Nội dung chính

Các bất thường nhiễm sắc thể là nguyên nhân quan trọng của dị tật bẩm sinh, sảy thai và thai lưu. Trong đó, ngoài lệch bội, các biến thể cấu trúc như mất đoạn, lặp đoạn, đảo đoạn, chuyển đoạn và các tái sắp xếp phức tạp đóng góp một tỷ lệ đáng kể các bệnh lý di truyền. Ước tính các biến thể cấu trúc liên quan đến hơn 1.000 bệnh di truyền đã được mô tả1. Tuy nhiên, trong thực hành chẩn đoán trước sinh, các biến thể cấu trúc hiếm, đặc biệt là các biến thể cấu trúc hiếm dạng cân bằng hoặc phức tạp, thường bị bỏ sót. Điều này dẫn đến khoảng trống chẩn đoán trong các trường hợp thai bất thường hình thái nhưng kết quả karyotype hoặc chromosomal microarray (CMA) bình thường.

Các biến thể cấu trúc hiếm có tần suất <1% trong quần thể nhưng lại có ý nghĩa lâm sàng lớn, có thể ảnh hưởng đến một hoặc nhiều gene, hoặc làm thay đổi cấu trúc không gian của bộ gene, từ đó dẫn đến rối loạn biểu hiện gene và gây bệnh. Sự phát triển của giải trình tự thế hệ mới (NGS) đã cải thiện đáng kể khả năng phát hiện biến thể di truyền, nhưng short-read sequencing vẫn gặp hạn chế trong việc xác định chính xác các biến thể cấu trúc lớn hoặc vùng lặp phức tạp2. Do đó, các công nghệ mới như Optical Genome Mapping (OGM) và Long-read Sequencing (LRS) đang mở ra kỷ nguyên mới trong chẩn đoán tiền sản.

 

Biến thể cấu trúc hiếm trong chẩn đoán trước sinh

Các biến thể cấu trúc hiếm có liên quan đến nhiều bất thường nặng trong thai kỳ, bao gồm dị tật tim bẩm sinh, bất thường hệ thần kinh trung ương, hội chứng đa dị tật, thai chậm tăng trưởng trong tử cung (IUGR) và thai lưu không rõ nguyên nhân. Đáng chú ý, các biến thể cấu trúc hiếm dạng cân bằng có thể không gây thay đổi lượng DNA tổng nên không được phát hiện bằng CMA, nhưng vẫn gây bệnh thông qua việc phá vỡ bộ gene hoặc hiệu ứng vị trí 3. Do đó, hiện có khoảng 10–20% các trường hợp bất thường hình thái thai nhi không xác định được nguyên nhân bằng CMA4.

 

Optical genome mapping (OGM)

OGM sử dụng DNA phân tử dài, được đánh dấu tại các motif đặc hiệu và hình ảnh hóa bằng huỳnh quang. Các đoạn DNA dài hàng trăm kb đến Mb được phân tích trực tiếp để tái dựng cấu trúc bộ gene. OGM có khả năng phát hiện mất đoạn, lặp đoạn lớn, đảo đoạn, chuyển đoạn cân bằng và không cân bằng, cũng như các biến thể cấu trúc hiếm phức tạp. Công nghệ này cũng xác định các điểm gãy chính xác hơn so với karyotype. Một số nghiên cứu đa trung tâm cho thấy OGM đạt độ nhạy trên 95% trong phát hiện các biến thể cấu trúc hiếm lớn 5.

OGM có giá trị chẩn đoán trước sinh trong các trường hợp thai bất thường hình thái nhưng kết quả CMA âm tính, sảy thai liên tiếp không rõ nguyên nhân, sự tái sắp xếp cân bằng ở bố mẹ. Công nghệ này giúp nâng cao khả năng phát hiện nguyên nhân di truyền trong các trường hợp khó.

 

Long-read sequencing (LRS)

LRS bao gồm PacBio HiFi và Oxford Nanopore sequencing, với khả năng đọc đoạn DNA dài từ 10 kb đến hơn 100 kb. Kỹ thuật này cho phép phát hiện các biến thể cấu trúc hiếm nhỏ và lớn, các lặp đoạn phức tạp, các điểm gãy ở mức nucleotide và các bệnh do mở rộng đoạn lặp. PacBio HiFi có độ chính xác >99,9% và phù hợp cho ứng dụng lâm sàng6. Trong chẩn đoán tiền sản, LRS giúp tăng tỷ lệ chẩn đoán chính xác các nguyên nhân di truyền trong các trường hợp bất thường hình thái nhiễm sắc thể không giải thích được, đặc biệt khi karyotype và CMA vẫn cho kết quả âm tính.

