Nội dung chính

Hiện tượng lệch bội nhiễm sắc thể ở phôi là một trong những nguyên nhân chính gây thất bại làm tổ, sẩy thai liên tiếp và giảm hiệu quả điều trị thụ tinh trong ống nghiệm.1 Sự ra đời của xét nghiệm di truyền tiền làm tổ, đặc biệt là PGT-A thông qua sinh thiết tế bào lá nuôi, đã mở ra khả năng đánh giá bộ nhiễm sắc thể của phôi trước khi chuyển. Phương pháp này giúp phát hiện phôi lệch bội, từ đó có thể hỗ trợ lựa chọn phôi nguyên bội, giảm nguy cơ sẩy thai và rút ngắn thời gian mang thai.2 Tuy nhiên, sinh thiết TE vẫn là một kỹ thuật xâm lấn, đòi hỏi chuyên môn cao và hệ thống trang thiết bị phù hợp. Ngoài ra, sinh thiết chỉ lấy một số lượng nhỏ tế bào từ lớp TE, thường khoảng 5–10 tế bào, nên kết quả không đại diện hoàn toàn cho toàn bộ phôi, đặc biệt trong trường hợp phôi khảm 1.

Từ những hạn chế trên, sàng lọc di truyền tiền làm tổ không xâm lấn, hay niPGT, đã được đề xuất như một hướng tiếp cận mới trong hỗ trợ sinh sản. Thay vì sinh thiết tế bào lá nuôi, niPGT phân tích DNA tự do (cell-free DNA – cfDNA) có nguồn gốc từ phôi trong môi trường nuôi cấy hoặc dịch khoang phôi.3,4 Các nghiên cứu ứng dụng thu nhận, khuếch đại, phân tích nhiễm sắc thể từ nguồn DNA tự do bước đầu ghi nhận kết quả khả quan, niPGT có thể giúp giảm tính xâm lấn, hạn chế nguy cơ tổn thương phôi do sinh thiết và mở rộng khả năng tiếp cận xét nghiệm di truyền cho nhiều nhóm bệnh nhân. Kỹ thuật này cũng được kỳ vọng có thể hỗ trợ quá trình lựa chọn phôi một cách an toàn. Tuy nhiên, giá trị thực sự của niPGT trong lâm sàng hiện vẫn còn là vấn đề đang được nghiên cứu. Một trong những câu hỏi quan trọng nhất là liệu DNA tự do trong môi trường nuôi cấy hoặc dịch khoang phôi có phản ánh chính xác bộ nhiễm sắc thể của toàn bộ phôi hay không. Bài tổng quan này tập trung làm rõ cơ chế sinh học của cfDNA, đánh giá hiện trạng ứng dụng lâm sàng và những vấn đề còn tồn đọng của niPGT trong hỗ trợ sinh sản hiện đại.

Cell-free DNA là những DNA tự do có trong môi trường nuôi cấy phôi (Spent culture media - SCM) và dịch khoang phôi (Blastocoel fluid - BF), được phát hiện đầu tiên trong máu người trưởng thành vào năm 1948, về sau được ứng dụng để theo dõi và chẩn đoán các bệnh lý như Lupus, ung thư.6 Đến năm 1997, Lo và cộng sự phát hiện ra cfDNA của thai nhi trong máu ngoại vi của phụ nữ mang thai, đặt nền móng cho xét nghiệm tiền sản không xâm lấn (NIPT).7 Đối với lĩnh vực hỗ trợ sinh sản và phôi học, vào năm 2013 khi hai nhóm nghiên cứu của Palini và Stigliani lần lượt báo cáo việc tìm thấy cfDNA trong dịch khoang phôi (BF) và môi trường nuôi cấy phôi đã qua sử dụng (SCM), đánh dấu sự khởi đầu của niPGT.3,4 Sự hiện diện của cfDNA đã mở ra một kỷ nguyên mới cho phép phân tích di truyền mà không cần can thiệp sinh thiết tế bào.

