Phương pháp chẩn đoán trước sinh không xâm lấn (Non-invasive prenatal diagnosis-NIPD) trong chẩn đoán tiền sản hiện đại

Giới thiệu

Hiện nay, các phương pháp chẩn đoán tiền sinh đóng vai trò quan trọng giúp phát hiện sớm các bất thường di truyền và dị tật bẩm sinh ở thai nhi giai đoạn sớm, từ đó giúp quản lý thai kỳ hiệu quả hơn. Chọc ối và sinh thiết gai nhau đang là tiêu chuẩn vàng được thực hiện để chẩn đoán tiền sinh, mặc dù có độ chính xác cao nhưng là đây những kỹ thuật xâm lấn, tiềm ẩn nhiều nguy cơ và có thể gây ra một số biến chứng sản khoa ^[1]. Chính vì vậy, nhu cầu phát triển các phương pháp chẩn đoán an toàn hơn và không xâm lấn cho cả mẹ và thai nhi ngày càng được quan tâm.

Chẩn đoán tiền sinh không xâm lấn (Non-invasive Prenatal Diagnosis - NIPD) là phương pháp phân tích vật liệu di truyền của thai nhi thông qua mẫu máu ngoại vi của mẹ mà không cần thực hiện các thủ thuật xâm lấn như chọc ối hay sinh thiết gai nhau. Sự phát hiện DNA tự do của thai nhi (cell-free fetal DNA - cffDNA) trong huyết tương mẹ đã tạo nền tảng cho sự phát triển của NIPD và mở ra một bước tiến lớn trong lĩnh vực y học bào thai ^[2]. Hiện nay, NIPD sử dụng các kỹ thuật sinh học phân tử tiên tiến như real-time PCR, digital PCR (dPCR) và đặc biệt là giải trình tự gen thế hệ mới (Next-Generation Sequencing – NGS) để phân tích DNA. Phương pháp này cho phép phát hiện nhiều bất thường di truyền của thai nhi như lệch bội nhiễm sắc thể (NST), bệnh di truyền đơn gen và một số vi mất đoạn NST mà không cần can thiệp xâm lấn vào buồng ối. Nhờ tính an toàn, độ nhạy và độ đặc hiệu cao, NIPD đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong thực hành lâm sàng và được xem là xu hướng phát triển quan trọng trong tương lai.

Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm nổi bật, NIPD vẫn còn tồn tại một số hạn chế như phụ thuộc vào lượng DNA tự do, nguy cơ dương tính giả do hiện tượng khảm nhau thai, chi phí cao và yêu cầu công nghệ phân tích chuyên sâu. Do đó, việc tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện các kỹ thuật NIPD là cần thiết, nhằm nâng cao hiệu quả ứng dụng lâm sàng và mở rộng phạm vi chẩn đoán trong tương lai.

Tổng quan về NIPD

Cơ sở sinh học quan trọng nhất của NIPD là sự hiện diện của cffDNA trong huyết tương mẹ. Năm 1997, Lo và cộng sự lần đầu tiên phát hiện cffDNA trong máu ngoại vi của phụ nữ mang thai, mở ra bước ngoặt lớn trong lĩnh vực y học bào thai và di truyền học tiền sản. cffDNA chủ yếu có nguồn gốc từ quá trình apoptosis của các tế bào nuôi nhau thai (trophoblast), sau đó được giải phóng vào tuần hoàn máu mẹ ở dạng phân mảnh cao. cffDNA có thể được phát hiện từ rất sớm, khoảng tuần thứ 5–7 của thai kỳ, nồng độ tăng dần theo tuổi thai và đặc trưng cho thai kỳ đang diễn ra. Sau sinh, khi nhau thai được lấy ra, cffDNA nhanh chóng bị đào thải khỏi tuần hoàn máu mẹ chỉ trong vài giờ, cho thấy nguồn gốc chủ yếu từ thai và nhau thai ^[3]. Đặc điểm này giúp cffDNA trở thành dấu ấn sinh học lý tưởng cho các xét nghiệm tiền sản không xâm lấn.

