Các nhà khoa học thuộc Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) và Tập đoàn Microsoft (Mỹ) vừa công bố nghiên cứu về một hệ thống cảm biến sinh học ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI), có khả năng phát hiện ung thư ở giai đoạn rất sớm thông qua xét nghiệm nước tiểu đơn giản.
Nghiên cứu được đăng tải trên tạp chí Nature Communications và được đánh giá là mở ra hướng tiếp cận mới trong tầm soát ung thư tại nhà với độ nhạy cao hơn nhiều phương pháp truyền thống.
Theo nhóm nghiên cứu, AI được sử dụng để thiết kế các peptide - những chuỗi protein ngắn có khả năng nhận diện hoạt động của protease, nhóm enzyme thường hoạt động quá mức trong các tế bào ung thư.
Các peptide này được phủ lên bề mặt các hạt nano để tạo thành những cảm biến sinh học siêu nhỏ. Khi đi vào cơ thể, nếu gặp các protease liên quan đến ung thư, peptide sẽ bị cắt ra và giải phóng tín hiệu đặc hiệu. Những tín hiệu này sau đó được đào thải qua nước tiểu và có thể được phát hiện bằng que thử tương tự như xét nghiệm thai kỳ.
Trước đó, nhóm nghiên cứu đã chứng minh công nghệ cảm biến protease có thể phát hiện nhiều loại ung thư khác nhau như ung thư phổi, ung thư buồng trứng và ung thư đại trực tràng. Tuy nhiên, quá trình thiết kế peptide chủ yếu dựa trên các phương pháp truyền thống nên độ chính xác còn hạn chế.
Để khắc phục điều này, các nhà khoa học đã phát triển hệ thống AI mang tên CleaveNet nhằm tự động thiết kế các peptide có khả năng nhận diện chính xác từng loại enzyme mục tiêu.
Hiện nay, phòng thí nghiệm của Giáo sư Bhatia đang tham gia một dự án do Cơ quan Nghiên cứu và Phát triển Y sinh Tiên tiến Mỹ (ARPA-H) tài trợ, với mục tiêu phát triển bộ xét nghiệm tại nhà có khả năng phát hiện và phân biệt khoảng 30 loại ung thư khác nhau ngay từ giai đoạn đầu.
Ngoài khả năng chẩn đoán, công nghệ peptide được thiết kế bằng AI còn mở ra tiềm năng ứng dụng trong điều trị ung thư. Các peptide này có thể được gắn với thuốc điều trị hoặc kháng thể để giải phóng hoạt chất chính xác tại môi trường khối u, qua đó nâng cao hiệu quả điều trị và giảm tác dụng phụ.
Theo các chuyên gia, sự kết hợp giữa AI, công nghệ nano và sinh học phân tử đang tạo ra một hướng đi mới trong y học chính xác, giúp phát hiện và can thiệp bệnh từ rất sớm trước khi xuất hiện các tổn thương nghiêm trọng.
Bên cạnh các cảm biến sinh học thế hệ mới, AI cũng đang thể hiện hiệu quả vượt trội trong việc phân tích hình ảnh y khoa nhằm dự báo nguy cơ ung thư từ rất sớm.
Một trong những nghiên cứu nổi bật hiện nay là mô hình AI mang tên Sybil, được phát triển bởi các nhà khoa học thuộc Trung tâm Ung thư Mass General Brigham và Trường Y Harvard (Mỹ) nhằm dự báo nguy cơ mắc ung thư phổi.
Theo Tiến sĩ Lecia Sequist thuộc Trung tâm Ung thư Mass General, mô hình Sybil được huấn luyện từ hàng nghìn ảnh chụp CT liều thấp của các bệnh nhân tham gia thử nghiệm lâm sàng. Dữ liệu bao gồm thông tin của những người sau này được chẩn đoán mắc ung thư, thời điểm phát bệnh, tình trạng sức khỏe và kết quả điều trị.
Sau quá trình huấn luyện, Sybil có thể dự báo nguy cơ ung thư phổi chỉ dựa trên hình ảnh CT mà không cần thêm dữ liệu khác về bệnh nhân. Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống đạt độ chính xác từ khoảng 80% đến 95%, kể cả trong những trường hợp bác sĩ chẩn đoán hình ảnh chưa phát hiện được bất thường rõ rệt.
Song song với Sybil, một hệ thống AI khác mang tên MIRAI cũng đang được ứng dụng để dự báo nguy cơ ung thư vú.
MIRAI được phát triển bởi nhóm nghiên cứu do Giáo sư Regina Barzilay thuộc MIT dẫn đầu, sử dụng dữ liệu từ khoảng 128.000 ảnh chụp tuyến vú, trong đó có 3.800 trường hợp được chẩn đoán ung thư trong vòng 5 năm sau đó.
Theo kết quả nghiên cứu, hệ thống này có thể dự báo nguy cơ ung thư vú trong tương lai với độ chính xác dao động từ 75% đến 84%.
Dù đạt được nhiều thành tựu đáng chú ý, việc ứng dụng AI trong lĩnh vực y tế vẫn đối mặt với không ít thách thức như bảo mật dữ liệu y tế, tính minh bạch của thuật toán, nguy cơ sai lệch dữ liệu và khoảng cách tiếp cận công nghệ giữa các quốc gia.
Ngoài ra, việc đào tạo đội ngũ nhân lực y tế có đủ năng lực sử dụng và giám sát các hệ thống AI cũng được xem là yếu tố quan trọng nhằm bảo đảm hiệu quả và an toàn trong quá trình điều trị.
Tuy nhiên, với tốc độ phát triển hiện nay, nhiều chuyên gia tin rằng AI sẽ trở thành công cụ trung tâm trong chiến lược phòng chống ung thư trong tương lai. Mục tiêu lâu dài không chỉ là nâng cao hiệu quả điều trị mà còn hướng tới khả năng phát hiện bệnh sớm đến mức ung thư có thể được kiểm soát trước khi gây nguy hiểm cho sức khỏe con người.
Bình luận
0