Giải mã sinh học: Đột phá y tế cho nhân loại?

• Tranh cãi quanh công nghệ "bẻ khóa sinh học"

Đây được coi là “chữ ký” của một hiện tượng sinh học, chứa đựng những bí ẩn về mức độ thay đổi trong tế bào. Giới nghiên cứu tin rằng việc giải mã và ứng dụng dấu ấn sinh học sẽ giúp loài người tạo ra những đột phá mới trong y học, đặc biệt hữu ích trong chẩn đoán các bệnh hiểm nghèo như ung thư từ giai đoạn sớm, từ đó tránh những nguy cơ đáng tiếc nếu bệnh đã tiến triển vào giai đoạn muộn.

Hứa hẹn nhiều tiềm năng

Dấu ấn sinh học đang có những ứng dụng nhất định trong y học khi cho phép đo lường mức độ nghiêm trọng hoặc sự hiện diện của một số trạng thái bệnh lý. 

Thuật ngữ này tương đối mới, thế nhưng việc sử dụng dấu ấn sinh học đã có lịch sử lâu đời trong nghiên cứu tiền lâm sàng và chẩn đoán lâm sàng. Đây là những phân tử biểu hiện một dữ kiện sinh học, có thể thuần hóa chất như glucose (dấu ấn của bệnh tiểu đường), chỉ số cholesterol (gợi ý nguy cơ bệnh mạch vành và mạch máu), các phân tử protein như kháng thể xuất hiện khi bị nhiễm trùng hoặc một số thay đổi ở ADN cảnh báo các bệnh di truyền. 

Hiện nay, giới nghiên cứu đặt trọng tâm vào những biến đổi trạng thái của protein để đánh giá về quá trình tiến triển của nhiều căn bệnh, hoặc tính nhạy của một phương pháp điều trị nhất định.

Phân tích dấu ấn sinh học cho phép định lượng hàng nghìn protein từ một mẫu phẩm siêu nhỏ như một giọt máu.

Trong khi nhiều ý kiến chỉ gói gọn dấu ấn sinh học vào protein, nhiều chuyên gia khẳng định, bất kể các sản phẩm nào của cơ thể như enzyme hay hormone đều có thể ra dấu cho sự bình thường, hoặc bệnh lý của cơ thể sống. Ngay cả những biến động trong cấu trúc sinh học cũng như thay đổi về chức năng hoạt động của nội quan, đều tạo ra những dấu ấn sinh học đáng chú ý. 

Nhiệt độ cơ thể là một dấu ẩn nổi bật để đánh giá về trạng thái sốt, hay huyết áp được kiểm tra nhằm xác định nguy cơ đột quỵ. Bên cạnh đó, dấu ấn sinh học có thể được đưa vào cơ thể để kiểm tra chức năng các nội quan hay đánh giá một số khía cạnh của sức khỏe. Một ví dụ điển hình liên quan đến chất rubidi clorua dùng để đánh giá khả năng bơm máu cơ tim.

Tầm quan trọng của dấu ấn sinh học nằm ở khả năng đưa ra biểu hiện của bệnh liên quan đến mọi thay đổi của cơ thể, các nội quan và tế bào thông qua việc chỉ ra các phân tử gây bệnh và những phân tử được tạo ra sau khi bệnh phát triển. 

Do đó, dấu ấn sinh học giúp khắc phục hạn chế của chẩn đoán thông qua các yếu tố bệnh lý thường được mô tả dưới dạng thức phân tử như gene hay vi khuẩn. Trên thực tế, ngoài trừ một số bệnh di truyền mà việc chẩn đoán bắt buộc liên quan đến gene, các bệnh phổ biến bao gồm tiểu đường, ung thư hay tim mạch gần như khó xác định vai trò của gene trong quá trình phát hiện bệnh.

Theo nhiều chuyên gia, hạn chế này xuất phát từ việc phần lớn các gene liên hệ đến di truyền có tần số rất thấp trong quần thể đa dạng sinh học, đồng thời bệnh tật phát sinh không phải từ gene mà chính khoa học cũng chưa thể hiểu hết cơ chế. 

Sự biến đổi của hai loại kháng nguyên Tn là dấu ấn quan trọng giúp đánh giá mức độ phát triển của bệnh ung thư.

Chưa hết, dấu ấn sinh học cực kỳ có lợi thế khi nhắm đến các protein - thành phần sinh học phong phú nhất của tế bào. Sự da dạng về hình thức và số lượng sẽ tạo nên những “chữ ký” sinh học nổi bật mỗi khi tế bào có biến đổi. Cũng cần phải nói thêm rằng, quy trình tìm kiếm dấu ấn sinh học đơn giản hơn so với việc xác định các gene gây bệnh - vốn phức tạp và đòi hỏi nhiều công sức.

Quy trình xác định dấu ấn sinh học, về cơ bản, dựa trên việc tinh lọc protein, sau đó tiến hành các phương pháp ly trích, phân tích protein trước khi so sánh và đối chiếu sự thay đổi protein từ các mẫu phẩm như máu, tế bào, mô hay dịch bài tiết từ các tuyến cơ thể. 

Ngày nay, với sự trợ giúp của máy khối phổ, phân tích dấu ấn sinh học cho phép định lượng hàng nghìn protein từ một mẫu phẩm siêu nhỏ như một giọt máu. Trong bối cảnh này, dấu ấn sinh học trở thành giải pháp hữu hiệu, tạo ra phương pháp chẩn đoán với độ chính xác cho các bệnh liên quan đến nhiều gene, hoặc các bệnh nhiễm trùng, hay do yếu tố môi trường. 