Cơ sở sinh học cho việc giải phóng cfDNA từ phôi vào môi trường được giải thích thông qua nhiều cơ chế sinh lý và bệnh lý khác nhau:

Thứ nhất, chết tế bào theo chương trình (Apoptosis) và hoại tử (Necrosis). Chết tế bào theo chương trình là cơ chế được nghiên cứu nhiều nhất, đóng vai trò sinh lý quan trọng giúp phôi loại bỏ các tế bào phát triển bất thường hoặc mang đột biến lệch bội. Quá trình này tạo ra các mảnh DNA bị cắt đứt có kích thước đặc trưng, thường dao động khoảng 180 đến 200 cặp base (bp), tương đương với cấu trúc của các nucleosome.8 Ngược lại, quá trình hoại tử (necrosis) là sự vỡ màng tế bào một cách thụ động do căng thẳng (stress) hoặc tổn thương, giải phóng các đoạn DNA có kích thước lớn hơn và không đồng đều, thường từ 300-400 bp hoặc có thể lên đến hàng ngàn bp.8

Thứ hai, cơ chế tiết chủ động thông qua các túi ngoại bào (Extracellular Vesicles - EVs). Phôi thai không chỉ rò rỉ DNA thụ động mà còn chủ động giải phóng các túi ngoại bào có màng lipid kép (như exosome và microvesicle) chứa protein, RNA và cả DNA hệ gen.1 Việc DNA được bọc trong các túi EVs giúp chúng ổn định hơn và ít bị phân mảnh hơn so với cfDNA tự do, bảo vệ vật chất di truyền khỏi sự phân hủy của các enzyme nuclease trong môi trường.

Thứ ba, cơ chế "tự sửa chữa" (Self-correction) của phôi. Đây là một cơ chế sinh học đặc biệt giải thích lý do tại sao cfDNA đôi khi không phản ánh chính xác tình trạng của toàn bộ phôi. Các nghiên cứu cho thấy phôi khảm có khả năng nhận diện và chủ động "đào thải" các tế bào lệch bội ra khỏi khối tế bào chính hoặc tống xuất chúng vào môi trường SCM hoặc khoang phôi để duy trì sự sống cho các dòng tế bào nguyên bội.9 Do đó, lượng cfDNA thu được có thể chứa tín hiệu lệch bội từ các tế bào "lỗi" đã bị loại bỏ, dẫn đến nguy cơ dương tính giả cao trong chẩn đoán niPGT.

Thứ tư, tái cấu trúc nhiễm sắc thể và đẩy vi nhân (Chromatin remodeling and nuclear ejection). Trong quá trình chuyển đổi quyền kiểm soát gen từ mẹ sang phôi, phôi trải qua sự tái cấu trúc chất nhiễm sắc mạnh mẽ. Các đoạn DNA không cần thiết hoặc các vi nhân chứa nhiễm sắc thể phân ly lỗi có thể bị đẩy ra khỏi nhân và tế bào, đóng góp thêm vào nguồn cfDNA trong môi trường.2

  1. Hiện trạng và các vấn đề còn tồn đọng

Mặc dù niPGT đang được xem là một hướng tiếp cận đầy triển vọng trong lĩnh vực di truyền tiền làm tổ, giá trị thực sự của kỹ thuật này trong thực hành lâm sàng hiện vẫn còn nhiều tranh luận. Khác với PGT-A truyền thống, niPGT không phân tích trực tiếp DNA từ tế bào phôi mà dựa trên cfDNA được giải phóng vào môi trường nuôi cấy phôi hoặc dịch khoang phôi. Do đó, kết quả thu được có thể chịu ảnh hưởng bởi nguồn gốc, số lượng và chất lượng của DNA tự do, cũng như nhiều yếu tố liên quan đến quá trình nuôi cấy và thu nhận mẫu.

Một trong những vấn đề lớn nhất hiện nay là tỷ lệ tương đồng giữa niPGT và kết quả sinh thiết TE còn biến thiên rất rộng, được báo cáo từ 33% đến 100% tùy thuộc vào từng nghiên cứu và quy trình thực hiện.10 Sự khác biệt này có thể liên quan đến nhiều yếu tố như nguồn mẫu sử dụng, thời điểm thu mẫu, phương pháp tách chiết và khuếch đại DNA, nền tảng giải trình tự cũng như thuật toán tin sinh học được sử dụng để phân tích. Điều này cho thấy niPGT hiện chưa đạt được mức độ ổn định và khả năng tái lập cần thiết để có thể thay thế hoàn toàn sinh thiết TE trong lựa chọn phôi trên lâm sàng.