OGM và LRS là hai kỹ thuật chẩn đoán tiền sản bổ sung lẫn nhau. OGM ưu thế trong phát hiện các biến thể cấu trúc hiếm lớn và tái sắp xếp cân bằng các nhiễm sắc thể, trong khi LRS vượt trội trong phát hiện các biến thể cấu trúc hiếm nhỏ và phân tích điểm gãy ở mức độ nucleotide. Do đó, sự kết hợp hai kỹ thuật này có thể cung cấp cái nhìn toàn diện hơn trong việc phát hiện các biến thể cấu trúc hiếm trong bộ gene.

 

Ứng dụng trong chẩn đoán tiền sản

Thai bất thường hình thái

Trong thực hành chẩn đoán trước sinh, một trong những nhóm chỉ định quan trọng nhất để thực hiện phân tích di truyền là các trường hợp thai có bất thường hình thái phát hiện qua siêu âm. Các dị tật tim bẩm sinh, bất thường hệ thần kinh trung ương như não úng thủy, bất sản thể chai, hoặc các hội chứng đa dị tật là những biểu hiện thường gặp nhất liên quan đến bất thường di truyền. Trong nhóm bệnh nhân này, mặc dù karyotype và CMA đã giúp xác định được nhiều bất thường nhiễm sắc thể, nhưng vẫn còn một tỷ lệ đáng kể các trường hợp không tìm thấy nguyên nhân di truyền rõ ràng.

Sự xuất hiện của OGM và LRS đã làm tăng đáng kể khả năng chẩn đoán trong nhóm bệnh nhân này. Các nghiên cứu gần đây cho thấy việc áp dụng OGM hoặc LRS có thể làm tăng tỷ lệ phát hiện nguyên nhân di truyền thêm khoảng 10–30% so với CMA đơn thuần, đặc biệt trong các trường hợp CMA âm tính nhưng hình thái thai nhi gợi ý bất thường nhiễm sắc thể hoặc gene7. Điều này có ý nghĩa quan trọng vì giúp chuyển một tỷ lệ đáng kể các trường hợp bất thường thai nhi không rõ nguyên nhân sang nhóm có chẩn đoán xác định.

OGM đặc biệt hữu ích trong việc phát hiện các biến thể cấu trúc lớn, các chuyển đoạn cân bằng hoặc không cân bằng, cũng như các đảo đoạn có thể ảnh hưởng đến các gene quan trọng. Trong khi đó, LRS đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện các biến thể nhỏ hơn hoặc các đột biến nằm trong vùng khó giải trình tự, vốn có thể liên quan đến các hội chứng đơn gen biểu hiện bằng dị tật hình thái phức tạp. Sự kết hợp giữa hai công nghệ này cho phép phân tích toàn diện hơn bản đồ di truyền của thai nhi, từ đó cải thiện khả năng chẩn đoán nguyên nhân gây bất thường thai nhi.

Ngoài giá trị chẩn đoán, việc xác định được nguyên nhân di truyền còn có ý nghĩa lớn trong tư vấn di truyền cho gia đình. Khi xác định được một biến thể cấu trúc cụ thể, các nhà lâm sàng có thể ước lượng nguy cơ tái phát bất thường di truyền trong các lần mang thai sau, đồng thời hỗ trợ ra quyết định lâm sàng như tiếp tục hay chấm dứt thai kỳ trong các trường hợp thai nhi mang nhiều biến thể cấu trúc hiếm.

 

Thai lưu và sảy thai liên tiếp

Thai lưu không rõ nguyên nhân và sảy thai liên tiếp là những thách thức lớn trong sản khoa và y học sinh sản. Mặc dù các bất thường lệch bội chiếm tỷ lệ cao trong sảy thai sớm, một tỷ lệ đáng kể các trường hợp thai lưu muộn hoặc sảy thai liên tiếp không rõ nguyên nhân không được phát hiện bằng karyotype hoặc CMA. Do đó, việc phát hiện các biến thể cấu trúc hiếm phức tạp, đặc biệt là các biến thể cấu trúc cân bằng hoặc tái sắp xếp nhỏ trở nên khó khăn hơn.