Chưa dừng lại ở đó, dấu ấn sinh học còn được kỳ vọng sẽ có nhiều ứng dụng trong quy trình đo lường hiệu ứng của thuốc, đánh giá các phương pháp điều trị trong thời gian dài, và thậm chí đóng vai trò chính trong sinh học dược phẩm và trị liệu cá nhân.

Đột phá và hạn chế

Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của dấu ấn sinh học chính là hỗ trợ chẩn đoán bệnh ung thư, thông qua các chỉ báo ung thư (những dấu ấn sinh học có nguồn gốc protein). Trên thực tế, dấu ấn ung thư đã được biết đến trong nhiều thập kỷ qua, đồng thời cũng được đưa vào trong hướng dẫn thực hành lâm sàng về ung thư ở một số quốc gia để hỗ trợ chẩn đoán và theo dõi quá trình điều trị. 

Các chỉ báo được sản xuất bởi tế bào ung thư hoặc bởi các tế bào khác của cơ thể để phản ứng với khối u ác tính. Những dấu ấn sinh học từ khối u ác tính có thể được tìm thấy trong máu, nước tiểu, phân, mô khối u, hoặc các mô khác hoặc dịch cơ thể ở bệnh nhân mắc ung thư.

Hiện đã có rất nhiều dấu ấn ung thư được chấp nhận bởi giới y học và đang được sử dụng lâm sàng. Một số “chữ ký” chỉ liên hệ với một loại ung thư, trong khi đó số khác có thể gợi ý hai hay nhiều loại ung thư.

Trong báo cáo mới đây của Viện sức khỏe quốc gia Mỹ (NIH), 14 loại protein được coi là chỉ báo nguy cơ ung thư vú, với độ chính xác cao hơn rất nhiều lần so với BRCA (gene di truyền liên quan đến ung thư vú với mức độ phát hiện bệnh chỉ đạt khoảng 2%), bên cạnh các protein làm “chữ ký” sinh học của nhiều loại ung thư phổ biến ở phổi, bàng quang và buồng trứng.

Giữa tháng 9-2019, nhóm chuyên gia thuộc Đại học Basque (Tây Ban Nha) phát hiện hai loại kháng nguyên Tn, xuất hiện trong 90% trường hợp ung thư và là dấu ấn sinh học đầy hứa hẹn cho việc phát hiện các mô bị ảnh hưởng. Các thí nghiệm cho thấy, Tn khi tương tác với nước đều tham gia vào một phản ứng rất đặc trưng, tạo ra sản phẩm dạng cứng (khi liên kết với threonine) hoặc dạng mềm (khi liên kết với serine). 

Giải mã và ứng dụng dấu ấn sinh học đặc biệt hữu ích trong chẩn đoán các bệnh hiểm nghèo, tránh những nguy cơ đáng tiếc nếu bệnh đã tiến triển vào giai đoạn muộn.

Việc theo dõi những biến đổi của các phân tử Tn sẽ giúp đánh giá mức độ phát triển của bệnh ung thư. Ngoài ra, Tn cũng gợi ý cho nhóm chuyên gia phát triển một hoạt chất thay thế tổng hợp trên dựa trên cấu trúc và hoạt động của loại kháng nguyên này để hỗ trợ chống ung thư.

Dù có nhiều đột phá nhưng hiện vẫn chưa có dấu ấn ung thư chung nhất để tìm ra căn bệnh hiểm nghèo này. Việc sử dụng các dấu hiệu sinh học ung thư còn nhiều hạn chế khiến giới y khoa phải tiến hành nhiều xét nghiệm hơn. Bởi vì sự gia tăng các chỉ số liên quan đến ung thư trong cơ thể nhiều khi chưa phản ánh chính xác việc mắc bệnh, khi tế bào bình thường cũng có thể tạo ra sự thay đổi protein. 

Ở một số trường hợp, các khối u lành tính tác động đến các dấu ấn sinh học protein, hoàn toàn không phải dấu hiệu của bệnh ung thư xuất phát từ khối u ác tính. Một hạn chế khác liên quan đến sự dao động của dấu ấn ung thư ở từng cá nhân, nên việc chẩn đoán chỉ dựa vào các chỉ số kiểu này có thể cho kết quả chưa chính xác.

Nhận thức rõ những hạn chế của dấu ấn ung thư nói riêng và dấu ấn sinh học nói chung, cùng với bản chất phức tạp và đa dạng của protein, NIH đã khởi xướng chương trình dấu ấn sinh học trên toàn thế giới, với ngân sách ban đầu lên đến 100 triệu USD, thu hút nhiều đơn vị chuyên về chẩn đoán và công nghệ sinh học tham gia. 

Cơ quan này mong muốn thiết lập mạng lưới phòng thí nghiệm toàn cầu để nghiên cứu sâu hơn về dấu ấn sinh học, từ đó hoàn chỉnh kỹ thuật đánh giá protein trong mẫu bệnh phẩm để đưa ra các quy chuẩn chung. NIH hy vọng sẽ xây dựng một kho dữ kiện cho các loại bệnh lý và các đề tài sinh học, tiến hành thử nghiệm lâm sàng chi tiết trước khi triển khai thành sản phẩm có giá trị trong cộng đồng.