Bên cạnh đó, độ đặc hiệu của niPGT còn hạn chế và nguy cơ dương tính giả vẫn là một mối quan tâm lớn. Mặc dù kỹ thuật có thể phát hiện tín hiệu lệch bội với độ nhạy tương đối cao (được báo cáo từ 84,5% đến 91,6%),11 tín hiệu này không phải lúc nào cũng phản ánh chính xác tình trạng nhiễm sắc thể của toàn bộ phôi. Một trong những nguyên nhân được đề cập là hiện tượng tự sửa chữa của phôi (self-correction). Các tế bào lệch bội có thể bị đào thải và giải phóng DNA vào môi trường nuôi cấy hoặc khoang phôi. Vì vậy, cfDNA thu được có thể chứa tín hiệu di truyền của những tế bào bất thường đã bị loại bỏ, trong khi phần tế bào còn lại của phôi có thể mang bộ nhiễm sắc thể bình thường. Điều này làm tăng nguy cơ kết luận lệch bội giả và dẫn đến việc loại bỏ nhầm những phôi vẫn có tiềm năng phát triển và làm tổ.

Một hạn chế quan trọng khác là tạp nhiễm DNA mẹ. DNA từ các tế bào hạt còn sót lại sau quá trình xử lý noãn hoặc từ các thể cực thoái hóa có thể hiện diện trong mẫu môi trường nuôi cấy. Do lượng cfDNA có nguồn gốc từ phôi rất thấp, DNA mẹ với lượng lớn hơn và khả năng khuếch đại tốt hơn có thể dễ dàng áp đảo tín hiệu của phôi, từ đó gây sai lệch kết quả phân tích. Ngoài ra, DNA ngoại lai có thể xuất phát từ chính môi trường nuôi cấy hoặc các thành phần sinh học được bổ sung trong quá trình nuôi phôi, làm gia tăng tín hiệu nền và ảnh hưởng đến độ chính xác của xét nghiệm.

Tỷ lệ không có kết quả (no result) cao cũng là một vấn đề đáng kể đối với việc ứng dụng niPGT. Do nồng độ cfDNA trong SCM và BF rất thấp, một tỷ lệ mẫu không đủ lượng DNA để khuếch đại hoặc tạo ra tín hiệu không đạt chất lượng phân tích. Tùy theo từng nghiên cứu và quy trình xét nghiệm, tỷ lệ no result có thể dao động khoảng 10–50%. Đây là một hạn chế đặc biệt quan trọng trong thực hành lâm sàng, bởi một xét nghiệm dù không xâm lấn nhưng có tỷ lệ không có kết quả cao vẫn có thể làm tăng số lần xét nghiệm, kéo dài thời gian điều trị và cuối cùng vẫn phải sử dụng phương pháp sinh thiết TE để có thêm thông tin di truyền.

Cuối cùng, thiếu sự tiêu chuẩn hóa giữa các phòng xét nghiệm vẫn là một trong những rào cản lớn nhất đối với việc chuyển niPGT từ nghiên cứu sang ứng dụng lâm sàng. Hiện nay chưa có một quy trình thống nhất về thời điểm thu mẫu, thể tích môi trường nuôi cấy, điều kiện nuôi phôi, phương pháp loại bỏ DNA ngoại lai, quy trình chiết tách và khuếch đại cfDNA cũng như các thuật toán tin sinh học dùng để diễn giải kết quả. Sự khác biệt giữa các trung tâm có thể dẫn đến kết quả không đồng nhất, gây khó khăn trong việc so sánh giữa các nghiên cứu và xây dựng các tiêu chuẩn chẩn đoán có tính phổ quát. Vì vậy, mặc dù niPGT có tiềm năng trở thành một phương pháp đánh giá di truyền phôi không xâm lấn, kỹ thuật này vẫn cần được tiếp tục nghiên cứu, chuẩn hóa và đánh giá trên các nghiên cứu đa trung tâm với cỡ mẫu lớn trước khi có thể được áp dụng rộng rãi như một phương pháp thay thế cho sinh thiết TE.

