Máu mẹ tiết lộ bí mật thai nhi

Đồng hồ điểm quá nửa đêm một tối mùa thu năm 1996 là lúc giáo sư Yuk Ming Dennis Lo tìm ra bước đột phá hứa hẹn thay đổi nền y học hiện đại. Phát hiện được ví như báu vật của Lo chính là một ADN di chuyển tự do trong máu, có thể giúp thực hiện những xét nghiệm tiền sản cho bào thai về hội chứng di truyền, tạo lập bộ gene hoàn chỉnh, thậm chí tầm soát ung thư ở giai đoạn sớm.

Tất cả chỉ nằm trong một xét nghiệm máu đơn giản.

Bí ẩn trong máu

ADN của bào thai di chuyển tự do trong huyết tương người mẹ là phát hiện đầu tiên của giáo sư Lo. ADN này chính là cửa sổ giúp chẩn đoán sức khỏe thai nhi trong hiện tại và cả tương lai. Tuy nhiên, phát hiện quan trọng lúc đó không làm giới y khoa hứng thú.

"Họ nghĩ rằng nó chỉ được dùng cho mục đích chọn lựa giới tính", giáo sư Lo, hiện là Giám đốc Viện khoa học sức khỏe Li Ka Shing, Hong Kong, nhớ lại.

Định kiến cho rằng đây chỉ là một ứng dụng hẹp và vấp phải các vấn đề đạo đức đã khiến giới khoa học bỏ lỡ một trong những đột phá lớn nhất thế kỷ 21. Thế nhưng, khó khăn này không ngăn cản Lo tiếp tục công trình đầy tâm huyết.

Khởi đầu của tham vọng vượt thời đại

Lo bắt tay truy tìm ADN của thai nhi trong máu mẹ tại đại học Oxford, Anh, nơi ông có cơ hội gặp nhà khoa học hàng đầu, giáo sư John Bell.

"Tôi được nghe giáo sư giảng về phản ứng chuỗi Polymerase (PCR), kỹ thuật khuếch đại một đoạn ADN thành hàng nghìn, thậm chí hàng triệu bản sao. Ông ấy nói kỹ thuật này sẽ thay đổi thế giới", nhà khoa học 52 tuổi hồi tưởng.

Sau khi học cách thực hiện PCR, Lo nhanh chóng lao vào nghiên cứu một ứng dụng hiệu quả cho kỹ thuật này. Đích đến là một kiểm tra an toàn và không xâm lấn nhằm phát hiện hội chứng Down thay cho phương pháp truyền thống chọc dò màng ối, thủ tục sản khoa phát hiện các bất thường như hội chứng Down thông qua kiểm tra tế bào của thai nhi trong dịch ối.

"Một cây kim lớn sẽ chọc xuyên qua bụng người mẹ tới tử cung", Lo mô tả thủ thuật có thể gây sảy thai với tỷ lệ ước tính 1%, theo thống kê của Cơ quan dịch vụ sức khỏe quốc gia Anh.

"Tôi tự hỏi vì sao các bác sĩ phải thực hiện thủ thuật nguy hiểm như vậy? Tại sao chúng ta không lấy một mẫu máu từ người mẹ để kiểm tra?" Ông nhớ lại những trăn trở thôi thúc ông tìm ra phương pháp chẩn đoán mới.

Mô tả ADN tế bào tự do của thai nhi trong huyết tương mẹ. (Ảnh: CNN).

Tuy nhiên, kiến thức khoa học thời bấy giờ lại chậm một bước so với tham vọng của Lo. Những năm 1980 khi ông còn là sinh viên, giới chuyên gia vẫn tin rằng máu của thai nhi và người mẹ là hoàn toàn độc lập.

Công cuộc tìm kiếm ADN bào thai trong máu mẹ của Dennis Lo kéo dài ròng rã suốt 8 năm nhưng không mang lại kết quả. Tế bào thai nhi đi vào máu mẹ có số lượng quá ít ỏi, nghiên cứu vì vậy phải tạm ngưng.

Chìa khóa từ các phân tử

Năm 1997 là thời điểm bước ngoặt khi giáo sư Lo trở về Hong Kong. 3 tháng trước đó, ông biết tới thông tin những bệnh nhân ung thư được phát hiện có cácADN từ khối u trôi khổi trong huyết tương (plasma).

Các nhà khoa học nhận thấy các tế bào ung thư chết đi có thể giải phóng vật liệu di truyền vào máu người bệnh, được biết với tên ADN tự do có nguồn gốc từ các tế bào khối u chết (ctADN).

"Tôi nghĩ một đứa trẻ lớn lên bên trong người mẹ cũng giống như ung thư phát triển trong cơ thể, ngoại trừ một điều tôi chưa từng thấy khối u nào nặng hơn 3,6kg. Như vậy, nếu một khối u nhỏ có thể giải phóng đủ ADN cho chúng ta quan sát thì một bào thai cũng có thể làm điều tương tự", Lo giải thích.

Kiên trì với mục tiêu, Lo buộc phải tìm được cách trích xuất ADN từ huyết tương. Ông bất ngờ tìm ra lối thoát từ một phạm trù tưởng như không liên quan.

"Khi còn ở Anh, tôi thường nấu mỳ ăn liền, đun sôi nước dùng rồi cho mì vào. Tôi chợt nghĩ cách đơn giản nhất để xử lý huyết tương chính là đun sôi nó lên", Lo chia sẻ.

Cách thức đơn giản mang tới hiệu quả không ngờ. Khi đun nóng, protein trong huyết tương, thành phần có thể phá hủy AND bị triệt tiêu, trong khi đó, ADN cần cho nghiên cứu vẫn còn nguyên vẹn.