Gần đây, sự phát triển nhanh chóng của công nghệ NGS đã giúp mở rộng phạm vi ứng dụng của NIPD. Từ việc phát hiện lệch bội NST thường gặp, NIPD hiện nay đã có thể ứng dụng trong chẩn đoán bệnh di truyền đơn gen, vi mất đoạn NST và thậm chí phân tích toàn bộ hệ gen thai nhi trong một số nghiên cứu chuyên sâu ^[4]. NIPD cần được phân biệt với xét nghiệm sàng lọc trước sinh không xâm lấn (Non-invasive Prenatal Testing – NIPT). NIPT chủ yếu được sử dụng để đánh giá nguy cơ lệch bội NST như trisomy 21, 18 và 13, trong khi NIPD mang tính chất chẩn đoán, hướng tới xác định trực tiếp các bất thường di truyền cụ thể của thai nhi, đặc biệt trong các trường hợp có nguy cơ cao hoặc có tiền sử gia đình mắc bệnh di truyền ^[5].

Cơ sở sinh học

Trong huyết tương mẹ, cffDNA tồn tại cùng với DNA tự do của mẹ (cell-free maternal DNA-cfDNA). Các nghiên cứu cho thấy cffDNA thường chiếm khoảng 3–20% tổng cfDNA trong máu mẹ, tùy thuộc vào tuổi thai và nhiều yếu tố sinh học khác. Đặc biệt, cffDNA có kích thước ngắn hơn DNA của mẹ, thường khoảng 140–160 bp, là đặc điểm quan trọng được ứng dụng trong các kỹ thuật phân tích hiện đại ^[6].

Tỷ lệ cffDNA là yếu tố quyết định độ chính xác của các xét nghiệm NIPD. Theo một nghiên cứu đoàn hệ lớn trên 1949 trường hợp mang đơn thai có nguy cơ thấp và nguy cơ cao, lượng DNA tự do của thai nhi được báo cáo là tăng với tốc độ 2,6% mỗi tuần trong khoảng tuần thai thứ 8-10, 0,2% mỗi tuần khoảng tuần thai thứ 10-20 và 0,7% mỗi tuần cho đến khi sinh ^[7]. Nồng độ cffDNA quá thấp có thể làm tăng nguy cơ âm tính giả hoặc kết quả không xác định. Phần lớn các kỹ thuật hiện nay yêu cầu lượng DNA tự do tối thiểu khoảng 4% để đảm bảo độ tin cậy của xét nghiệm. Nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến lượng DNA tự do này. Tuổi thai càng lớn thì tỷ lệ cffDNA càng tăng. Ngược lại, chỉ số khối cơ thể (Body Mass Index - BMI) cao ở mẹ có liên quan đến giảm lượng DNA tự do do tăng lượng cfDNA có nguồn gốc từ mẹ. Ngoài ra, các yếu tố như đa thai, bất thường nhau thai, bệnh lý thai kỳ hoặc tình trạng khảm nhau thai cũng có thể ảnh hưởng đến kết quả xét nghiệm ^[4].

Ứng dụng lâm sàng của NIPD

• Phát hiện lệch bội NST

Ứng dụng phổ biến nhất của NIPD hiện nay là phát hiện các bất thường số lượng NST, đặc biệt là trisomy 21 (hội chứng Down), trisomy 18 (hội chứng Edwards) và trisomy 13 (hội chứng Patau). Dựa trên phân tích cffDNA trong huyết tương mẹ bằng công nghệ NGS, NIPD có độ nhạy và độ đặc hiệu rất cao trong phát hiện các lệch bội này. Nhiều nghiên cứu đã ghi nhận độ nhạy của NIPD đối với trisomy 21 đạt trên 99%, với tỷ lệ dương tính giả thấp hơn đáng kể so với các phương pháp sàng lọc sinh hóa truyền thống ^[8]. Nhờ hiệu quả cao và tính an toàn, NIPD hiện được xem là phương pháp sàng lọc ưu tiên trong nhiều hướng dẫn quốc tế về chẩn đoán tiền sinh.

Tuy nhiên, mặc dù có độ chính xác cao, NIPD đối với lệch bội NST vẫn được xem là xét nghiệm sàng lọc và các trường hợp dương tính cần được xác nhận bằng các phương pháp chẩn đoán xâm lấn như chọc ối hoặc sinh thiết gai nhau.

