Liquid Biopsy - Sinh thiết lỏng trong chẩn đoán và tầm soát ung thư: những hứa hẹn và thách thức

Bài viết bởi TS. Hoàng Quốc Chính - Chuyên viên di truyền ung thư và TS. Nguyễn Hồng Thanh - Chuyên viên Nghiên cứu, Trung tâm Công nghệ cao Vinmec

Sinh thiết chất lỏng trong ung thư đề cập đến việc phân lập và phân tích các vật liệu có nguồn gốc từ khối u như DNA, RNA, các tế bào ung thư nguyên vẹn và các túi thể tiết ngoại bào (Extracellular vesicles -EV) trong chất lỏng cơ thể như máu, nước tiểu, nước bọt và phân [1,2]. Các khối u dạng rắn giải phóng nhiều loại vật liệu vào dịch cơ thể tại các vị trí mô lân cận và phổ biến nhất là các phân mảnh đoạn DNA có nguồn gốc từ khối u (ctDNA) hoặc các tế bào khối u (CTC) lưu thông trong máu.

Việc phân tích các đoạn DNA tự do trong máu đã được sử dụng thường xuyên trong các xét nghiệm thông thường khác như xét nghiệm sàng lọc trước sinh đối với hội chứng Down [3]. Phương pháp tiếp cận với kỹ thuật sinh thiết lỏng cũng đang ngày càng được áp dụng trong việc quản lý bệnh nhân ung thư, đặc biệt là các bệnh nhân có ung thư đã di căn. Kỹ thuật sinh thiết lỏng có bản chất là sử dụng các loại dịch của cơ thể như máu, nước tiểu, nước bọt nên không xâm lấn và có thể được sử dụng lặp lại khi cần và có khả năng được sử dụng để phát hiện sớm ung thư, chẩn đoán, tiên lượng, dự đoán đáp ứng với điều trị và giám sát di căn của ung thư. Bài phân tích tổng quan này sẽ chủ yếu thảo luận về vai trò của sinh thiết lỏng trong chẩn đoán và tầm soát ung thư.

cfDNA được giải phóng vào máu thông qua quá trình tự chết hoặc hoại tử tế bào, được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1948 [4]. cfDNA nhanh chóng bị loại bỏ khỏi hệ thống tuần hoàn, thường trong vòng một giờ [5]. Ở những bệnh nhân ung thư, một phần rất nhỏ của cfDNA [6,7] bao gồm DNA có nguồn gốc từ các tế bào chết theo chương trình hoặc hoại tử (ctDNA) và ctDNA chủ yếu được phân biệt với cfDNA bởi các đặc điểm phân tử cụ thể như đột biến, biến thể số lượng bản sao, thay đổi methyl hóa hoặc trình tự virus tích hợp liên quan đến khối u [8]; ctDNA đã được chứng minh là phản ánh các dấu hiệu đột biến của khối u chính [9].

Một loạt các phương pháp xét nghiệm với các giới hạn phát hiện khác nhau (LoDs) được sử dụng để phát hiện ctDNA và chúng bao gồm PCR định lượng, PCR kỹ thuật số (Droplet Digital PCR, BEAMing - Hạt, Nhũ tương, Khuếch đại và Từ tính), giải trình tự gen nhắm đích (gene panel) hoặc giải trình tự toàn bộ bộ gen (whole genome sequencine) sử dụng việc đánh dấu mã vạch phân tử (molecular barcode) [7,10,11]. Hiện tại, các phương pháp dựa trên PCR kỹ thuật số có vẻ là nhạy nhất với chi phí tương đối thấp với khả năng phát hiện đột biến đã biết với tần số alen cực thấp (0,01%) trong cfDNA. Các ứng dụng tiềm năng của việc phân tích ctDNA bao gồm:

• 1) phát hiện các tế bào ung thư còn sót sau điều trị (MRD);
• 2) dự đoán nguy cơ tái phát và theo dõi các khối u di căn ví dụ trong ung thư vú [12–15] và xét nghiệm chẩn đoán cho đột biến EGFR. Các xét nghiệm này hiện đã được phê duyệt bởi Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) [16].

