Khi bệnh nhân có khối u hoặc triệu chứng đáng ngờ, một trong những điều đầu tiên bác sĩ có thể làm là tiến hành sinh thiết mô—một thủ thuật thu thập các tế bào để kiểm tra kỹ hơn.

Kiểm tra sự xuất hiện của các tế bào dưới kính hiển vi có thể xác định xem có ung thư hay không, cho biết loại ung thư đó là gì và đưa ra manh mối về tiên lượng của bệnh nhân. Ngoài ra, phân tích phân tử của mẫu sinh thiết mô cũng có thể tiết lộ thông tin có thể giúp hướng dẫn chiến lược điều trị được cá nhân hóa.

Mặc dù chúng rất quan trọng đối với việc chăm sóc bệnh nhân, nhưng sinh thiết mô—có thể sử dụng kim lớn, nội soi hoặc phẫu thuật mở—có thể xâm lấn, rủi ro, tốn kém và đau đớn. Và một số bệnh nhân có thể không thể sinh thiết mô do khối u của họ không thể tiếp cận được hoặc vì họ có các tình trạng sức khỏe khác khiến họ không thể thực hiện thủ thuật.

Bởi vì những yếu tố này gây khó khăn cho việc thực hiện sinh thiết lặp đi lặp lại trên bệnh nhân, những xét nghiệm này có thể là một phương pháp không thực tế để theo dõi khối u khi chúng phát triển và thay đổi theo thời gian. Tuy nhiên, chúng vẫn là tiêu chuẩn vàng để phát hiện và thu thập thông tin về bệnh ung thư.

Nhưng các nhà nghiên cứu đang khám phá một phương pháp mới có khả năng bổ sung hoặc, trong một số trường hợp, đóng vai trò thay thế cho sinh thiết mô. Phương pháp này, thường được gọi là sinh thiết lỏng, dựa trên việc phân tích các mẩu vật liệu khối u—các phân tử cũng như toàn bộ tế bào—được tìm thấy trong các chất dịch cơ thể như máu hoặc nước tiểu.

Mặc dù có một niềm tin phổ biến rằng sinh thiết lỏng cuối cùng có thể có tác động đáng kể đến việc chăm sóc bệnh nhân, nhưng hầu hết các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực này đều đồng ý rằng khoa học xung quanh phương pháp này vẫn đang phát triển và những câu hỏi quan trọng vẫn chưa được trả lời.

Lynn Sorbara, Ph.D. của Bộ phận Phòng chống Ung thư của NCI.

Các xét nghiệm khác nhau cho các phân tử khối u khác nhau

Hơn 100 năm trước, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng các khối u thải các phân tử và tế bào thành dịch cơ thể. Gần đây hơn, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc phân tích các phân tử và tế bào này có thể tiết lộ một số thông tin giống như sinh thiết mô cung cấp.

Nghiên cứu sinh thiết lỏng gần đây đã được mở rộng, tạo ra một lĩnh vực nghiên cứu hoàn toàn mới. Cả các nhà nghiên cứu hàn lâm và công nghiệp từ các lĩnh vực chuyên môn khác nhau đang làm việc trên nhiều phương diện để phát triển, tinh chỉnh và thiết lập các ứng dụng lâm sàng cho các xét nghiệm sinh thiết lỏng.

Các xét nghiệm sinh thiết lỏng khác nhau phân tích các loại vật liệu khối u khác nhau, chẳng hạn như DNA, RNA, protein, các túi nhỏ gọi là exosome và toàn bộ tế bào. Các xét nghiệm phát hiện các phân tử hoặc tế bào này trong các chất dịch cơ thể khác nhau, bao gồm máu, nước tiểu, dịch não tủy hoặc nước bọt. Những chất dịch cơ thể này thường dễ tiếp cận và trong hầu hết các trường hợp, quy trình lấy mẫu ít xâm lấn hơn và dễ lặp lại hơn so với sinh thiết mô.

Miguel Ossandon, MS, quản lý chương trình cho Chương trình Chẩn đoán Ung thư thuộc Phòng Chẩn đoán và Điều trị Ung thư của NCI giải thích: Tính năng này mang lại cho sinh thiết lỏng tiềm năng được sử dụng cho một số ứng dụng quan trọng mà sinh thiết mô không phù hợp.