Ngoài các trisomy thường gặp, NIPD còn được ứng dụng trong phát hiện các bất thường NST giới tính như hội chứng Turner (45X), hội chứng Klinefelter (47XXY), hội chứng Triple X (47XXX) và hội chứng Jacobs (47XYY). Độ chính xác của NIPD đối với các bất thường này thấp hơn so với trisomy 21 do sự phức tạp trong phân tích NST giới tính và ảnh hưởng của hiện tượng khảm NST ^[9]. Bên cạnh đó, NIPD còn được sử dụng để xác định giới tính thai nhi từ rất sớm thông qua phát hiện trình tự gen SRY trên NST Y. Ứng dụng này đặc biệt có ý nghĩa trong quản lý các bệnh di truyền liên kết NST X như hemophilia hoặc loạn dưỡng cơ Duchenne ^[10].

• Chẩn đoán bệnh di truyền đơn gen

Sự phát triển của dPCR, giải trình tự đích và các phương pháp phân tích haplotype như RHDO (Relative Haplotype Dosage Analysis) đã mở rộng phạm vi ứng dụng của NIPD trong chẩn đoán các bệnh di truyền đơn gen. Hiện nay, NIPD có thể phát hiện nhiều bệnh lý di truyền quan trọng như β-thalassemia, xơ nang, teo cơ tủy sống, bệnh Huntington và loạn dưỡng cơ Duchenne, góp phần nâng cao hiệu quả chẩn đoán và tư vấn di truyền trước sinh ^[4].

Đối với các bệnh đơn gen, ứng dụng NIPD bị hạn chế ở di truyền từ cha và di truyền mới do sự phức tạp trong việc phân biệt alen của mẹ với alen của thai nhi. Trong những trường hợp này, các phương pháp phân tích khác nhau tùy thuộc vào cơ sở di truyền cơ bản. Trong trường hợp cả cha và mẹ đều mang cùng một biến thể gây bệnh, NIPD không thể chỉ dựa vào việc phát hiện biến thể gây bệnh đơn giản do sự cùng tồn tại của DNA mẹ và DNA thai nhi. Thay vào đó, nó dựa trên phân tích liều lượng biến thể gây bệnh tương đối bằng dPCR, cho phép phát hiện sự mất cân bằng nhỏ giữa alen kiểu hoang dã và alen biến thể. dPCR cho phép định lượng tuyệt đối alen kiểu hoang dã và alen biến thể với độ nhạy và độ đặc hiệu cao ^[11]. Việc định lượng này cho phép xác định sự cân bằng alen hoặc sự mất cân bằng giữa alen bình thường và alen biến thể trong mẫu. Cụ thể hơn, ở một phụ nữ không truyền máu và không mang thai, sự cân bằng alen (50:50 giữa alen kiểu hoang dã và alen biến thể) được dự đoán. Việc đưa DNA thai nhi vào huyết tương của mẹ có thể tạo ra sự mất cân bằng: nếu mẹ và thai nhi có cùng kiểu gen, sự cân bằng được duy trì; trong khi nếu thai nhi đồng hợp tử, sẽ có sự gia tăng alen mà thai nhi đồng hợp tử ^[11].

Mặc dù tiềm năng rất lớn, việc triển khai rộng rãi NIPD cho bệnh đơn gen hiện vẫn còn hạn chế do chi phí cao, yêu cầu kỹ thuật phức tạp và cần có hệ thống phân tích tin sinh chuyên sâu.

Giá trị lâm sàng của NIPD

Ưu điểm của NIDP so với các phương pháp xâm lấn

NIPD có ưu điểm lớn nhất là tính an toàn do chỉ sử dụng mẫu máu ngoại vi của mẹ để phân tích cffDNA, không cần can thiệp trực tiếp vào buồng ối hoặc bánh nhau. Vì vậy, phương pháp này hầu như không làm tăng nguy cơ sảy thai hoặc các biến chứng sản khoa liên quan thủ thuật xâm lấn ^[9]. Ngoài ra, NIPD có thể được thực hiện sớm từ tuần thứ 9–10 của thai kỳ, sớm hơn so với chọc ối. Điều này giúp phát hiện sớm các bất thường di truyền và hỗ trợ tư vấn, quản lý thai kỳ hiệu quả hơn. Độ nhạy và độ đặc hiệu của NIPD trong phát hiện trisomy 21 hiện đạt trên 99%, vượt trội hơn nhiều so với các phương pháp sàng lọc sinh hóa truyền thống ^[8]. Một ưu điểm khác của NIPD là khả năng triển khai rộng rãi với quy trình lấy mẫu đơn giản, ít gây căng thẳng tâm lý cho thai phụ và giảm nhu cầu thực hiện các thủ thuật xâm lấn không cần thiết.

