Xét nghiệm máu mới tìm RNA không mã hóa để phát hiện ung thư

Ung thư dễ điều trị nhất ở giai đoạn đầu, vì vậy việc tìm ra các phương pháp cải tiến và không xâm lấn để chẩn đoán sớm ung thư là rất quan trọng để chống lại căn bệnh này. Sinh thiết lỏng, chỉ cần lấy máu đơn giản, là một công nghệ mới nổi để kiểm tra ung thư không xâm lấn bằng cách sử dụng trình tự DNA hoặc RNA trong máu của bệnh nhân.

Trợ lý Giáo sư về Kỹ thuật Sinh học Phân tử Daniel Kim và phòng thí nghiệm của ông đang phát triển các công nghệ sinh thiết lỏng mạnh mẽ và chính xác hơn, tận dụng các tín hiệu từ “vật chất tối” RNA, một khu vực chưa được nghiên cứu kỹ của bộ gen. Nghiên cứu mới của Kim cho thấy vật liệu di truyền này hiện diện trong máu của người mắc bệnh ung thư và có thể được xác định để chẩn đoán các loại ung thư cụ thể như tuyến tụy, phổi, thực quản và các loại khác trong giai đoạn đầu của bệnh.

Phòng thí nghiệm của Kim đã phát triển một nền tảng sinh thiết lỏng RNA để phát hiện cả vật chất tối RNA và RNA mã hóa protein trong máu và cho thấy phương pháp mới này cải thiện đáng kể hiệu suất của sinh thiết lỏng để chẩn đoán ung thư. Nghiên cứu này đã được công bố ngày hôm nay trên tạp chí Kỹ thuật y sinh tự nhiên .

Trong khi hầu hết các nhà nghiên cứu và công ty đang theo đuổi sinh thiết lỏng dựa trên DNA để chẩn đoán ung thư, thì cách tiếp cận của Kim là duy nhất khi tập trung vào “vật chất tối” RNA, đặc biệt là RNA không mã hóa và lặp đi lặp lại.

Hầu hết trong số ba tỷ cặp DNA cơ sở tạo nên bộ gen của con người đều được phiên mã thành RNA và tất cả RNA được gọi chung là bản phiên mã. Chức năng được công nhận phổ biến nhất của RNA là mã hóa protein trong cơ thể, nhưng 75% bộ gen của con người tạo ra RNA không mã hóa không mã hóa protein.

Một phần đáng kể của các RNA không mã hóa này có nguồn gốc từ các yếu tố lặp đi lặp lại và những RNA này có thể di chuyển ra khỏi tế bào nơi chúng bắt nguồn và đi vào máu. Máu của một người khỏe mạnh thường có rất ít RNA không mã hóa lặp đi lặp lại này. Tuy nhiên, nghiên cứu của Kim đã chỉ ra rằng ngay cả ở giai đoạn sớm nhất của bệnh ung thư, nhiều RNA lặp đi lặp lại này đã được tiết ra khỏi tế bào ung thư, khiến chúng trở thành dấu ấn sinh học mạnh mẽ của bệnh ở giai đoạn đầu.

Công nghệ sinh thiết lỏng RNA do phòng thí nghiệm Kim phát triển nhằm mục đích phát hiện ung thư bằng cách giải trình tự “RNA không có tế bào” trong máu bệnh nhân để kiểm tra sự hiện diện của cả RNA mã hóa protein và RNA không mã hóa lặp đi lặp lại.

Phòng thí nghiệm của Kim đã tạo ra một nền tảng phân tích và giải trình tự RNA không có tế bào có tên là COMPLETE-seq để xác định các RNA không mã hóa lặp đi lặp lại thường bị bỏ qua. Sau khi lấy máu của bệnh nhân, phương pháp toàn diện này sẽ phân tích mẫu cho tất cả các vùng được chú thích của bản phiên mã -- hàng chục nghìn RNA đã được ghi chép rõ ràng -- cộng với tất cả 5 triệu phần tử lặp đi lặp lại không mã hóa mà Kim đã đưa ra. phòng thí nghiệm cũng tập trung vào.

Kim cho biết: “Nếu bạn nhìn vào các loại ung thư khác nhau, mỗi loại có cấu hình RNA không có tế bào đặc trưng riêng, nhưng rất nhiều RNA này đến từ hàng triệu yếu tố lặp lại được tìm thấy trong toàn bộ bộ gen”. "Những gì chúng tôi nhận thấy là khi đào tạo các mô hình học máy để phân loại ung thư, các mô hình này hoạt động tốt hơn khi bạn đưa các RNA không có tế bào lặp đi lặp lại này làm các tính năng bổ sung. Chúng tôi thấy độ nhạy cao hơn trong việc phát hiện ung thư, vì vậy chúng tôi nghĩ rằng những yếu tố lặp lại này thực sự đang cung cấp rất nhiều thông tin phong phú về RNA phi tế bào mà trước đây mọi người chưa từng tìm kiếm."

