Sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI), các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng các dấu ấn sinh học liên quan đến một bệnh thường có thể dự đoán được các bệnh khác, cho thấy các bệnh này có mối liên hệ mật thiết hơn so với suy nghĩ trước đây. Hiểu biết về mối liên hệ giữa các bệnh này có thể chẩn đoán nhanh hơn mà không cần các thủ thuật xâm lấn.

Trí tuệ nhân tạo (AI) có thể giúp phát hiện sớm nhiều bệnh về đường tiêu hóa mà không cần các xét nghiệm xâm lấn. Ảnh: Shutterstock

Các nhà khoa học đã xác định được một nhóm các dấu ấn sinh học có thể cải thiện đáng kể cách phát hiện và điều trị các bệnh về đường tiêu hóa (GID). Những bệnh này bao gồm ung thư dạ dày (GC), ung thư đại trực tràng (CRC) và bệnh viêm ruột (IBD).

Kết quả nghiên cứu cho thấy các vi khuẩn đường ruột cụ thể và các hợp chất hóa học, được gọi là chất chuyển hóa, có liên quan chặt chẽ đến từng bệnh. Điều này mở ra khả năng chẩn đoán các bệnh này sớm hơn và bằng các phương pháp ít xâm lấn hơn. Một số dấu hiệu này thậm chí có thể báo hiệu nguy cơ mắc nhiều bệnh khác nhau.

Trí tuệ nhân tạo (AI) hé lộ các dấu ấn sinh học đường ruột chung giữa các bệnh khác nhau.

Để khám phá những mô hình này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng các công cụ học máy tiên tiến và trí tuệ nhân tạo để phân tích dữ liệu hệ vi sinh vật và chuyển hóa từ bệnh nhân mắc ung thư dạ dày (GC), ung thư đại trực tràng (CRC) và bệnh viêm ruột (IBD). Bằng cách so sánh dữ liệu giữa các bệnh, họ phát hiện ra rằng các mô hình được huấn luyện trên một bệnh thường có thể dự đoán các dấu ấn sinh học cho bệnh khác. Ví dụ, các mô hình dựa trên dữ liệu GC có thể xác định các dấu ấn sinh học của IBD, trong khi các mô hình CRC có thể dự đoán chính xác các dấu ấn sinh học liên quan đến GC.

Nghiên cứu này được thực hiện bởi các nhóm từ Đại học Birmingham Dubai (thuộc Chương trình Thạc sĩ Khoa học Dữ liệu Y tế), Đại học Birmingham, Birmingham, Anh và Quỹ ủy thác NHS Bệnh viện Đại học Birmingham. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí Y học Chuyển dịch (Journal of Translational Medicine).

Tiến sĩ Animesh Acharjee, đồng tác giả chính đến từ Đại học Birmingham, giải thích: "Các phương pháp chẩn đoán hiện tại như nội soi và sinh thiết rất hiệu quả nhưng có thể xâm lấn, tốn kém và đôi khi bỏ sót bệnh ở giai đoạn sớm”.

"Phân tích của chúng tôi giúp hiểu rõ hơn các cơ chế tiềm ẩn thúc đẩy sự tiến triển của bệnh và xác định các dấu ấn sinh học quan trọng cho các liệu pháp điều trị nhắm mục tiêu. Những dấu ấn sinh học này có thể giúp phát hiện bệnh sớm hơn và chính xác hơn, dẫn đến phương pháp điều trị tốt hơn và cá nhân hóa hơn".

Dấu ấn đường ruột đặc trưng cho từng bệnh và có sự chồng chéo

Nghiên cứu cũng chỉ ra các mô hình vi sinh vật và chuyển hóa riêng biệt cho từng bệnh, cùng với những điểm trùng lặp quan trọng.

Trong GC, vi khuẩn thuộc các nhóm Firmicutes, Bacteroidetes và Actinobacteria thường được tìm thấy. Các nhà nghiên cứu cũng quan sát thấy những thay đổi trong các chất chuyển hóa như dihydrouracil và taurine. Một số dấu hiệu này cũng có liên quan đến IBD, cho thấy các đặc điểm sinh học chung. Tuy nhiên, mặc dù hữu ích trong việc xác định IBD, chúng lại kém hiệu quả hơn trong việc phát hiện CRC.

Đối với CRC, các chỉ số quan trọng bao gồm các loại vi khuẩn như Fusobacterium và Enterococcus, cùng với các chất chuyển hóa như isoleucine và nicotinamide. Một số chất này cũng xuất hiện trong GC, cho thấy rằng các bệnh này có thể có chung các con đường sinh học cơ bản.

Trong bệnh viêm ruột (IBD), vi khuẩn thuộc họ Lachnospiraceae đóng vai trò quan trọng, cùng với các chất chuyển hóa như urobilin và glycerate. Đáng chú ý, một số dấu hiệu này cũng liên quan đến các quá trình ung thư, củng cố thêm quan điểm rằng các bệnh lý này có mối liên hệ với nhau.

Các mô phỏng cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa trạng thái khỏe mạnh và trạng thái bệnh tật

Nhóm nghiên cứu cũng mô phỏng quá trình phát triển của vi khuẩn đường ruột và sự lưu chuyển của các chất chuyển hóa trong hệ thống sinh học. Những mô phỏng này đã cho thấy sự khác biệt rõ rệt về quá trình trao đổi chất giữa người khỏe mạnh và người mắc bệnh, từ đó củng cố thêm vai trò của các dấu ấn sinh học này trong chẩn đoán.

"Phân tích liên bệnh trong nghiên cứu của chúng tôi đã nhấn mạnh tiềm năng sử dụng các dấu ấn sinh học vi sinh và chuyển hóa được xác định trong một bệnh lý đường tiêu hóa để dự đoán bệnh lý khác", Tiến sĩ Acharjee nói thêm. "Cách tiếp cận sáng tạo này có thể dẫn đến việc phát triển các công cụ chẩn đoán phổ quát để cách mạng hóa việc chẩn đoán và điều trị nhiều bệnh lý đường tiêu hóa".

Hướng tới các xét nghiệm không xâm lấn và phương pháp điều trị cá nhân hóa

Trong tương lai, các nhà nghiên cứu dự định sẽ tìm hiểu cách áp dụng những phát hiện này vào thực tiễn lâm sàng. Điều này bao gồm việc phát triển các xét nghiệm chẩn đoán không xâm lấn và các liệu pháp điều trị nhắm mục tiêu hơn dựa trên các dấu ấn sinh học đã được xác định.

Họ cũng dự định xác thực các mô hình của mình bằng cách sử dụng các nhóm bệnh nhân lớn hơn và đa dạng hơn, cũng như điều tra xem liệu các dấu ấn sinh học này có thể giúp dự đoán thêm các bệnh liên quan khác trong tương lai hay không.