Bệnh võng mạc di truyền có nguy cơ mù lòa: AI dự đoán đúng 89% trong 5 gene nghi ngờ

Dù biểu hiện bên ngoài có thể tương tự, các bệnh lý võng mạc vẫn có thể đòi hỏi hướng điều trị và tư vấn di truyền khác nhau, tùy gene nào gặp bất thường. Thách thức nằm ở chỗ số gene liên quan đến bệnh võng mạc di truyền đã vượt quá 300, khiến việc xác định đúng nguyên nhân không hề dễ.

Trong bối cảnh đó, một phương pháp dùng trí tuệ nhân tạo phân tích ảnh võng mạc thường chụp tại khoa mắt cùng kết quả thăm khám để sàng lọc trước các gene nghi ngờ nguyên nhân đã cho thấy hiệu quả trong thử nghiệm lâm sàng trên bệnh nhân thực tế. Tỷ lệ đưa đúng gene nguyên nhân vào 5 ứng viên hàng đầu tăng từ 67,3% khi bác sĩ chuyên khoa tự đánh giá lên 88,5% khi có AI hỗ trợ.

Nhóm nghiên cứu hợp tác quốc tế, với sự tham gia của các giáo sư Han Jin-woo và Byun Seok-ho (Khoa Mắt, Bệnh viện Severance) cùng giáo sư Lee Jun-won (Khoa Mắt, Bệnh viện Gangnam Severance), ngày 14 cho biết họ đã phát triển hệ thống hỗ trợ quyết định lâm sàng bằng AI mang tên “Retina4IRD”, có khả năng dự đoán gene nguyên nhân của bệnh võng mạc di truyền, đồng thời xác nhận tính ứng dụng trong thực hành khám chữa bệnh. Kết quả nghiên cứu được đăng trên tạp chí học thuật quốc tế 〈〈Nature Medicine〉〉 ngày 24-07.

Hơn 300 gene nguyên nhân…phải xác định chính xác mới mở ra hướng điều trị

Bệnh võng mạc di truyền là nhóm bệnh hiếm gặp, trong đó chức năng võng mạc suy giảm do bất thường gene. Nhiều bệnh, trong đó có viêm võng mạc sắc tố, thuộc nhóm này. Một số bệnh nhân bị thu hẹp dần thị trường hoặc giảm thị lực và nặng có thể dẫn đến mù lòa.

Việc xác định gene nguyên nhân không chỉ dừng ở khâu gọi tên bệnh. Thông tin này còn cần thiết để dự đoán diễn tiến thị lực trong tương lai và tư vấn nguy cơ di truyền cho người thân trong gia đình. Khả năng dùng thuốc nhắm trúng đích theo gene hoặc tham gia thử nghiệm lâm sàng cũng thay đổi tùy theo gene nguyên nhân.

Liệu pháp gene điều trị bệnh võng mạc di truyền “Luxturna” được phê duyệt tại Mỹ không phải ai cũng dùng được. Chỉ những bệnh nhân xác nhận có biến thể ở gene cụ thể PE65 mới thuộc đối tượng điều trị. Điều đó có nghĩa, phải xác định chính xác gene nào bị bất thường thì mới có thể mở ra cơ hội điều trị.

Tuy nhiên, quá trình tìm nguyên nhân không hề đơn giản. Bệnh võng mạc di truyền liên quan đến nhiều gene, và ngay cả khi cùng một bất thường gene, biểu hiện ở mắt cũng có thể khác nhau giữa các bệnh nhân. Ngược lại, các bất thường gene khác nhau đôi khi lại tạo ra biến đổi võng mạc tương tự.

Để rút ngắn quy trình phức tạp này, nhóm nghiên cứu phát triển Retina4IRD. “Retina” nghĩa là võng mạc, còn “IRD” là viết tắt tiếng Anh của bệnh võng mạc di truyền (Inherited Retinal Disease).

Retina4IRD phân tích ảnh đáy mắt và hình ảnh chụp cắt lớp quang học kết hợp (OCT). Ảnh đáy mắt là xét nghiệm chụp võng mạc phía trong mắt để kiểm tra bất thường. OCT dùng ánh sáng để hiển thị cấu trúc cắt lớp của võng mạc theo từng lớp.

AI đồng thời sử dụng các thông tin lâm sàng như tuổi, giới tính, tiền sử gia đình, tuổi khởi phát triệu chứng và thời gian mắc bệnh. Đây không phải cách “nhìn ảnh mắt rồi đoán gene”. Hệ thống đối chiếu cả hình ảnh lẫn thông tin bệnh nhân để sàng lọc các ứng viên gene có khả năng là nguyên nhân cao.

