Công nghệ Microarray (CMA) là xét nghiệm di truyền được dùng để phát hiện các bất thường nhiễm sắc thể dưới mức độ kính hiển vi. Kỹ thuật này thường được chỉ định thực hiện trước sinh hoặc bất cứ thời điểm nào sau sinh nếu phù hợp. Vậy cụ thể kỹ thuật Microarray là gì? Quy trình thực hiện như thế nào và được ứng dụng ra sao? Câu trả lời sẽ có trong bài viết tổng hợp những thông tin khái quát nhất về kỹ thuật Microarray ngay sau đây.
1. Tổng quan
Microarray (tên đầy đủ là Chromosomal Microarray analysis – CMA) là xét nghiệm di truyền nhằm xác định các bất thường nhiễm sắc thể với độ phát hiện dưới mức kính hiển vi (sub-microscopic) nghĩa là các vi mất/lặp đoạn nhỏ hơn 5Mb (5 triệu nucleotide – 5 triệu đơn vị di truyền). Microarray có khả năng phát hiện bất thường số lượng nhiễm sắc thể, bất thường cấu trúc nhiễm sắc thể (mất/lặp đoạn). Kỹ thuật càng hiện đại, độ sâu xét nghiệm càng tốt, kích thước thay đổi phát hiện của Microarray càng nhỏ.
2. Nguyên lý của công nghệ Microarray
Có 2 nền tảng microarray chính được sử dụng trong chẩn đoán di truyền: dựa trên đa hình đơn nucleotide (SNP) và lai so sánh bộ gen (CGH). ADN từ mẫu xét nghiệm (mẫu máu, sinh thiết gai nhau, dịch ối, khối nến) được lai với nền tảng array bao gồm các đầu dò ADN trên bề mặt rắn, chẳng hạn như bản kính hiển vi hoặc chip silicon. Microarray nhằm phát hiện các đa hình số lượng bản sao (CNV) là mất hay lặp đoạn nhiễm sắc thể.
Nền tảng 1:
Array CGH so sánh mẫu ADN của mẫu xét nghiệm với mẫu ADN tham chiếu bình thường (control) (Hình 1). ADN xét nghiệm và ADN tham chiếu được đánh dấu bằng 2 thuốc nhuộm huỳnh quang có màu khác nhau. Sau đó được trộn và lai với các đầu dò trên phiến kính. Các cường độ tương đối của các màu khác nhau được so sánh với các công cụ tin sinh học. Các trường hợp có lặp đoạn tín hiệu màu của mẫu xét nghiệm lớn hơn mẫu đối chứng. Ngược lại các trường hợp có mất đoạn tín hiệu màu của mẫu xét nghiệm nhỏ hơn mẫu đối chứng.
Nền tảng 2:
SNP được định nghĩa là một biến thể (khác biệt) ở một vị trí duy nhất trong trình tự ADN của cá thể với trình tự gốc (reference sequence). Với SNP array, chỉ ADN của mẫu xét nghiệm được lai với các đầu dò trên chip (Hình 2). SNP array phát hiện CNV bằng cách đo cường độ tín hiệu màu của các điểm trên chip. Array CGH chỉ có thể phát hiện CNV, SNP array ngoài phát hiện CNV còn có thể phát hiện thêm thể tam bội (3n) và các vùng trên 2 nhiễm sắc thể tương đồng giống hệt nhau (UPD). Với UPD, cả hai bản sao của nhiễm sắc thể đều được thừa hưởng từ cùng một cha hoặc mẹ thay vì 1 từ mỗi cha mẹ. UPD có liên quan đến các rối loạn di truyền như hội chứng Prader-Willi, có thể xảy ra khi cả hai bản sao của nhiễm sắc thể 15 đều được di truyền từ mẹ. SNP Array cũng có thể phát hiện một số trường hợp nhiễm mẫu mẹ và khảm tế bào mẹ.
3. Quy trình thực hiện công nghệ Microarray
- Bước 1: ADN của mẫu xét nghiệm được tách chiết và kiểm tra chất lượng
- Bước 2: Đánh dấu các chỉ thị màu với ADN của mẫu xét nghiệm (và/hoặc mẫu chứng)
- Bước 3: Lai trên phiến kính
- Bước 4: Chụp ảnh tín hiệu màu
- Bước 5: phân tích kết quả bằng phần mềm chuyên dụng.
4. Ưu điểm và giới hạn của công nghệ Microarray
4.1. Ưu điểm
- Microarray phát hiện được bất thường số lượng nhiễm sắc thể (thể tam bội (triploidy), thể tam nhiễm nhiễm sắc thể (Trisomy), thể đơn nhiễm (Monosomy), các bất thường mất/lặp đoạn NST rất nhỏ lên tới vài kb (vài nghìn nucleotide), các bất thường NST cùng nguồn UPD, các bất thường dạng khảm thấp 15-20% (lẫn tế bào bình thường và bất thường), các mẫu trước sinh nhiễm DNA mẹ.