Ví dụ, sinh thiết lỏng có thể được sử dụng để theo dõi sự phát triển của ung thư, theo dõi phản ứng của bệnh nhân với điều trị hoặc như một phương pháp “giám sát” đối với những người đã hoàn thành điều trị nhưng có nguy cơ tái phát bệnh cao, ông nói.

“Sự đa dạng của các công nghệ đang nổi lên để cho phép phân tích chính xác và mạnh mẽ hơn các phân tử, tế bào lưu thông và mọi thứ ở giữa, chắc chắn gợi ý rằng tiềm năng lâm sàng thú vị đối với phương pháp sinh thiết lỏng là câu hỏi ‘khi nào’ hơn là ‘nếu’, ” Tony Dickherber, tiến sĩ, giám đốc Chương trình công nghệ phân tích phân tử đổi mới của NCI cho biết .

Gần đây đã có một loạt nghiên cứu liên quan đến các xét nghiệm sinh thiết lỏng phân tích DNA khối u trong máu, được gọi là DNA khối u tuần hoàn (ctDNA) và một số xét nghiệm sinh thiết lỏng dựa trên ctDNA đang được phát triển lâm sàng.

Sử dụng DNA khối u để phát hiện ung thư sớm

Một ứng dụng tiềm năng của sinh thiết lỏng dựa trên ctDNA là phát hiện ung thư ở giai đoạn đầu, khi việc điều trị có thể thành công nhất. Ví dụ, trong một số nghiên cứu, xét nghiệm sinh thiết lỏng đã phát hiện ctDNA trong các mẫu máu được thu thập từ bệnh nhân nhiều tháng trước khi họ được chẩn đoán mắc bệnh ung thư bằng các phương pháp truyền thống, chẳng hạn như xét nghiệm hình ảnh.

Tuy nhiên, trong những nghiên cứu này, các xét nghiệm đôi khi tạo ra kết quả xét nghiệm dương tính giả—nghĩa là chúng phát hiện ra DNA ung thư khi không có ung thư nào thực sự phát triển.

Một mối lo ngại khác là các xét nghiệm này sẽ phát hiện các khối u giai đoạn đầu không phát triển nhiều hoặc phát triển chậm đến mức chúng sẽ không bao giờ thực sự gây hại cho bệnh nhân.

Tiến sĩ Sorbara lưu ý rằng việc điều trị những khối u phát triển chậm này thực sự có thể gây hại nhiều hơn là có lợi và “nguy cơ điều trị quá mức là mối quan tâm chính đối với việc phát hiện ung thư sớm”. Cô ấy tiếp tục: “Ý tưởng chẩn đoán ai đó chỉ sử dụng sinh thiết lỏng vẫn chưa được xác thực. Chúng tôi vẫn đang ở giai đoạn đầu và còn một chặng đường dài phía trước”.

Bà nói thêm rằng cần có các nghiên cứu đoàn hệ tiền cứu để thực sự xác định xem liệu sự hiện diện của ctDNA trong máu của bệnh nhân có thể được sử dụng như một dấu hiệu chính xác cho bệnh ung thư giai đoạn đầu hay không. Ví dụ, các nghiên cứu là cần thiết để xác định xem việc phát hiện ctDNA có đảm bảo điều trị hay không và liệu việc điều trị đó có cải thiện kết quả của bệnh nhân hay không.

NCI đang hỗ trợ một sáng kiến nhằm thúc đẩy sự phát triển và xác nhận các công nghệ sinh thiết lỏng có thể phát hiện ung thư giai đoạn đầu, phân biệt ung thư với các tình trạng lành tính và xác định ung thư phát triển nhanh và chậm. Mục đích chính của sáng kiến này là tạo ra mối quan hệ đối tác công-tư nhằm mang các chuyên gia kỹ thuật và lâm sàng lại với nhau để hoàn thành các mục tiêu này.

Nhìn về phía trước, Tiến sĩ Sorbara hình dung rằng các xét nghiệm sinh thiết lỏng có thể được sử dụng để sàng lọc ung thư giai đoạn đầu ở những người có nguy cơ cao, chẳng hạn như những người mắc hội chứng ung thư di truyền.

