Kỹ thuật Microarray là gì? Công dụng và nguyên lý hoạt động của nó?

Hiện nay, kỹ thuật Microarray có thể được sử dụng để phát hiện các bất thường về cấu trúc nhiễm sắc thể, ngay cả khi chúng quá nhỏ để có thể phát hiện được bằng các kỹ thuật nuôi cấy, lập công thức nhiễm sắc thể truyền thống. Các mảng vi mô có thể phát hiện ra các biến thể số lượng bản sao (CNV) và xác định các vùng nhiễm sắc thể có DNA dư thừa hoặc DNA bị thiếu. Vậy cụ thể kỹ thuật Microarray là gì? Mời bạn đọc cùng tham khảo bài viết sau.

Kỹ thuật Microarray là gì?

Kỹ thuật Microarray lý tưởng để kiểm tra hàng nghìn mẫu nhằm xác định đột biến gen, thay đổi cấu trúc, thay đổi biểu hiện gen và quá trình methyl hóa. Với công nghệ Infinium phổ biến, Microarray cung cấp kết quả dữ liệu có độ tin cậy cao và hỗ trợ đẩy nhanh quá trình nghiên cứu. Nó phù hợp cho các cơ sở y tế có phòng thí nghiệm quy mô nhỏ (vài mẫu) đến các phòng thí nghiệm quy mô lớn (hàng nghìn mẫu mỗi ngày) có chất lượng và được áp dụng rộng rãi trong y học con người, kiểu gen động vật và thực vật,...

Một số ứng dụng của kỹ thuật Microarray

Kỹ thuật Microarray nhiễm sắc thể phân tử có thể kiểm tra toàn bộ nhiễm sắc thể và phát hiện những bất thường dưới kính hiển vi. Các mảng vi mô đặc biệt có khả năng phát hiện các đột biến về số lượng đoạn gen hoặc đoạn DNA (còn gọi là vi mất đoạn, vi trùng lặp và biến thể số lượng bản sao) với độ chính xác cao. Hiện tại, Microarray là giải pháp thay thế được ưu tiên cho phương pháp karyotyping thuốc nhuộm dải G, FISH (huỳnh quang tại chỗ) và NGS (giải trình tự thế hệ mới) khi nghi ngờ có các bất thường về cấu trúc và số lượng của nhiễm sắc thể. 

Trong y học, Microarray được sử dụng trong chẩn đoán trước và sau khi sinh để kiểm tra mẫu máu, nước ối, nhau thai và mô bào thai bị sẩy, cũng như trong xét nghiệm di truyền phôi tiền làm tổ (PGT) để sinh thiết tế bào phôi nhằm xác định di truyền và phát hiện những bất thường về số lượng phôi, nhiễm sắc thể gây ra dị tật bẩm sinh và hội chứng chậm phát triển trí tuệ. Kỹ thuật Microarray được ứng dụng trong y học cụ thể như sau:

Microarray trong chẩn đoán trước và sau sinh

Kỹ thuật Microarray được ưu tiên chỉ định trong các trường hợp sau:

• Dị tật bẩm sinh, chậm phát triển trong tử cung.
• Thai chết lưu hoặc sảy thai không rõ nguyên nhân.
• Trẻ em hoặc người lớn bị thiểu năng trí tuệ, rối loạn tâm thần vận động, dị tật bẩm sinh hoặc nghi ngờ có bất thường về di truyền do mất đoạn/vi trùng lặp nhiễm sắc thể.
• Các cặp vợ chồng thường xuyên sảy thai không rõ nguyên nhân.

Trong các mẫu này, mẫu DNA của bệnh nhân và DNA đối chứng được lai với array có từ 60.000 probe (60K) đến 100.000 probe (100K) đặc hiệu đã biết. Hiện tượng tăng hoặc giảm tín hiệu sau lai phản ánh chính xác hiện tượng thêm hoặc mất đoạn nhiễm sắc thể tương ứng.

Kỹ thuật Microarray trong xét nghiệm di truyền phôi trước làm tổ (PGT)

Đối với các cặp vợ chồng bị vô sinh hoặc sảy thai nhiều lần do bất thường về nhiễm sắc thể, tuổi cao, chuyển phôi thất bại nhiều lần hoặc sinh con bị dị tật bẩm sinh, xét nghiệm di truyền của phôi có thể được thực hiện trước khi cấy ghép. Thông qua Microarray, xét nghiệm PGT có thể giúp tăng tỷ lệ thành công của thụ tinh trong ống nghiệm (IVF). Sau IVF, phôi được sinh thiết vào ngày thứ 5 và loại bỏ 5 đến 8 tế bào nguyên bào nuôi. Bộ gen DNA của các tế bào này được nhân bản nhiều lần để thực hiện các xét nghiệm Microarray. Sự tăng hoặc giảm tín hiệu sau khi lai phản ánh chính xác việc bổ sung hoặc loại bỏ đoạn nhiễm sắc thể tương ứng.

Kỹ thuật Microarray hoạt động dựa theo nguyên lý nào?

Các đầu dò (probe) dành riêng cho ổ gen hoặc vùng gen (locus) muốn nghiên cứu sẽ nằm trên 24 loại nhiễm sắc thể (NST) được đánh số từ 1 đến 22, X và Y và được in trên kính trượt đặc biệt gọi là slide. Đặc biệt, các vùng gen quan trọng được in với khoảng cách và mật độ đầu dò lớn hơn để phát hiện quang sai nhỏ hơn 1 triệu nucleotide (Mb). 

Mẫu DNA cần kiểm tra sau đó được dán nhãn huỳnh quang và lai với các đầu dò trên mảng này. Sau khi lai, tín hiệu huỳnh quang được đọc bằng máy quét Microarray. Cường độ huỳnh quang phát ra từ mảng sản phẩm thử nghiệm được so sánh với cường độ huỳnh quang của mẫu đối chứng để xác định sự thay đổi về lượng vật liệu di truyền tại địa điểm thử nghiệm. Microarray được chia thành ba nhóm chính tùy thuộc vào loại đầu dò được in trên phiến kính.

• Microarray để nghiên cứu biểu hiện gen ung thư và chuyển gen: Sử dụng đầu dò RNA thông tin (mRNA).
• Microarray để phân tích bản chất của đa hình SNP và đột biến điểm: Đầu dò gDNA thường được sử dụng.
• Mảng vi mô để nghiên cứu việc bổ sung hoặc xóa các đoạn nhiễm sắc thể: Định dạng vi mô được sử dụng rộng rãi nhất. Xét nghiệm di truyền tiền cấy ghép (PGT) sử dụng các đoạn oligonucleotide 15 đến 20 bazơ đặc trưng cho các vùng di truyền nằm rải rác trên nhiễm sắc thể làm đầu dò để xác định số lượng nhiễm sắc thể.

Trong chẩn đoán trước và sau sinh, đầu dò là các đoạn oligonucleotide ngắn từ 20 đến 30 bazơ được thiết kế đặc biệt cho các vùng mang gen có chức năng đã biết trên nhiễm sắc thể để sàng lọc những bất thường gây ra dị tật bẩm sinh.

Hy vọng những thông tin trong bài viết trên đã giúp bạn hiểu rõ kỹ thuật Microarray là gì, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của nó trong y học, đặc biệt là ứng dụng trong các xét nghiệm trước sinh và trong bất kỳ thời điểm nào sau sinh để kiểm tra dị tật.