|
|
Học máy đối với dấu vân tay chuyển hóa trong huyết thanh để chẩn đoán bệnh lao và bệnh lao kháng thuốc. Ảnh: Shutterstock. |
Trong một nghiên cứu gần đây được đăng trên Preprints, nhóm nghiên cứu ở Trung Quốc đã phát triển công cụ chẩn đoán dựa trên máy học để phát hiện bệnh lao và bệnh lao kháng thuốc, bằng cách sử dụng phép đo khối phổ ion hóa/giải hấp laser tăng cường hạt nano (NPELDI MS) để xác định dấu vết trao đổi chất từ các mẫu huyết thanh.
Khó khăn trong chẩn đoán lao
Sau Covid-19, bệnh lao là nguyên nhân gây tử vong phổ biến do một tác nhân truyền nhiễm. Và sự xuất hiện của vi khuẩn lao Mycobacterium kháng thuốc làm trầm trọng thêm mối lo ngại về sức khỏe cộng đồng. Thật không may, số liệu thống kê chỉ ra gần 40% trường hợp mắc bệnh lao không được chẩn đoán kịp thời để điều trị sớm.
Các phương pháp phát hiện bệnh lao hiện nay bao gồm kiểm tra miễn dịch, phát hiện tác nhân căn nguyên từ phết đờm và phương pháp sinh học phân tử.
Các xét nghiệm phết đờm diễn ra nhanh chóng, nhưng độ đặc hiệu và độ nhạy của chúng trong việc phát hiện bệnh lao lại thấp, trong khi việc nuôi cấy vi khuẩn lao để chính xác đòi hỏi thời gian xử lý lâu, khó xét nghiệm.
Hơn nữa, chẩn đoán phân tử bệnh lao và bệnh lao kháng rifampicin - kháng sinh được sử dụng để điều trị một số loại nhiễm khuẩn - từ các mẫu đờm là một thách thức do chi phí cao, độ nhạy khác nhau đối với bệnh lao ngoài phổi.
Vì vậy, việc phát triển một phương pháp xét nghiệm khả thi có độ nhạy và độ đặc hiệu cao để phát hiện nhanh bệnh lao và lao kháng thuốc là điều cần thiết.
 |
| Các mẫu huyết thanh được thu thập để phân tích NPELDI MS nhằm xác định dấu vết chuyển hóa. Ảnh: heike_trautmann. |
Phương pháp nghiên cứu
Hiện nay, các nhà nghiên cứu đã thiết kế nền tảng NPELDI MS với các thuật toán máy học, nhằm phát hiện đồng thời bệnh lao và bệnh lao kháng thuốc dựa trên dấu vết chuyển hóa của các mẫu huyết thanh.
Khi M. tuberculosis - loài vi khuẩn gây bệnh trong chi Mycobacterium - vào đại thực bào của vật chủ, nó sẽ ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất của vật chủ và các chất chuyển hóa được hình thành từ phản ứng trao đổi chất khác nhau.
Đối với quan sát này, các nhà nghiên cứu đã tuyển chọn 110 bệnh nhân lao phổi và 118 người khỏe mạnh. Bệnh lao được chẩn đoán dựa trên xét nghiệm phết đờm dương tính, nuôi cấy vi khuẩn lao M.tuberculosis nhằm phát hiện axit nucleic cũng như chụp X-quang phổi, chẩn đoán mô bệnh học phổi.
Các mẫu huyết thanh được thu thập để phân tích NPELDI MS nhằm xác định dấu vết chuyển hóa, chúng được xử lý bằng thuật toán máy học để xác định dấu ấn sinh học đối với bệnh lao kháng thuốc và nhạy cảm với thuốc.
Phân biệt lao kháng thuốc
Kết quả báo cáo rằng phương pháp học máy dựa trên NPELDI MS có thể phân biệt bệnh nhân lao với những người khỏe mạnh có độ nhạy 85%, độ đặc hiệu 100%.
Các dấu ấn sinh học chất chuyển hóa được sử dụng để phát hiện bệnh lao và bệnh lao kháng thuốc, bao gồm các chất béo như monoglyceride, phosphatidylcholine, ceramide, triglyceride, cholesteryl ester, axit amin, phốt phát, axit octacosanoic và các hợp chất cơ bản khác.
Các phân tích dấu ấn sinh học cho thấy nhiễm trùng M. tuberculosis làm rối loạn quá trình chuyển hóa lipid cũng như chuyển hóa sphingolipid và glycerophospholipid.
Các phosphate như nicotinamide adenine dinucleotide phosphate và all-transheptaprenyl diphosphate có bất thường và nồng độ glutathione thấp hơn ở bệnh nhân lao.
Các dấu ấn sinh học được sử dụng để phân biệt giữa bệnh nhân lao nhạy cảm với rifampicin và bệnh nhân lao kháng rifampicin, bao gồm axit uric, taurine, axit ascorbic, homocysteine tăng cao ở bệnh nhân lao kháng rifampicin.
Các nhà nghiên cứu tin rằng các axit amin lưu huỳnh như homocysteine và taurine có thể chỉ ra bệnh lao kháng thuốc vì chúng liên quan đến hoạt động chống oxy hóa, ổn định màng tế bào. Các axit amin này được cho là có tác dụng bảo vệ gan khỏi tác dụng độc hại của thuốc chống lao như rifampicin, isoniazid.
Tuy nhiên, nghiên cứu có một vài hạn chế, chẳng hạn, để phân biệt bệnh nhân lao kháng thuốc với bệnh nhân nhạy cảm với thuốc, cỡ mẫu bệnh nhân lao kháng thuốc rifampicin nhỏ hơn vì chỉ có 58 mẫu huyết thanh được đưa vào phân tích xác định dấu ấn sinh học, trong đó, 28 mẫu là từ những bệnh nhân nhạy cảm với rifampicin, điều này có thể đã ảnh hưởng đến độ chính xác của chẩn đoán.
Tóm lại, các phát hiện đã xác định bảng dấu ấn sinh học và dấu vân tay chuyển hóa trong huyết thanh để chẩn đoán bệnh lao có độ đặc hiệu và độ nhạy cao, đồng thời cũng phân biệt bệnh nhân lao kháng rifampicin với những người nhạy cảm với rifampicin.
Các thuật toán học máy và phương pháp NPELDI MS sử dụng các hạt sắt được tối ưu hóa có thể giúp phát hiện bệnh lao sớm, chính xác, đồng thời cải thiện tiên lượng và chăm sóc bệnh nhân lao.
Cuốn sách bên bờ sự sống
Ngành y là ngành luôn chứng kiến ranh giới sự sống - cái chết của người khác, nhưng Khi hơi thở hóa thinh không lại là một cuốn sách đặc biệt khi nó là khoảnh khắc đối diện cái chết của người viết trong cả vai trò bác sĩ lẫn bệnh nhân. Cuốn hồi ký được bác sĩ thần kinh Paul Kalanithi viết khi căn bệnh ung thư trở nặng, anh ngồi trên xe lăn và nhớ về những tháng ngày cống hiến cho ngành y.