Hoặc, cô ấy tiếp tục, chúng có thể được sử dụng song song với các xét nghiệm khác, chẳng hạn như chụp cộng hưởng từ. Ví dụ, xét nghiệm sinh thiết lỏng có thể được sử dụng như một phương pháp sàng lọc trước thông thường ở những người khỏe mạnh để xác định những người có thể mắc ung thư giai đoạn đầu và là ứng cử viên cho các xét nghiệm sàng lọc khác (có thể tốn kém hơn hoặc xâm lấn hơn).

DNA khối u có thể hỗ trợ điều trị ung thư chính xác

Cũng có hy vọng rằng sinh thiết lỏng dựa trên ctDNA có thể hướng dẫn điều trị bằng thuốc chính xác bằng cách xác định các đặc điểm phân tử duy nhất của bệnh ung thư của một cá nhân. Trong một số nghiên cứu, sinh thiết lỏng đã xác định chính xác các đột biến ctDNA có khả năng được sử dụng để xác định phương pháp điều trị tối ưu.

Ví dụ, các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Ung thư Moores của UC San Diego đã phân tích mẫu máu của 168 bệnh nhân mắc các loại ung thư khác nhau, bao gồm ung thư não, phổi và vú. Đối với 58% số người tham gia, các nhà nghiên cứu đã xác định được ít nhất một đột biến ctDNA liên quan đến ung thư. Đối với hầu hết những bệnh nhân này, đã có sẵn thuốc được Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm (FDA) phê duyệt để điều trị ung thư với đột biến cụ thể đó.

Các nghiên cứu khác đã chứng minh tính khả thi của việc sử dụng sinh thiết lỏng dựa trên ctDNA trên quy mô lớn để xác định đột biến DNA trong bệnh ung thư của bệnh nhân. Chẳng hạn, các nhà điều tra đã sử dụng Guardant360—một xét nghiệm thương mại có sẵn để phân tích 70 gen liên quan đến ung thư trong một mẫu máu—để xác định các đột biến trong ctDNA của hơn 15.000 bệnh nhân. Các nhà điều tra phát hiện ra rằng, đối với hầu hết bệnh nhân, các đột biến gen được xác định bằng xét nghiệm sinh thiết lỏng phù hợp với những đột biến được xác định bằng xét nghiệm sinh thiết mô.

Vào năm 2016, FDA đã phê duyệt xét nghiệm sinh thiết lỏng, được gọi là Xét nghiệm Đột biến EGFR cobas® để phát hiện đột biến gen EGFR trong ctDNA của bệnh nhân ung thư phổi. Mục đích của xét nghiệm là xác định những bệnh nhân có thể là đối tượng để điều trị bằng erlotinib (Tarceva®) ^® và osimeritinib (Tagrisso®) ^® —các liệu pháp nhắm mục tiêu tấn công các tế bào ung thư có đột biến EGFR . Vì xét nghiệm có thể cho kết quả xét nghiệm âm tính giả nên FDA khuyến nghị sinh thiết mô nếu sinh thiết lỏng cho kết quả âm tính (có nghĩa là nó không phát hiện đột biến EGFR ).

Nhiều xét nghiệm sinh thiết lỏng khác có sẵn trên thị trường nhưng chưa được các nhà khoa học kiểm tra nghiêm ngặt. Các bác sĩ lâm sàng và các nhà nghiên cứu vẫn đang xác định những hạn chế của các xét nghiệm này và quan trọng hơn là liệu chúng có mang lại lợi ích lâm sàng cho bệnh nhân hay không. Ví dụ, không biết liệu sử dụng xét nghiệm sinh thiết lỏng để giúp lựa chọn phương pháp điều trị có cải thiện kết quả của bệnh nhân hay không.

Theo dõi đáp ứng điều trị với DNA khối u

Bởi vì chúng không xâm lấn và dễ dàng lặp lại, sinh thiết lỏng dựa trên ctDNA có thể hữu ích để theo dõi phản ứng của bệnh nhân đối với liệu pháp cả trong quá trình điều trị và sau khi điều trị kết thúc. Các bác sĩ lâm sàng hy vọng rằng việc theo dõi phản ứng của bệnh nhân đối với việc điều trị có thể cho phép thực hiện các điều chỉnh trong thời gian thực. Nói cách khác, việc điều trị có thể được dừng lại hoặc điều chỉnh nếu xét nghiệm cho thấy nó không hiệu quả.

