Miễn dịch học: Cuộc trò chuyện về tương lai của chẩn đoán với Ramy Arnaout

Hệ thống miễn dịch của con người không chỉ bảo vệ sức khỏe của chúng ta mà chúng còn phản ánh được tình trạng sức khỏe. Mỗi lần chạm trán với tác nhân gây bệnh tiềm ẩn khiến cơ thể sản sinh ra các tác nhân miễn dịch cụ thể hoặc các protein được gọi là kháng thể và thụ thể tế bào T được thiết kế riêng để nhận biết và tiêu diệt kẻ xâm lược có hại cho sức khỏe. Được giao nhiệm vụ ngăn ngừa tái nhiễm, các kháng thể và thụ thể tế bào T (TCR) lưu hành khắp cơ thể vô thời hạn, chúng có vai trò giống như một bản ghi về bệnh sử cá nhân mà bạn mang bên trong người.

Bác sĩ Ramy Arnaout, Phó Giám đốc Phòng thí nghiệm vi sinh lâm sàng tại Trung tâm Y tế Beth Israel Deaconess, muốn khai thác các bản ghi cá nhân đó để lấy thông tin. Trong một quan điểm gần đây được công bố trên tạp chí Frontiers in Immunology, Arnaout và các đồng nghiệp trong Cộng đồng Tế bào thụ thể Miễn dịch Thích ứng (AIRR-C) đã phác thảo cách hệ miễn dịch của tất cả các gen được biểu hiện chung bởi các tế bào miễn dịch của một cá nhân, qua đó cung cấp thông tin tiềm năng cho các nhà nghiên cứu và bác sĩ những điều chưa từng có về sức khỏe của một cá nhân. Việc thu thập thông tin từ một số lượng lớn bệnh nhân có thể hỗ trợ chẩn đoán thông qua xét nghiệm máu gần như trên toàn cầu và mở đường cho các liệu pháp nhắm mục tiêu cho nhiều tình trạng bệnh khác nhau.

Chúng tôi đã yêu cầu Tiến sĩ Arnaout cho chúng tôi biết thêm về lĩnh vực mới của y học cá nhân hóa này.

Hệ miễn dịch chính xác là gì và các nhà nghiên cứu và bác sĩ có thể nghiên cứu được gì từ nó?

Hệ miễn dịch là một hệ thống được tạo thành từ các tế bào miễn dịch, kháng thể và thụ thể tế bào T (TCR), mà mỗi người tạo ra để phản ứng với nhiễm trùng, tiêm chủng, cấy ghép và truyền máu, bệnh tự miễn, lão hóa và ung thư.

Ngay bây giờ, trong cơ thể bạn có một cái gì đó giống như một trăm tỷ đến một nghìn tỷ tế bào T và B, quan tâm đến công việc của riêng chúng, lưu thông qua máu, để kiểm tra những gì đang xảy ra trong tất cả các cơ quan của bạn, sau đó hoàn thành vòng lặp và tái lặp xung quanh.

Một số đồng nghiệp của tôi trong lĩnh vực này đã từng nghĩ rằng nếu chúng tôi chỉ cần tìm ra kháng thể và thụ thể tế bào T phù hợp với bệnh hoặc tình trạng nào đó, thì chúng tôi sẽ có một chẩn đoán phổ quát. Vì thế chúng ta có thể xem xét các kháng thể và các thụ thể tế bào T của một người, điều này có nghĩa là bạn có thể đã mắc bệnh, nhưng hệ thống miễn dịch đã chăm sóc nó, hoặc "bạn có thể bị cúm". 

Chỉ cần một lần thử máu, hoặc chích, mọi thứ khác là do khoa học máy tính xem xét. Nhưng trước tiên chúng ta cần phá vỡ mã đó.

Các nhà nghiên cứu và bác sĩ có thể làm gì với thông tin này?

Nếu tôi nhìn vào hệ miễn dịch của bạn và của người khác, bạn có thể cho rằng giữa hai người không có điểm chung. Tuy nhiên, bất chấp sự khác biệt cơ bản giữa tất cả chúng ta, các kháng thể và TCR mà chúng ta tạo ra vẫn đủ giống nhau, và ngay cả khi chúng không giống nhau, các nhà khoa học vẫn có thể xem xét chúng theo định dạng sinh học và nhận ra các mẫu. 

Bây giờ chỉ cần nhìn vào dữ liệu có nhiều trình tự khác nhau (có thể quan sát được), bất chấp những nhiều dạng khác thường, không thể khám phá, nhưng có một điều chắc chắn rằng chúng ta không khác nhau về mặt di truyền. Bởi vì chúng ta đang sống trong cùng một thế giới, và cũng trải qua nhiều điều gần như tương tự nhau, thật không thể tin được là sự đa dạng thực tế của chúng ta về mặt di truyền lại bị hạn chế một cách khó tin đến nỗi chúng ta có thể và thường xuyên tìm ra những kiểu mẫu mà chúng ta có thể nghĩ là không thể tồn tại cách đây mười năm.

Vì vậy, bằng cách lấy mẫu từ những người mắc các bệnh chẳng hạn như COVID-19, bệnh sốt xuất huyết, bệnh Ebola và các bệnh truyền nhiễm khác và so sánh chúng với các mẫu đối chứng, các nhà khoa học có thể tính toán đưa ra các mẫu.

