Giới thiệu
Biomarker hay “dấu ấn sinh học” là các phân tử, gene, enzyme hoặc các đặc tính sinh học có thể đo lường được và phản ánh các quá trình sinh học, bệnh lý hoặc phản ứng với điều trị trong cơ thể. Chúng cung cấp thông tin quan trọng giúp chúng ta có thể chẩn đoán, dự báo và theo dõi sự tiến triển của bệnh lý hoặc hiệu quả của các phương pháp điều trị [1].
Các biomarket có thể đơn thuần là hóa chất, như glucose là dấu ấn của bệnh tiểu đường, hoặc phân tử protein như các kháng thể (antibody) là dấu ấn của bệnh nhiễm trùng, và gene hay DNA marker là dấu ấn cho các bệnh liên quan đến di truyền [2].
Hình 1. Các biomarker hay “dấu ấn sinh học”
Phân loại biomarker
Biomarker có thể được phân loại dựa trên mục đích sử dụng và chức năng sinh học, giúp hiểu rõ hơn vai trò của chúng trong quá trình chẩn đoán và điều trị. Các loại biomarker chính bao gồm:
- Biomarker chẩn đoán: Dùng để phát hiện sự hiện diện của bệnh hoặc tình trạng sức khỏe bất thường.
- Biomarker dự báo: Dự đoán khả năng phát triển hoặc tiến triển của bệnh trong tương lai.
- Biomarker tiên lượng: Đánh giá mức độ nghiêm trọng và tiên lượng kết quả điều trị của bệnh.
- Biomarker theo dõi: Giám sát tiến triển bệnh và đáp ứng với liệu pháp điều trị theo thời gian.
- Biomarker đáp ứng điều trị: Đánh giá hiệu quả hoặc tác dụng phụ của thuốc hoặc phương pháp điều trị.
Việc phân loại rõ ràng sẽ giúp nhà khoa học hoặc bác sĩ xác định mục tiêu sử dụng biomarker phù hợp trong từng trường hợp lâm sàng hoặc nghiên cứu cụ thể [1].
Vai trò
Biomarker đóng vai trò thiết yếu trong y học hiện đại khi cho phép cá thể hóa điều trị, giúp các bác sĩ lựa chọn liệu pháp phù hợp nhất cho từng bệnh nhân dựa trên đặc điểm sinh học cá nhân. Điều này giúp nâng cao hiệu quả điều trị và giảm thiểu các tác dụng phụ không mong muốn.
Không chỉ ứng dụng trong y học, biomarker còn được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu khoa học để hiểu sâu hơn về cơ chế bệnh tật, phát triển thuốc mới và đánh giá rủi ro sức khỏe. Sự phát triển của công nghệ phân tích sinh học đã mở rộng khả năng phát hiện và sử dụng biomarker với độ chính xác ngày càng cao [2,3].
Phương pháp nghiên cứu biomarker
Biomarker bao gồm rất nhiều dạng, từ hóa chất cho đến gene và protein. Các phương pháp truy tìm biomarker chủ yếu dò tìm các phân tử protein, vì protein là sản phẩm cuối cùng của gene và tác động trực tiếp đến các hiện tượng sinh học. Lý do quan trọng hơn nữa là protein là thành phần sinh học phong phú nhất của tế bào so với mRNA hay xa hơn nữa là gene. Một gene có thể có nhiều bản sao mRNA và chu trình dịch mã (translation) và biến đổi sau dịch mã (post translational modification) của những bản sao thường tạo ra nhiều protein hơn số bản sao mRNA.
Theo ước lượng hiện nay, có khoảng từ 300.000 đến 500.000 protein từ số lượng khoảng 30.000 gene của bộ gene người. Sự phong phú về dạng thức và số lượng protein này sẽ là những dấu ấn làm nổi bật lên sự khác biệt về hiện tượng sinh học của tế bào khi có thay đổi. Một số nhóm nghiên cứu dùng các dữ kiện biểu hiện gene (gene expression profile) làm biomarker, hoặc kết hợp protein và RNA, DNA để có độ chính xác cao hơn, nhưng đương nhiên cũng sẽ phức tạp hơn. Gần đây, hiện tượng methyl hóa DNA và RNAi cũng là đối tượng mới của nghiên cứu biomarker vì vai trò quan trọng của chúng trong việc điều hành chức năng gene liên hệ đến bệnh lý [3,4,5].