Các kỹ thuật hình ảnh như chụp CT hiện đang được sử dụng để theo dõi đáp ứng điều trị cho bệnh nhân mắc một số loại ung thư, nhưng chúng không đủ nhạy để phát hiện những thay đổi nhỏ về kích thước khối u và chúng có xu hướng tốn kém, Mark Roschewski, MD, thuộc Trung tâm NCI giải thích. Nghiên cứu Ung thư.

Là một giải pháp thay thế tiềm năng, Tiến sĩ Roschewski và các đồng nghiệp của ông đã thử nghiệm khả năng của xét nghiệm sinh thiết lỏng để theo dõi phản ứng điều trị ở bệnh nhân ung thư hạch. Họ đã chỉ ra rằng những thay đổi trong ctDNA tương quan với phản ứng tích cực với hóa trị liệu. Hơn nữa, họ có thể sử dụng các mẫu ctDNA để phát hiện khi nào bệnh của một số bệnh nhân quay trở lại—hàng tháng trước khi có thể làm như vậy thông qua chụp CT.

Tiến sĩ Roschewski cho biết: “Trong nghiên cứu của chúng tôi, xét nghiệm sinh thiết lỏng nhạy hơn nhiều so với các kỹ thuật hình ảnh.

Tương tự như vậy, các nhà nghiên cứu NCI khác đã liên hệ những thay đổi về mức độ ctDNA với phản ứng của bệnh nhân đối với điều trị bằng liệu pháp miễn dịch. Họ thấy rằng họ có thể phát hiện những thay đổi này trong vòng 2 tuần kể từ khi bắt đầu điều trị. Họ giải thích rằng việc có một chỉ số sớm về hiệu quả của phương pháp điều trị có thể rất hữu ích vì chỉ một tỷ lệ nhỏ bệnh nhân thường đáp ứng với điều trị bằng liệu pháp miễn dịch.

“Các xét nghiệm sinh thiết lỏng có thêm lợi thế là cung cấp thông tin phân tử về bệnh ung thư, có thể thay đổi trong và sau khi điều trị,” Brian Sorg, Ph.D., cũng thuộc Phòng Chẩn đoán và Điều trị Ung thư của NCI cho biết. Thông tin bổ sung này có khả năng giúp các bác sĩ theo dõi sự phát triển của tình trạng kháng thuốc và đưa ra các quyết định điều trị được cá nhân hóa hơn.

Ví dụ, mặc dù hầu hết bệnh nhân ung thư phổi ban đầu đáp ứng với điều trị bằng một nhóm thuốc được gọi là chất ức chế tyrosine kinase, phần lớn phát triển kháng thuốc trong vòng 1 hoặc 2 năm kể từ khi bắt đầu điều trị.

Trong một nghiên cứu, một nhóm các nhà nghiên cứu đã phân tích các đột biến trong ctDNA từ những bệnh nhân ung thư phổi đã trở nên đề kháng với một số chất ức chế tyrosine kinase. Họ đã phát hiện ra một đột biến gen gây ra tình trạng kháng thuốc trong ctDNA của 80% người tham gia.

Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng cần có một nghiên cứu riêng biệt để xác định xem xét nghiệm sinh thiết lỏng có thể xác định những bệnh nhân có khối u mang đột biến này hay không và những người có nhiều khả năng được hưởng lợi từ một phương pháp điều trị khác.

Theo đánh giá của chuyên gia do Hiệp hội Ung thư lâm sàng Hoa Kỳ (ASCO) và Đại học Bệnh học Hoa Kỳ (CAP) công bố, hầu hết các xét nghiệm sinh thiết lỏng chưa sẵn sàng để sử dụng thường quy trong chăm sóc ung thư lâm sàng. Dựa trên phân tích 77 nghiên cứu sinh thiết lỏng, các tổ chức đã kết luận rằng hầu hết các xét nghiệm sinh thiết lỏng được thiết kế để theo dõi phản ứng điều trị cần thêm bằng chứng để xác nhận rằng các xét nghiệm xác định chính xác bệnh nhân mà một phương pháp điều trị cụ thể có khả năng hiệu quả. Bằng chứng về tính hợp lệ của các bài kiểm tra này “vẫn đang xuất hiện”, họ viết.

Hạn chế của sinh thiết lỏng dựa trên ctDNA

Mặc dù có nhiều ứng dụng tiềm năng cho sinh thiết lỏng dựa trên ctDNA, nhưng cũng có một số hạn chế.