Nhóm nghiên cứu phát triển và kiểm chứng AI bằng dữ liệu của 1.843 bệnh nhân (3.376 mắt) đã được xác nhận chẩn đoán bằng xét nghiệm gene tại 9 cơ sở y tế ở Hàn Quốc, Trung Quốc và Ba Lan. Retina4IRD đưa ra các ứng viên có khả năng là nguyên nhân cao trong 17 nhóm gene, bao gồm cả những gene đã có thuốc điều trị hoặc đang có thử nghiệm lâm sàng.

Trong kiểm chứng nội bộ của nhóm, tỷ lệ gene nguyên nhân thực sự nằm trong 5 gợi ý hàng đầu do AI đưa ra đạt 90,4%. Khi kiểm chứng lại bằng bộ dữ liệu bệnh nhân riêng biệt, con số vẫn đạt 85,6%.

Bác sĩ chuyên khoa tự đánh giá chỉ 67,3%…có AI hỗ trợ tăng lên 88,5%

Nhóm nghiên cứu tiến hành thử nghiệm lâm sàng ngẫu nhiên có đối chứng để kiểm tra liệu AI có hữu ích trong thực hành khám chữa bệnh hay không.

Họ chia 300 bệnh nhân nghi ngờ mắc bệnh võng mạc di truyền thành hai nhóm. Một nhóm bác sĩ chuyên khoa được cung cấp thông tin do AI gợi ý, nhóm còn lại đánh giá mà không có AI. Sau đó, nhóm phân tích cuối cùng gồm 295 người đã có kết quả xét nghiệm gene được xác nhận. Cụ thể, nhân viên y tế chọn 5 gene nghi ngờ là nguyên nhân ở từng bệnh nhân rồi đối chiếu với kết quả xét nghiệm gene thực tế.

Ở nhóm bác sĩ chuyên khoa có AI hỗ trợ, tỷ lệ đưa gene nguyên nhân thực sự vào trong 5 ứng viên hàng đầu đạt 88,5%. Khi bác sĩ chuyên khoa tự đánh giá, tỷ lệ này là 67,3%.

Ngay cả khi chỉ so sánh một gene duy nhất được đánh giá là có khả năng cao nhất, chênh lệch vẫn rõ rệt. Nhóm có AI hỗ trợ đạt 37,8%, còn nhóm bác sĩ chuyên khoa tự đánh giá là 22,4%.

AI không thay thế xét nghiệm gene

Dù vậy, AI không thay thế xét nghiệm gene. Retina4IRD là công cụ hỗ trợ bác sĩ quyết định nên ưu tiên xem xét gene nào trước khi làm xét nghiệm gene. Cuối cùng, biến thể gene nào gây bệnh vẫn cần được xác nhận bằng xét nghiệm gene như giải trình tự thế hệ mới (NGS).

Nghiên cứu lần này cũng chưa xác nhận được chi phí xét nghiệm của bệnh nhân thực tế đã giảm bao nhiêu, hay thời gian chẩn đoán đã rút ngắn đến mức nào. Điểm cốt lõi được kiểm chứng trong thử nghiệm lâm sàng là: khi ứng dụng AI, bác sĩ chuyên khoa chọn các ứng viên gene nguyên nhân chính xác hơn. Hiệu quả giảm chi phí và rút ngắn thời gian chẩn đoán cần được đánh giá thêm sau khi áp dụng vào thực hành.

Nhóm nghiên cứu cho biết đây là trường hợp đầu tiên trên thế giới xác nhận tính hữu ích của một hệ thống AI sử dụng hình ảnh và thông tin lâm sàng thường dùng trong khám nhãn khoa bằng thử nghiệm lâm sàng ngẫu nhiên có đối chứng theo hướng tiến cứu.

Giáo sư Han Jin-woo nói: “Retina4IRD không đưa ra chẩn đoán thay cho bác sĩ, mà được kỳ vọng sẽ được sử dụng như một công cụ sàng lọc trước, giúp thu hẹp trước các gene nguyên nhân có khả năng cao trước khi làm xét nghiệm gene”, đồng thời nhấn mạnh: “Hệ thống không chỉ giúp giảm chi phí xét nghiệm không cần thiết và rút ngắn thời gian đến khi chẩn đoán, mà còn góp phần hiện thực hóa y học chính xác bằng cách sàng lọc sớm những bệnh nhân mà thời điểm điều trị rất quan trọng, như điều trị gene”.