Một số ứng dụng của biomarker [1,2]
- Trong chẩn đoán và điều trị bệnh: Biomarker được sử dụng rộng rãi trong chẩn đoán chính xác nhiều loại bệnh, đặc biệt là ung thư, các bệnh mãn tính như tiểu đường, bệnh tim mạch, và các bệnh tự miễn. Việc phát hiện sớm các biomarker đặc hiệu giúp phát hiện bệnh kịp thời, giảm thiểu tổn thương và tăng cơ hội điều trị thành công. Trong điều trị, biomarker hỗ trợ lựa chọn phương pháp và thuốc điều trị phù hợp với từng cá thể, gọi là y học chính xác hoặc y học cá thể hóa [3,4]. Việc sử dụng biomarker giúp giảm thiểu tác dụng phụ và tăng hiệu quả điều trị, ví dụ như chọn thuốc nhắm mục tiêu trong ung thư dựa trên biểu hiện protein hoặc gen trong tế bào ung thư. Biomarker cũng được sử dụng để theo dõi tiến triển bệnh và phản ứng với điều trị, giúp điều chỉnh liệu trình kịp thời và tối ưu hóa kết quả điều trị cho bệnh nhân.
- Trong nghiên cứu và phát triển dược phẩm: Đối với phát triển thuốc mới, biomarker đóng vai trò then chốt trong việc xác định mục tiêu điều trị, đánh giá hiệu quả và an toàn của thuốc trong các thử nghiệm lâm sàng. Sử dụng biomarker giúp rút ngắn thời gian phát triển thuốc và giảm chi phí nghiên cứu bằng cách cung cấp các chỉ số nhanh chóng và chính xác về tác dụng của thuốc. Các biomarker giúp phân nhóm bệnh nhân phù hợp với từng loại thuốc, từ đó nâng cao tỷ lệ thành công của các thử nghiệm lâm sàng và giảm thiểu nguy cơ thất bại do chọn sai đối tượng điều trị. Đây là bước tiến lớn trong y học hiện đại và phát triển dược phẩm [5,6]. Bên cạnh đó, biomarker còn được sử dụng để phát triển các liệu pháp mới dựa trên cơ chế sinh học cụ thể của bệnh, mở rộng khả năng chữa trị cho những bệnh lý khó điều trị trước đây.
Hình 2. Mô hình ứng dụng chẩn đoán của biomarker trong rất nhiều ngành sinh học
Các nghiên cứu hiện nay đang hướng tới phát triển biomarker đa dạng và chính xác hơn dựa trên công nghệ omics (genomics, proteomics, metabolomics) và tích hợp trí tuệ nhân tạo, học máy để xử lý dữ liệu lớn. Sự kết hợp này giúp phân tích các mẫu sinh học một cách toàn diện và nhanh chóng, nâng cao độ nhạy và đặc hiệu của biomarker [6,7].
Phát triển biomarker đa chiều và đa tầng giúp hiểu rõ hơn về cơ chế bệnh, từ đó cải thiện khả năng chẩn đoán và điều trị cá thể hóa. Công nghệ này hứa hẹn mở rộng phạm vi ứng dụng biomarker trong nhiều lĩnh vực như ung thư, bệnh tim mạch, bệnh thần kinh và các bệnh mãn tính khác.
Trong tương lai, biomarker sẽ trở thành công cụ thiết yếu trong y học cá thể hóa, giúp tối ưu hóa việc chăm sóc sức khỏe và phát triển các liệu pháp điều trị hiệu quả, bền vững hơn.
Tài liệu tham khảo:
- http://www.shtp.hochiminhcity.gov.vn/
- https://www.fda.gov/drugs/biomarker-qualification-program/about-biomarkers-and-qualification
- https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/
- http://www.nature.com/nbt/journal/v23/n3/full/nbt0305-297.html
- http://www.biomedcentral.com/1471-2105/4/24/comments
- Das S, Dey MK, Devireddy R, Gartia MR. Biomarkers in Cancer Detection, Diagnosis, and Prognosis. Sensors (Basel). 2023;24(1):37. 2023. 10.3390. doi:24010037/sXNUMX
- Gadade, DD, Jha, H., Kumar, C. et al. Unlocking the power of precision medicine: exploring the role of biomarkers in cancer management. Futur J Pharm Sci 10, 5 (2024)