Hầu hết các loại ung thư đều thiếu dấu ấn sinh học được thiết lập tốt (chẳng hạn như đột biến DNA cụ thể) cho phép các nhà khoa học xác định và theo dõi bệnh thông qua ctDNA. Ví dụ, một dấu ấn sinh học thường được sử dụng để theo dõi ung thư tuyến tụy tiến triển được coi là không đáng tin cậy để phát hiện sớm bệnh.

Tiến sĩ Dickherber cho biết: “Mặc dù công nghệ phát hiện ctDNA trong chất dịch cơ thể đã được cải thiện đáng kể, nhưng kiến thức cần thiết để xác định các dấu ấn sinh học thích hợp cho nhiều loại ung thư vẫn chưa có”.

Và các đột biến DNA khác nhau ngay cả giữa những bệnh nhân mắc cùng loại ung thư, vì vậy mặc dù một đột biến cụ thể có thể phổ biến đối với một loại ung thư, nhưng nhiều bệnh nhân mắc loại ung thư đó có thể không mắc bệnh này. Điều này thêm một lớp phức tạp vào thách thức xác định dấu ấn sinh học ctDNA cho mọi loại và giai đoạn ung thư.

Ossandon cho biết một giải pháp khả thi có thể liên quan đến việc kết hợp mô và sinh thiết lỏng. Ông giải thích, đầu tiên, sinh thiết mô có thể được sử dụng để xác định các dấu ấn sinh học duy nhất cho khối u của một cá nhân, sau đó các xét nghiệm sinh thiết lỏng có thể được sử dụng để theo dõi các dấu ấn sinh học đó.

Một hạn chế khác là ctDNA trong máu có thể không thực sự đại diện cho DNA trong khối u thực tế và do đó, có thể không phải là nguồn thông tin tốt nhất để hướng dẫn các quyết định lâm sàng. Tiến sĩ Sorg giải thích: Các khối u không đồng nhất — nghĩa là các đột biến DNA khác nhau giữa các tế bào ung thư trong một khối u — và người ta không biết liệu ctDNA có được giải phóng khỏi toàn bộ khối u hay chỉ một số phần của nó.

Tiến sĩ Sorbara cho biết, người ta cũng không biết liệu các đột biến được tìm thấy trong ctDNA có phải là đột biến “điều khiển” hay không—những đột biến đóng vai trò quan trọng trong sinh học của bệnh ung thư. Thay vào đó, chúng có thể là những đột biến “hành khách”, tức là những thay đổi đi kèm với sự phát triển của bệnh ung thư nhưng không kiểm soát sự phát triển của nó.

Đánh giá của ASCO và CAP cũng phát hiện ra rằng kết quả của hầu hết các xét nghiệm sinh thiết lỏng không hoàn toàn khớp với kết quả từ sinh thiết mô, đặt ra câu hỏi về tính chính xác của các xét nghiệm mới này. Các chuyên gia lưu ý rằng sự khác biệt này có thể là kết quả của sự khác biệt sinh học (ví dụ giữa mẫu máu và mẫu mô) hoặc những hạn chế của các xét nghiệm.

Tiến sĩ Roschewski cho biết: “Có thể câu hỏi lớn nhất chưa được trả lời là liệu các xét nghiệm sinh thiết lỏng có thể cải thiện khả năng sống sót của bệnh nhân hay không”. Có nghĩa là, việc sử dụng các xét nghiệm sinh thiết lỏng để phát hiện ung thư giai đoạn đầu, lựa chọn phương pháp điều trị hoặc theo dõi tiến triển của bệnh cuối cùng có kéo dài sự sống của bệnh nhân hoặc cải thiện chất lượng cuộc sống không?

Nhiều nhà nghiên cứu, bao gồm các chuyên gia của ASCO và CAP, đồng ý rằng cần có các nghiên cứu phân tích triển vọng ảnh hưởng của các xét nghiệm sinh thiết lỏng đối với kết quả lâm sàng.

Ví dụ, Đại học Stanford và NCI đang dẫn đầu một thử nghiệm lâm sàng để đánh giá phản ứng lâm sàng và khả năng sống sót chung của những bệnh nhân được điều trị nhắm mục tiêu dựa trên thông tin phân tử được xác định thông qua xét nghiệm sinh thiết mô hoặc chất lỏng. Kể từ tháng 10 năm 2017, thử nghiệm hiện đang tuyển người lớn có khối u rắn di căn.