Hạn chế

Mặc dù có nhiều ưu điểm nổi bật, NIPD vẫn tồn tại một số hạn chế cần được lưu ý trong thực hành lâm sàng. Một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ chính xác của xét nghiệm là tỷ lệ DNA thai nhi trong tổng lượng cfDNA của mẹ. Khi lượng DNA thai nhi quá thấp, nguy cơ âm tính giả hoặc kết quả không xác định sẽ tăng lên đáng kể ^[12]. Các trường hợp mẹ béo phì, tuổi thai nhỏ hoặc một số bệnh lý nhau thai thường liên quan đến nguy cơ này.

Ngoài ra, do cffDNA chủ yếu có nguồn gốc từ tế bào nhau thai nên kết quả NIPD có thể bị ảnh hưởng bởi hiện tượng khảm khu trú ở nhau thai (confined placental mosaicism). Trong một số trường hợp, bộ gen của nhau thai không hoàn toàn phản ánh bộ gen thực sự của thai nhi, dẫn đến kết quả dương tính giả hoặc không tương đồng với kết quả chẩn đoán xâm lấn ^[9].

Đối với các bất thường hiếm gặp như vi mất đoạn NST hoặc bệnh di truyền đơn gen, độ chính xác của NIPD hiện vẫn chưa đồng đều giữa các nghiên cứu và còn phụ thuộc nhiều vào nền tảng công nghệ cũng như quy trình phân tích tinh sinh học. Do đó, các kết quả dương tính thường cần được xác nhận bằng các kỹ thuật chẩn đoán xâm lấn trước khi đưa ra quyết định lâm sàng cuối cùng ^[13].

Bên cạnh các hạn chế kỹ thuật, chi phí xét nghiệm cao và yêu cầu trang thiết bị hiện đại cũng là những rào cản đối với việc triển khai rộng rãi NIPD tại nhiều quốc gia đang phát triển. Ngoài ra, sự phát triển của các kỹ thuật giải trình tự toàn bộ hệ gen thai nhi còn đặt ra nhiều vấn đề đạo đức liên quan đến quyền riêng tư di truyền, tư vấn di truyền và quản lý thông tin y học cá thể hóa trong tương lai.

Kết luận

Trong thực hành lâm sàng hiện nay, NIPD và các phương pháp chẩn đoán xâm lấn không mang tính thay thế hoàn toàn mà có vai trò bổ sung cho nhau. NIPD giúp giảm số lượng thai phụ cần thực hiện thủ thuật xâm lấn nhờ khả năng sàng lọc hiệu quả và an toàn. Trong khi đó, chọc ối và sinh thiết gai nhau vẫn giữ vai trò xác nhận chẩn đoán trong các trường hợp nguy cơ cao hoặc có kết quả NIPD bất thường. Sự kết hợp giữa các phương pháp này góp phần nâng cao hiệu quả chẩn đoán trước sinh, tối ưu hóa quản lý thai kỳ và giảm thiểu nguy cơ cho cả mẹ và thai nhi.

Tài liệu tham khảo

1.    Beta, J., Zhang, W., Geris, S., Kostiv, V., & Akolekar, R. (2019). Procedure-related risk of miscarriage following chorionic villus sampling and amniocentesis. Ultrasound in Obstetrics & Gynecology: The Official Journal of the International Society of Ultrasound in Obstetrics and Gynecology, 54(4), 452–457. https://doi.org/10.1002/uog.20293

2.    Hanson, B., Scotchman, E., Chitty, L. S., & Chandler, N. J. (2022). Non-invasive prenatal diagnosis (NIPD): How analysis of cell-free DNA in maternal plasma has changed prenatal diagnosis for monogenic disorders. Clinical Science (London, England : 1979), 136(22), 1615–1629. https://doi.org/10.1042/CS20210380