EV hoặc exosomes hay còn gọi là các thể tiết là các túi tròn có đường kính từ 30–120 nm mang vật liệu di truyền gồm DNA, mRNA, microRNA (miRNA) và một số protein hoạt động như chất trung gian điều hòa tương tác giữa các tế bào [24]. EV có nguồn gốc ung thư chứa các phân tử liên quan đến ung thư khác nhau [25] và đã được chứng minh là phản ánh tình trạng MRD như cũng như dự đoán phản ứng với liệu pháp [26].

Các miRNA tự do là các phân tử RNA không mã hóa [19–24] với các mức độ biểu hiện khác nhau tùy loại ung thư [27]. Đặc tính ổn định của các phân tử này khiến chúng trở thành một loại dấu ấn sinh học hấp dẫn cho các phương pháp xét nghiệm dựa trên kỹ thuật sinh thiết lỏng.

Ngoài việc không xâm lấn và do đó dễ lặp lại, sinh thiết lỏng có một số ưu điểm độc đáo khác so với các phương pháp phát hiện sớm và tầm soát ung thư thông thường cũng như sinh thiết mô đặc để chẩn đoán ung thư. Ưu điểm đầu tiên và quan trọng nhất là khả năng thu thập được đầy đủ thông tin liên quan đến tính không đồng nhất của khối u. Sự không đồng nhất của khối u, sự tiến hóa các dòng vô tính và tác động của chúng đối với đáp ứng và kết quả điều trị ngày càng được công nhận [28-31].

Đây là một điều hết sức quan trọng trong việc chẩn đoán chính xác và đưa ra phác đồ điều trị phù hợp với các mỗi dấu ấn sinh học đặc hiệu. Việc thu thập các thông tin về sự không đồng nhất của khối u và các dấu ấn sinh học phân tử giúp việc phát hiện sớm, phân biệt khối u lành tính và khối u ác tính [34] và cho phép phát hiện các loại ung thư có khả năng gây chết người, do đó giảm thiểu việc điều trị quá mức.

Chẩn đoán thừa hay chẩn đoán quá mức là một vấn đề còn tranh cãi đối với dịch vụ tầm soát ung thư. Chẩn đoán thừa chủ yếu gây ra bởi việc phát hiện các tổn thương tiền ung thư (ví dụ: ung thư biểu mô ống dẫn tại chỗ) hoặc các loại ung thư không bao giờ đe dọa đến tính mạng. Những loại ung thư này thường ít giải phóng vật liệu vào mạch máu. Do vậy, về mặt lý thuyết, sẽ giảm thiểu hoặc không giải phóng vật liệu khối u vào máu. Do vậy, sàng lọc dựa trên sinh thiết lỏng có thể giúp giảm thiểu chẩn đoán quá mức. Tuy nhiên, nhận định này cần có những bằng chứng khoa học cụ thể.

Các công nghệ sử dụng để phát hiện các loại dấu ấn sinh học như DNA tự do (ctDNA) hay tế bào khối u tự do (CTCs) trong sinh thiết lỏng đang được quan tâm phát triển nhanh chóng, đặc biệt là với những cải tiến trong công nghệ giải trình tự, phân tích hình ảnh và kỹ thuật tính toán. Phần lớn các nghiên cứu hiện tại về phát hiện sớm tập trung vào ctDNA. Do CTCs và ctDNA có giá trị cung cấp thông tin bổ sung cho nhau [23] và các xét nghiệm với tế bào khối u tự do ngày càng có độ nhạy cao hơn, nên kỹ thuật phát hiện kết hợp đồng thời CTC và ctDNA có khả năng cải thiện cả độ nhạy và độ đặc hiệu. Hơn nữa, thông tin về đặc điểm hình thái và dữ liệu hệ gen [18] thu được từ CTCs có thể giúp đưa ra các chỉ định chẩn đoán hình ảnh sâu hơn bằng cách xác định vị trí ung thư tiềm ẩn. Các nghiên cứu đang được thực hiện nhằm phát triển tập bản đồ hệ gen dựa vào cfDNA [41,43] nhằm giải quyết các vấn đề về dương tính giả.

Như vậy, sinh thiết lỏng có tiềm năng đáng kể trong việc phát hiện sớm và chẩn đoán ung thư. Các nghiên cứu đang được thực hiện nhằm giải quyết những vấn đề còn tranh cãi nhằm khai thác được toàn bộ tiềm năng và ứng dụng của các xét nghiệm sử dụng mẫu sinh thiết lỏng.