OGM đã chứng minh vai trò quan trọng trong nhóm bệnh nhân này nhờ khả năng phát hiện các chuyển đoạn cân bằng ở bố hoặc mẹ, vốn có thể được truyền cho thai nhi và gây mất cân bằng di truyền trong quá trình phát triển. Các chuyển đoạn này thường không biểu hiện lâm sàng ở người mang nhưng lại gây hậu quả nghiêm trọng trong thai kỳ. Bên cạnh đó, OGM cũng có khả năng phát hiện các tái sắp xếp phức tạp liên quan đến nhiều điểm gãy nhiễm sắc thể, điều mà các kỹ thuật truyền thống khó nhận diện.

Trong khi đó, LRS bổ sung thêm khả năng xác định các biến thể nhỏ hoặc các đột biến gen gây ảnh hưởng đến quá trình phát triển phôi và nhau thai. Một số nghiên cứu gần đây cho thấy rằng các biến thể cấu trúc ảnh hưởng đến các gene liên quan đến chức năng nhau thai hoặc điều hòa miễn dịch có thể góp phần vào cơ chế thai lưu sớm hoặc sảy thai liên tiếp8. Việc ứng dụng OGM và LRS trong nhóm bệnh nhân này không chỉ giúp xác định nguyên nhân mà còn đóng vai trò quan trọng trong tư vấn di truyền. Khi phát hiện được biến thể cấu trúc ở bố hoặc mẹ, nguy cơ tái phát trong các thai kỳ sau có thể được đánh giá chính xác hơn, từ đó giúp định hướng kế hoạch sinh sản phù hợp như thụ tinh trong ống nghiệm kết hợp chẩn đoán di truyền tiền làm tổ.

Tích hợp vào quy trình chẩn đoán tiền sản

Trong bối cảnh phát triển nhanh của các công nghệ di truyền, xu hướng hiện nay không phải là thay thế hoàn toàn các phương pháp truyền thống mà là xây dựng một mô hình tích hợp chẩn đoán theo tầng. Trong mô hình này, mỗi công nghệ đóng vai trò bổ sung cho nhau nhằm tối ưu hóa khả năng phát hiện các bất thường di truyền trong thai kỳ.

Ở tầng đầu tiên, NIPT vẫn đóng vai trò là phương pháp sàng lọc không xâm lấn với độ nhạy cao đối với các lệch bội phổ biến. Khi có chỉ định sàng lọc xâm lấn, karyotype hoặc CMA được sử dụng như bước chẩn đoán tiêu chuẩn để phát hiện các bất thường nhiễm sắc thể lớn hoặc các vi mất đoạn, vi lặp đoạn. Tuy nhiên, trong những trường hợp kết quả âm tính nhưng hình thái thai nhi vẫn bất thường hoặc nguy cơ lâm sàng cao, OGM hoặc LRS có thể được triển khai như bước tiếp theo nhằm phát hiện các biến thể cấu trúc tinh vi hơn.

Mô hình tích hợp này giúp giảm đáng kể quá trình kéo dài chẩn đoán tiền sản mà không tìm được nguyên nhân di truyền. Đồng thời, việc kết hợp các công nghệ này với trí tuệ nhân tạo (AI) trong diễn giải dữ liệu bộ gene đang mở ra hướng tiếp cận mới trong y học chính xác. AI có khả năng tổng hợp thông tin từ nhiều tầng dữ liệu, bao gồm biến thể cấu trúc, biến thể đơn gen và dữ liệu lâm sàng, từ đó hỗ trợ đưa ra dự đoán chính xác hơn về nguy cơ bệnh lý và tiên lượng thai kỳ10, 11.

Trong tương lai, quy trình chẩn đoán trước sinh có thể chuyển dịch sang mô hình tích hợp đa nền tảng, trong đó NIPT, CMA, OGM và LRS không còn hoạt động độc lập mà được kết nối trong một hệ thống phân tích thống nhất. Điều này không chỉ nâng cao độ chính xác chẩn đoán mà còn góp phần cá thể hóa tư vấn di truyền và quản lý thai kỳ, đặc biệt trong các trường hợp thai kỳ nguy cơ cao hoặc có các bất thường nhiễm sắc thể phức tạp.