3.    Yu, S. C. Y., Lee, S. W. Y., Jiang, P., Leung, T. Y., Chan, K. C. A., Chiu, R. W. K., & Lo, Y. M. D. (2013). High-resolution profiling of fetal DNA clearance from maternal plasma by massively parallel sequencing. Clinical Chemistry, 59(8), 1228–1237. https://doi.org/10.1373/clinchem.2013.203679

4.    Hanson, B., Paternoster, B., Povarnitsyn, N., Scotchman, E., Chitty, L., & Chandler, N. (2023). Non-invasive prenatal diagnosis (NIPD): Current and emerging technologies. Extracellular Vesicles and Circulating Nucleic Acids, 4(1), 3–26. https://doi.org/10.20517/evcna.2022.44

5.    Benn, P., Cuckle, H., & Pergament, E. (2013). Non-invasive prenatal testing for aneuploidy: Current status and future prospects. Ultrasound in Obstetrics & Gynecology, 42(1), 15–33. https://doi.org/10.1002/uog.12513

6.    Guseh, S. H. (2020). Noninvasive prenatal testing: From aneuploidy to single genes. Human Genetics, 139(9), 1141–1148. https://doi.org/10.1007/s00439-019-02061-1

7.    Pergament, E., Cuckle, H., Zimmermann, B., Banjevic, M., Sigurjonsson, S., Ryan, A., Hall, M. P., Dodd, M., Lacroute, P., Stosic, M., Chopra, N., Hunkapiller, N., Prosen, D. E., McAdoo, S., Demko, Z., Siddiqui, A., Hill, M., & Rabinowitz, M. (2014). Single-Nucleotide Polymorphism–Based Noninvasive Prenatal Screening in a High-Risk and Low-Risk Cohort. Obstetrics and gynecology, 124(2 0 1), 210–218. https://doi.org/10.1097/AOG.0000000000000363

8.    Gil, M. M., Accurti, V., Santacruz, B., Plana, M. N., & Nicolaides, K. H. (2017). Analysis of cell-free DNA in maternal blood in screening for aneuploidies: Updated meta-analysis. Ultrasound in Obstetrics & Gynecology, 50(3), 302–314. https://doi.org/10.1002/uog.17484

9.    Bianchi, D. W., & Chiu, R. W. K. (2018). Sequencing of Circulating Cell-free DNA during Pregnancy. The New England Journal of Medicine, 379(5), 464–473. https://doi.org/10.1056/NEJMra1705345

10.  Lo, Y. M., Corbetta, N., Chamberlain, P. F., Rai, V., Sargent, I. L., Redman, C. W., & Wainscoat, J. S. (1997). Presence of fetal DNA in maternal plasma and serum. Lancet, 350(9076), 485–487. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(97)02174-0

11.  Benito, S. F., Álvarez, M. G., Martínez, M. J. T., Rubio, M. L., Barreto, R. A. del O., Juanis, J. A., Siges, M. J. M., Fiérrez, E. J. S., Mateo, A. G., Recasens, V., Nieto, J. M., Martínez, A. V., Fernández, F. A. G., Montero, A. B. O., Moreno, L. G., Gradilla, P. R., & Cuesta, C. B. Implementation of third-generation digital PCR for non-invasive prenatal diagnosis of sickle cell disease and early detection. Pilot study. Frontiers in Medicine, 13, 1815629. https://doi.org/10.3389/fmed.2026.1815629

12.  Clinical experience across the fetal-fraction spectrum of a non-invasive prenatal screening approach with low test-failure rate—PubMed. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31671482/

13.  Benn, P., Borrell, A., Chiu, R. W. K., Cuckle, H., Dugoff, L., Faas, B., Gross, S., Huang, T., Johnson, J., Maymon, R., Norton, M., Odibo, A., Schielen, P., Spencer, K., Wright, D., & Yaron, Y. (2015). Position statement from the Chromosome Abnormality Screening Committee on behalf of the Board of the International Society for Prenatal Diagnosis. Prenatal Diagnosis, 35(8), 725–734. https://doi.org/10.1002/pd.4608