Sàng lọc di truyền tiền làm tổ không xâm lấn (niPGT) đại diện cho một bước tiến đầy hứa hẹn trong lĩnh vực hỗ trợ sinh sản. Phương pháp này giúp khắc phục những hạn chế vốn có của sinh thiết tế bào lá nuôi (TE) nhờ khả năng giảm thiểu nguy cơ tổn thương cơ học và đảm bảo an toàn tối đa cho phôi. Dù mang tiềm năng to lớn, niPGT hiện vẫn đối mặt với nhiều rào cản kỹ thuật và sinh học đáng kể. Tỷ lệ tương đồng với sinh thiết TE còn biến thiên rộng, nguy cơ dương tính giả cao do cơ chế tự sửa chữa của phôi, cùng với thách thức từ tạp nhiễm DNA mẹ và tỷ lệ không có kết quả còn cao. Ngoài ra, việc thiếu quy trình chuẩn hóa đồng bộ giữa các phòng xét nghiệm vẫn cản trở tính ứng dụng phổ quát của phương pháp. Do đó, niPGT hiện chưa thể thay thế hoàn toàn sinh thiết TE mà đóng vai trò như một công cụ hỗ trợ. Để đưa kỹ thuật này vào thực hành lâm sàng thường quy, cần có thêm các nghiên cứu đa trung tâm trên cỡ mẫu lớn nhằm hoàn thiện và chuẩn hóa toàn diện quy trình.

1.            Handayani N, Aubry D, Boediono A, et al. The origin and possible mechanism of embryonic cell-free DNA release in spent embryo culture media: a review. Journal of assisted reproduction and genetics. 2023;40(6):1231–1242.

2.            Voros C, Darlas M, Athanasiou D, et al. Evaluation of the effectiveness and accuracy of non-invasive preimplantation genetic testing (niPGT) compared to invasive embryo biopsy. Biomedicines. 2025;13(8):2010.

3.            Stigliani S, Anserini P, Venturini PL, Scaruffi P. Mitochondrial DNA content in embryo culture medium is significantly associated with human embryo fragmentation. Human reproduction. 2013;28(10):2652–2660.

4.            Palini S, Galluzzi L, De Stefani S, et al. Genomic DNA in human blastocoele fluid. Reproductive biomedicine online. 2013;26(6):603–610.

5.            Cinnioglu C, Glessner H, Jordan A, Bunshaft S. A systematic review of noninvasive preimplantation genetic testing for aneuploidy. Fertility and Sterility. 2023;120(2):235–239.

6.            Mandel P. Les acides nucleiques du plasma sanguin chez 1 homme. CR Seances Soc Biol Fil. 1948;142:241–243.

7.            Lo YD, Corbetta N, Chamberlain PF, et al. Presence of fetal DNA in maternal plasma and serum. The lancet. 1997;350(9076):485–487.

8.            Zhang S, Luo K, Cheng D, et al. Number of biopsied trophectoderm cells is likely to affect the implantation potential of blastocysts with poor trophectoderm quality. Fertility and sterility. 2016;105(5):1222–1227. e4.

9.            Yang S, Xu B, Zhuang Y, Zhang Q, Li J, Fu X. Current research status and clinical applications of noninvasive preimplantation genetic testing: A review. Medicine. 2024;103(40):e39964.

10.         He F, Yao Y-X, Wang J, et al. Non-invasive chromosome screening for embryo preimplantation using cell-free DNA. Reproductive and Developmental Medicine. 2022;6(02):113–120.

11.         Wu T-F, Lee C-I, Shih H-H, et al. Extended blastocyst culture improves DNA yield in non-invasive preimplantation genetic testing for aneuploidy but diagnostic specificity remains limited. Scientific Reports. 2025;15(1):34906.

[M1]