xét nghiệm đa ung thư (Multi-Cancer Early Detection – MCED): Các xét nghiệm như Galleri (GRAIL) hay CancerSEEK sử dụng cfDNA để phát hiện nhiều loại ung thư (phổi, gan, đại trực tràng, vú, v.v.) trước khi có triệu chứng. Nghiên cứu PATHFINDER (2022) cho thấy Galleri có thể phát hiện 71% ung thư giai đoạn I-III với tỷ lệ đặc hiệu 98%.
Tại Việt Nam: Công ty Gene Solutions đã phát triển SPOT-MAS, một xét nghiệm dựa trên cfDNA để tầm soát 5 loại ung thư phổ biến (gan, phổi, vú, đại trực tràng, dạ dày), đạt độ nhạy 82% và độ đặc hiệu 92% trong các nghiên cứu ban đầu.
3.2. Xác định nguồn gốc ung thư
Phân tích ctDNA không chỉ phát hiện ung thư mà còn xác định vị trí khối u dựa trên kiểu methyl hóa hoặc dấu ấn di truyền đặc trưng. Điều này đặc biệt hữu ích trong các trường hợp ung thư không rõ nguồn gốc nguyên phát (CUP – Cancer of Unknown Primary).
3.3. Theo dõi điều trị và phát hiện tái phát sớm
cfDNA cho phép theo dõi sự hiện diện của ctDNA sau điều trị (minimal residual disease – MRD) để phát hiện tái phát sớm hơn so với hình ảnh học. Ví dụ, trong ung thư đại trực tràng, ctDNA có thể dự đoán tái phát trước khi chụp CT phát hiện được tổn thương (trung bình sớm 8-10 tháng).
3.4. Hỗ trợ lựa chọn điều trị
Phân tích ctDNA giúp phát hiện các đột biến liên quan đến kháng thuốc (như KRAS trong ung thư đại trực tràng hoặc EGFR T790M trong ung thư phổi), từ đó hướng dẫn điều trị cá thể hóa.
4. Ưu điểm và hạn chế của xét nghiệm cfDNA
Ưu điểm
- Không xâm lấn: Chỉ cần mẫu máu, giảm rủi ro so với sinh thiết mô.
- Phát hiện sớm: Khả năng phát hiện ung thư ở giai đoạn I-II, khi cơ hội chữa khỏi cao hơn.
- Tính linh hoạt: Áp dụng được cho nhiều loại ung thư và nhiều giai đoạn bệnh.
Hạn chế
- Độ nhạy ở giai đoạn rất sớm còn hạn chế (<1% ctDNA → nguy cơ âm tính giả).
- Dương tính giả: Có thể phát hiện DNA từ tình trạng viêm, tuổi tác, gây lo lắng không cần thiết.
- Chi phí và tiếp cận: Dù đã giảm, nhưng vẫn cao và chưa phổ biến tại Việt Nam.
5. Thách thức và xu hướng phát triển cfDNA tương lai
- Tăng độ nhạy và đặc hiệu: Cần phát triển các thuật toán và công nghệ mới để phân biệt ctDNA từ nhiễu nền tốt hơn, đặc biệt ở giai đoạn sớm.
- Xây dựng cơ sở dữ liệu địa phương: Tại Việt Nam, việc thu thập dữ liệu di truyền đặc trưng của dân số sẽ giúp tối ưu hóa xét nghiệm cfDNA cho người Việt.
- Tiêu chuẩn hóa: Thiếu các hướng dẫn lâm sàng thống nhất về việc sử dụng cfDNA trong tầm soát ung thư là một rào cản lớn.
- Tích hợp đa omics: Kết hợp cfDNA với protein ung thư (như CA-125, CEA) hoặc RNA tự do có thể nâng cao hiệu quả chẩn đoán.
cfDNA đã đánh dấu một bước tiến lớn trong chẩn đoán sớm ung thư nhờ các công nghệ như NGS, phân tích methyl hóa, và AI. Những tiến bộ này không chỉ mở ra khả năng phát hiện ung thư trước khi có triệu chứng mà còn hỗ trợ theo dõi và điều trị hiệu quả hơn. Trong lâm sàng, các xét nghiệm như Galleri, CancerSEEK, hay SPOT-MAS đang dần được ứng dụng, đặc biệt tại các quốc gia phát triển và một số trung tâm tiên tiến ở Việt Nam. Tuy nhiên, để cfDNA thực sự trở thành công cụ tầm soát phổ biến, cần vượt qua các thách thức về độ nhạy, chi phí, và khả năng tiếp cận. Với tốc độ phát triển hiện nay, cfDNA hứa hẹn sẽ là một trụ cột trong cuộc chiến chống ung thư trong tương lai gần.
Tài liệu tham khảo
- Siravegna, G., Marsoni, S., Siena, S., & Bardelli, A. (2017). “Integrating liquid biopsies into the management of cancer.” Nature Reviews Clinical Oncology, 14(9), 531–548.
https://www.nature.com/articles/nrc.2016.92 - Liu, M. C. et al. (2020). “Sensitive and specific multi-cancer detection and localization using methylation signatures in cell-free DNA.” Annals of Oncology, 31(6), 745–759. https://www.annalsofoncology.org/article/S0923-7534(21)02073-X/fulltext
- Levine, J. H. et al. (2021). “A blood-based multi-cancer detection test using machine learning and cfDNA fragmentomics.” Nature Biotechnology. https://www.nature.com/articles/s41587-020-0650-0
- Tie, J. et al. (2022). “Circulating Tumor DNA–Guided Adjuvant Therapy for Stage II Colon Cancer.” The New England Journal of Medicine, 386, 2261–2272. https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa2211575