Các xét nghiệm sinh thiết lỏng hiện có khác không nhạy lắm đối với bệnh ung thư giai đoạn đầu, với một số xét nghiệm có thể loại bỏ tới 75% bệnh ung thư giai đoạn I, khi tín hiệu sinh học thấp do kích thước khối u nhỏ. Bài báo của Kim cho thấy rằng việc kết hợp RNA lặp đi lặp lại vào nền tảng sinh thiết lỏng của họ sẽ làm tăng đáng kể tín hiệu sinh học và tăng hiệu suất của các mô hình học máy được giao nhiệm vụ xác định ung thư. Ví dụ: sử dụng COMPLETE-seq đã cải thiện hiệu suất lên độ nhạy 91% trong việc xác định ung thư đại trực tràng.

"Giá trị của nghiên cứu của chúng tôi là hiện tại chúng tôi đã cho thấy tiềm năng của các yếu tố lặp lại này trong chẩn đoán bệnh, vì vậy hy vọng sẽ có nhiều sự quan tâm trong việc tận dụng các RNA lặp đi lặp lại để tăng độ nhạy của các xét nghiệm phát hiện sớm đa bệnh ung thư này, "Kim nói.

Kết quả nghiên cứu cho thấy công nghệ này có thể được sử dụng để xác định nhiều loại ung thư. Phòng thí nghiệm ban đầu tập trung vào ung thư tuyến tụy cho nghiên cứu này vì nhu cầu lâm sàng khẩn cấp là phát hiện sớm ung thư tuyến tụy, vì việc phát hiện muộn sẽ dẫn đến kết quả tồi tệ hơn cho bệnh nhân. Ung thư tuyến tụy còn được biết là do đột biến gen KRAS, đây cũng là trọng tâm của phòng thí nghiệm của Kim.

Sau khi xác minh các phát hiện về ung thư tuyến tụy, các nhà nghiên cứu cũng xem xét nhiều loại ung thư khác và có kế hoạch xem xét nhiều loại ung thư hơn với các mẫu bổ sung trong các giai đoạn tiến triển của ung thư. Nhóm nghiên cứu quan tâm đến việc hợp tác với các bác sĩ lâm sàng và các công ty để thực hiện việc này.

Mục tiêu của Kim là phát triển xét nghiệm sinh thiết lỏng RNA để phát hiện sớm đa ung thư, sử dụng thông tin phong phú từ các RNA lặp đi lặp lại để xác định và chẩn đoán bệnh với độ nhạy và độ đặc hiệu cao. Kim hy vọng nền tảng của mình sẽ không chỉ chẩn đoán ung thư ở giai đoạn sớm nhất mà còn giúp hướng dẫn các chiến lược điều trị chính xác, phù hợp với từng cá nhân khi bệnh ung thư dễ điều trị hơn. Hơn nữa, xét nghiệm của ông có thể giúp xác định sự tái phát của bệnh ung thư, đồng thời được sử dụng để nghiên cứu quá trình lão hóa và chẩn đoán các loại bệnh khác làm thay đổi bối cảnh RNA lặp đi lặp lại, chẳng hạn như bệnh Alzheimer. Gần đây, ông đã trình bày Bài giảng UCSC Kraw về "Sức khỏe chính xác cho tất cả thông qua RNA", trình bày tầm nhìn của ông về việc phát hiện sớm và điều trị bệnh chính xác bằng cách sử dụng RNA.

Các nhà nghiên cứu cũng sử dụng trình tự nanopore để đọc các RNA không có tế bào trôi nổi trong máu, cho phép họ tạo ra các kết quả đọc dài và xác định độ dài thực sự của các RNA không có tế bào này. Kim tin rằng phòng thí nghiệm của ông là phòng thí nghiệm đầu tiên sử dụng giải trình tự nanopore, một kỹ thuật tiên phong tại UC Santa Cruz, để sinh thiết lỏng RNA nhằm chẩn đoán ung thư và xác định chiều dài đầy đủ của các RNA không có tế bào này. Trình tự nanopore có thể được thực hiện trên một thiết bị cầm tay được phát triển bởi Oxford Nanopore Technologies có tên là MinION. Điều này hứa hẹn sẽ thực hiện sàng lọc ung thư ở những nơi xa xôi hoặc nghèo tài nguyên, nơi không có sẵn các máy giải trình tự lớn hơn, đắt tiền hơn.

"Nghiên cứu này sẽ không thể thực hiện được nếu không có sự hỗ trợ mạnh mẽ của Hiệp hội Ung thư Hoa Kỳ và tất cả các nhà tài trợ hào phóng, lãnh đạo, nhân viên và tình nguyện viên, cũng như tất cả công sức của nghiên cứu sinh tiến sĩ của tôi, Roman Reggiardo (NIH F99/). K00 Fellow hiện đang làm việc tại phòng thí nghiệm của Điều tra viên HHMI Howard Chang tại Đại học Stanford) và tất cả các thành viên và cộng tác viên trong phòng thí nghiệm Kim của chúng tôi,” Kim nói.

Nguồn Đại học California - Santa Cruz .