 

Kết luận

Các biến thể cấu trúc hiếm đóng vai trò quan trọng trong cơ chế bệnh sinh của nhiều đột biến thai nhi và các hội chứng di truyền phức tạp trong thai kỳ. Các biến thể này thường bị bỏ sót bởi các phương pháp truyền thống như karyotype, CMA hoặc giải trình tự thế hệ mới dạng short-read. OGM và LRS là hai kỹ thuật mới trong phân tích bộ gene, cho phép phát hiện toàn diện hơn các biến thể cấu trúc hiếm lớn và phức tạp, các vùng lặp đoạn và tái sắp xếp cấu trúc nhiễm sắc thể mà các phương pháp truyền thống khó nhận diện. Trong tương lai, việc tích hợp OGM, LRS và các công cụ AI trong phân tích di truyền hứa hẹn nâng cao đáng kể hiệu quả chẩn đoán tiền sản, góp phần cải thiện tư vấn di truyền và quản lý thai kỳ nguy cơ cao.

  1. Collins RL, Talkowski ME. Diversity and consequences of structural variation in the human genome. Nat Rev Genet. 2025 Jul;26(7):443-462. doi: 10.1038/s41576-024-00808-9. Epub 2025 Jan 21. PMID: 39838028.
  2. Mahmoud M, Gobet N, Cruz-Dávalos DI, Mounier N, Dessimoz C, Sedlazeck FJ. Structural variant calling: the long and the short of it. Genome Biol. 2019 Nov 20;20(1):246. doi: 10.1186/s13059-019-1828-7. PMID: 31747936; PMCID: PMC6868818.
  3. Chaisson MJP, Sanders AD, Zhao X, et al. Multi-platform discovery of haplotype-resolved structural variation in human genomes. Nat Commun. 2019 Apr 16;10(1):1784. doi: 10.1038/s41467-018-08148-z. PMID: 30992455; PMCID: PMC6467913.
  4. Henricks C, Nelson D. Prediction of preterm birth: past, present, and future approaches to an ongoing challenge. Semin Perinatol. 2026 May;50(3):152197. doi: 10.1016/j.semperi.2025.152197. Epub 2025 Dec 6. PMID: 41353078.
  5. Mantere T, Kersten S, Hoischen A. Long-Read Sequencing Emerging in Medical Genetics. Front Genet. 2019 May 7;10:426. doi: 10.3389/fgene.2019.00426. PMID: 31134132; PMCID: PMC6514244.
  6. Wenger AM, Peluso P, Rowell WJ, et al. Accurate circular consensus long-read sequencing improves variant detection and assembly of a human genome. Nat Biotechnol. 2019 Oct;37(10):1155-1162. doi: 10.1038/s41587-019-0217-9. Epub 2019 Aug 12. PMID: 31406327; PMCID: PMC6776680.
  7. Sahajpal NS, Mondal AK, Fee T, Hilton B, Layman L, Hastie AR, Chaubey A, DuPont BR, Kolhe R. Clinical Validation and Diagnostic Utility of Optical Genome Mapping in Prenatal Diagnostic Testing. J Mol Diagn. 2023 Apr;25(4):234-246. doi: 10.1016/j.jmoldx.2023.01.006. Epub 2023 Feb 8. PMID: 36758723.
  8. Mantere T, Neveling K, Pebrel-Richard C, et al. Optical genome mapping enables constitutional chromosomal aberration detection. Am J Hum Genet. 2021 Aug 5;108(8):1409-1422. doi: 10.1016/j.ajhg.2021.05.012. Epub 2021 Jul 7. PMID: 34237280; PMCID: PMC8387289.
  9.  Logsdon GA, Ebert P, Audano PA, et al. Complex genetic variation in nearly complete human genomes. Nature. 2025 Aug;644(8076):430-441. doi: 10.1038/s41586-025-09140-6. Epub 2025 Jul 23. Erratum in: Nature. 2025 Sep;645(8081):E6. doi: 10.1038/s41586-025-09547-1. PMID: 40702183; PMCID: PMC12350169.
  10. de Bitter TJJ, van der Sanden B, Sagath L, et al. Clinical Long-Read Genome Sequencing for Rare-Disease Diagnostics. N Engl J Med. 2026 Jun 13. doi: 10.1056/NEJMc2602512. Epub ahead of print. PMID: 42294850.
  11. Prenatal Screening And Diagnosis Group Birth Defect Prevention And Control Professional Committee Chinese Preventive Medical Association, Prenatal Diagnosis Group Society Of Medical Genetics Chinese Medical Association, Liu J. [Guidelines for the application of chromosomal microarray analysis in prenatal diagnosis (2023)]. Zhonghua Yi Xue Yi Chuan Xue Za Zhi. 2023 Sep 10;40(9):1051-1061. Chinese. doi: 10.3760/cma.j.cn112141-20230327-00146. PMID: 37643949.