- Array phát hiện các CNV có ý nghĩa lâm sàng có thể bị bỏ qua nếu chỉ sử dụng phương pháp lập công thức nhiễm sắc thể (karyotyping) thông thường
- 6% thai nhi bất thường có công thức nhiễm sắc thể bình thường (karyotype) có thể có các CNV gây bệnh hoặc có khả năng gây bệnh:
- Một dị tật đơn độc: 5,6%
- Nhiều dị tật: 9,1%
- 1,7% thai nhi kiểu hình bình thường và karyotype bình thường có thể có các CNV gây bệnh hoặc có khả năng gây bệnh CNV
- Chậm phát triển và thiểu năng trí tuệ
- Thêm 12,2% – 19% bất thường gây bệnh có thể được phát hiện thêm khi ứng dụng microarray
4.2. Giới hạn
Chuyển đoạn cân bằng
- Chuyển đoạn cân bằng xảy ra ở khoảng 1/500 cá thể và thường là lành tính
- Do rất ít hoặc không có hiện tượng vật chất di truyền bị thêm hoặc mất nên chuyển đoạn cân bằng sẽ không bị phát hiện bằng microarray nhưng tùy thuộc vào kích thước, có thể phát hiện được bằng karyotyping thông thường
- Hậu quả nghiêm trọng vẫn có thể xảy ra với chuyển đoạn cân bằng do các điểm đứt gãy làm ảnh hưởng tới chức năng của gen:
- ACMG (2018) lưu ý tầm quan trọng của việc tái sắp xếp cân bằng (ví dụ: chuyển đoạn, đảo đoạn, chèn đoạn) và chỉ ra rằng tư vấn di truyền nên được thực hiện cho con cái của những người mang chuyển đoạn cân bằng vì có thể được lặp lại ở con cái.
- Ước tính hiệu suất chẩn đoán bổ sung từ 0,78 đến 1,3% nếu karyotyping với nhuộm băng G được thực hiện sau khi kết quả microarray âm tính
Rối loạn đơn gen
Có thể được gây ra bởi sự thay đổi một hoặc một vài base pair (đơn vị cơ sở của vật chất di truyền) sẽ không được phát hiện trên microarray
Các biến thể có ý nghĩa không chắc chắn (VUS)
- Có thể xảy ra trong 1 đến 2% trường hợp
- Có thể gây lo lắng cho bệnh nhân và gia đình
- Sẽ cần thêm tư vấn và theo dõi của chuyên gia
- Theo thời gian, VUS đang được phân loại là lành tính hoặc gây bệnh khi các báo cáo bổ sung được đưa vào cơ sở dữ liệu
5. Ứng dụng của công nghệ Microarray
5.1. Chẩn đoán trước sinh
- Thai nhi bất thường cấu trúc quan trọng trên siêu âm
- Thai chậm phát triển trong tử cung
- Kết quả sàng lọc di truyền trước chuyển phôi (PGT-A) bất thường
- Tiền sử mang thai/có con bất thường cấu trúc NST đã được chẩn đoán
- Bố/mẹ mang chuyển đoạn NST cân bằng
5.2. Xét nghiệm sau sinh
- Microarray là xét nghiệm đầu tiên được chỉ định để đánh giá các bất thường sau sinh:
- Nhiều dị tật nhưng không đặc hiệu cho một hội chứng di truyền đã được xác định rõ ràng
- Chậm phát triển/ thiểu năng trí tuệ không liên quan tới hội chứng bệnh nào
- Rối loạn phổ tự kỷ
- U nguyên bào thần kinh
- Có thể chỉ định trong một vài bệnh lý khác chưa có nhiều nghiên cứu và cần thêm nghiên cứu trong tương lai
5.3. Xét nghiệm thai sảy, lưu
- Mất tim thai đột ngột không rõ nguyên nhân
- Thai sảy lưu
5.4. Sàng lọc di truyền trước chuyển phôi (PGT-A)
Kỹ thuật Microarray cũng được ứng dụng trong phân tích di truyền trước chuyển phôi để xác định bất thường số lượng NST trên phôi, từ đó chọn được phôi chất lượng tốt, tăng khả năng thụ thai. Tuy nhiên, hiện nay công nghệ này gần như được thay thế bằng NGS.
Nếu có bất cứ thắc mắc nào cần tư vấn và giải đáp liên quan đến công nghệ Microarray cần được Bác sĩ Phương Hoa hỗ trợ, vui lòng liên hệ tại đây.
Bác sĩ Phương Hoa
Chuyên gia di truyền y học
Liên hệ với bác sĩ
Website này được xây dựng với mong muốn lan tỏa những thông tin hữu ích trong lĩnh vực di truyền học, trở thành kênh kết nối chuyên môn giữa các bác sĩ, chuyên gia y tế nhằm mang lại sự hỗ trợ tốt nhất cho người bệnh.