Tuân theo quy trình này, Lo bắt đầu kiểm tra huyết tương của thai phụ tìm kiếm ADN của thai nhi và hoàn toàn bất ngờ khi nhìn thấy kết quả đầu tiên.

"Tôi không thể tin vào mắt mình, ADN của bào thai tìm kiếm lâu nay tồn tại trong chính phần mà chúng tôi đã bỏ lỡ suốt 8 năm qua".

Từ khám phá tới ứng dụng

Nhiều năm sau phát hiện ADN mang tính đột phá, giáo sư Lo vẫn không tìm được người ủng hộ hay ứng dụng nào.

"Khám phá sẽ là một giải thưởng lớn nếu có thể trở thành xét nghiệm chẩn đoán hội chứng Down", ông nhớ lại lời khuyên từ giới chuyên gia.

Hội chứng Down là bệnh di truyền, xảy ra khi thai nhi đột biến dư một nhiễm sắc thể thứ 21. Thông thường, hội chứng được chẩn đoán bằng kiểm tra các tế bào thai nhi và đếm số lượng nhiễm sắc thể. Các nhà khoa học không tin ADN tế bào tự do có thể làm được điều này. Song, giáo sư Lo đã chứng minh điều ngược lại.

Trải qua một thập kỷ nghiên cứu, năm 2007, nhóm của giáo sư Lo phát hiện vì thừa một nhiễm sắc thể thứ 21, số lượng các phân tử sản xuất từ nhiễm sắc thể này sẽ gia tăng trong huyết tương mẹ nếu thai phụ đang mang bào thai mắc chứng Down.

"Mọi người nghĩ chúng tôi điên vì phương pháp này đồng nghĩa với việc phải thực hiện nhiều kỹ thuật phản ứng chuỗi trùng lặp (PCR)", Lo nói.

ADN của bào thai trong huyết tương, theo vị giáo sư, là rất nhỏ. Do đó, cần thực hiện PCR khuếch đại để tạo ra đủ dữ liệu cho phân tích. Chi phí đắt đỏ lúc ấy khiến phương pháp này trở nên phi thực tế nếu ứng dụng hàng loạt. Tuy nhiên, may mắn mỉm cười với giáo sư Lo vào năm 2008 nhờ sự ra đời của kỹ thuật chuỗi trình tự ADN thế hệ mới có thể tạo ra hàng triệu đoạn ADN chỉ trong thời gian ngắn.

Năm 2011, xét nghiệm máu kiểm tra hội chứng Down được triển khai hàng loạt, tới nay được hơn 90 quốc gia áp dụng. Theo thống kê mới nhất, hơn hai triệu phụ nữ mang thai đã sử dụng phương pháp mới không xâm lấn này trong xét nghiệm tiền sản.

Song song với lợi ích không thể bàn cãi là vấn đề chọn lựa giới tính bị lợi dụng từ xét nghiệm ADN thai nhi. Lo cho biết, ông rất lo lắng về những rủi ro đạo đức này và đã xây dựng nên những quy định nghiêm ngặt cấm sử dụng cho mục đích chọn lựa giới tính từ khi xét nghiệm được cấp phép.

Mô tả xét nghiệm máu chẩn đoán hội chứng Down cho thai nhi trong bụng mẹ. (Ảnh: CNN).

Những khả năng vô hạn

Bí mật trong máu có thể ẩn chứa những khả năng vô hạn trong tương lai, theo giáo sư Lo. Xác lập trình tự bộ gene trước khi sinh là tiền đề kiểm tra những hội chứng có thể mắc phải sau này, trong đó có ung thứ vú do đột biến gene BRCA1, ứng dụng trong dự đoán màu tóc hay tuổi thọ.

Vị giáo sư lưu ý chi phí cực đắt đỏ khiến những xét nghiệm này chưa thể thực hiện phổ biến hiện nay. Tuy nhiên, "về cơ bản, chúng ta đã mở được cửa sổ không xâm lấn để tìm hiểu về cơ thể người".

Tìm kiếm ung thư

Giáo sư Lo đang tập trung nghiên cứu một xét nghiệm máu cho người trưởng thành nhằm chẩn đoán ung thư gan, mũi và vòm họng ngay từ giai đoạn đầu mà các phương pháp tầm soát khác không thể phát hiện.

Được mệnh danh là kỹ thuật "sinh thiết lỏng", phương pháp này truy tìm trong huyết tương những ctDNA giải phóng bởi các tế bào ung thư, qua đó xác định loại ung thư và giai đoạn mà một người đang mắc phải.

Xét nghiệm này đã được triển khai trên 10.000 nam giới trung niên ở Hong Kong và có khả năng cứu sống hàng trăm nghìn người trên thế giới nếu được áp dụng rộng rãi.

Bên cạnh đó, Lo còn sử dụng "sinh thiết lỏng" trong giám sát phản ứng thải loại khi ghép tạng và sức khỏe của bệnh nhân sau tai nạn giao thông.

Tham vọng tiếp theo

Giáo sư Lo đặt mục tiêu tiếp theo cho mình là một xét nghiệm ADN ít xâm lấn hơn, bằng cách sử dụng nước tiểu người mẹ.

"Hai giờ sau khi sinh, ADN của bào thai biến mất trong máu mẹ. Vậy ADN đó đã đi đâu? Chúng tôi đoán là trong nước tiểu", giáo sư nhận định.

Ông cho rằng nước tiểu có thể ẩn chứa một cửa sổ khác mở ra sức khỏe của người mẹ và em bé trong tương lai.

"Do đó, tôi nghĩ đây sẽ là 'kho báu' tiếp theo mà chúng tôi hướng tới", ông nói.