Trong bài báo cáo này, chúng tôi đang cố gắng thông báo cho cộng đồng khoa học và xa hơn nữa rằng chúng tôi có thể tìm thấy những mẫu này và đưa chúng vào sử dụng tốt. Nhưng chúng tôi cần các bác sĩ lâm sàng (nhận thức được điều này) hỗ trợ và kết nối với chúng tôi.

Ví dụ: Giả sử một bác sĩ nội tiết có một bệnh nhân bị tăng trưởng u tuyến giáp lành tính. Về nguyên tắc, chúng tôi có thể lấy mẫu máu của bệnh nhân đó, tìm một trình tự và sau đó sử dụng trình tự đó làm công cụ chẩn đoán sớm cho những bệnh nhân trong tương lai.

Công nghệ nào được yêu cầu để giải mã hệ thống miễn dịch?

Bước một là giải trình tự. Sắp xếp theo trình tự là công nghệ giúp rất khả thi. Giờ đây, chúng ta có khả năng giải trình tự các gen kháng thể và TCR này để có thể thực sự nhìn thấy những gì trong đó.

Việc giải trình tự đã trở thành một loại vật phẩm phổ biến, lĩnh vực này đã chuyển sang "làm thế nào chúng ta có thể tìm thấy các mẫu?" Đây là khía cạnh toán học và tính toán từ mọi thứ, xử lý trình tự dữ liệu bằng trí tuệ nhân tạo hoặc thuật toán máy học.

Nhưng tôi không muốn bỏ qua nguyên tắc thứ ba này, mặc dù nó không phức tạp như giải trình tự và trí tuệ nhân tạo: Như tôi đã nói trước đây, thành phần còn thiếu chính là bạn. Vì chúng tôi đã trải qua một hệ thống chăm sóc sức khỏe lạc hậu trên toàn quốc.

Liệu chúng ta có thể đảm bảo một bệnh nhân đến bệnh viện ở Massachusetts hoặc Maine hoặc Missouri, cuối cùng có thể tiếp cận với mẫu máu đã được lấy từ rất lâu sau khi bệnh nhân về nhà, và trình tự hàng triệu kháng thể và TCR gen nó chứa? Và ngoài quyền tiếp cận vào các mẫu bệnh phẩm bị loại bỏ này trên các hệ thống y tế, chúng tôi cần chúng tương quan với thông tin trong hồ sơ sức khỏe điện tử (EHR).

Với hệ thống miễn dịch, một lần nữa chúng ta có cơ hội sử dụng trình tự để tìm hiểu về sức khỏe của một cá nhân, thêm thông tin đó vào cơ sở dữ liệu, tương quan nó với hồ sơ sức khỏe của người đó, điều này có thể giúp chúng ta gỡ rối mã này cho hàng triệu người theo thứ tự tương đối ngắn.

Lời phê bình thiện chí của ý tưởng này là gì?

Có một số quan điểm cho rằng nếu muốn chẩn đoán bệnh nhiễm trùng chẳng hạn thì tại sao phải tìm phản ứng? Chỉ cần tìm tác nhân lây nhiễm thôi được không? Hoặc nếu bạn muốn xem phản ứng của một người với điều trị ung thư như thế nào, tại sao lại xem phản ứng thích ứng của hệ miễn dịch như một chỉ số tại sao không thử nghiệm tế bào ung thư chống lại thuốc? Đây là những câu hỏi hợp lý.

Câu trả lời là, cơ thể có rất nhiều chấn thương rất nghiêm trọng. Ngay cả khi bạn bị nhiễm trùng, vẫn có khả năng đe dọa tính mạng, số lượng vi khuẩn sống được trên mỗi mililít máu sẽ biến mất rất ít - một vi khuẩn sống được trên mỗi 5-10 mililit máu. Rất nhiều vi khuẩn có thể ở đâu đó trong cơ thể bạn. Nhưng thông thường hơn, cơ thể của bạn chỉ nhiễm một số vi khuẩn rất nghiêm trọng, vì vậy chỉ cần một vài vi khuẩn là đủ để tạo ra một loạt những căn bệnh có thể giết chết bạn. Thực sự việc tìm kiếm vi khuẩn và phân biệt nó với DNA của vi khuẩn ngẫu nhiên trong máu còn khó hơn nhìn vào một người và nói, "số lượng bạch cầu của người này là rất cao."

Nói cách khác, phản ứng miễn dịch không phải là một phản ứng theo tỷ lệ, nó thường là một phản ứng đồng loạt không cân xứng trong nhiều trường hợp. Nó hoạt động như một bộ khuếch đại tín hiệu từ góc độ chẩn đoán, và đây là một lợi thế. Nếu chúng ta có thể lấy đủ mẫu để tìm ra một mẫu và nếu chúng ta có thể lấy đủ mẫu, hồ sơ theo dõi cho đến nay cho thấy chúng ta có thể xác định tín hiệu đó là gì.

Vì nghiên cứu này là tương lai của xét nghiệm máu nên chúng tôi kêu gọi các bác sĩ, nhà nghiên cứu và những người khác tham gia cùng hỗ trợ. Và mong muốn của chúng tôi là nghiên cứu này vẫn sẽ tiếp tục được thực hiện chuyên sâu hơn nữa.