Bên cạnh việc tăng cường độ phủ vaccine cho cộng đồng, việc xét nghiệm cũng là một giải pháp hiệu quả nhằm phát hiện nguồn lây nhiễm, ngăn chặn dịch lây lan. Tuy nhiên, phương pháp lấy mẫu xét nghiệm từ dịch tỵ hầu cho thấy khá nhiều bất cập. Do đó, việc nghiên cứu các giải pháp xét nghiệm mới, với mẫu thu từ nước bọt hay hơi thở, để tối ưu việc tầm soát đang được đẩy mạnh.
Theo tài liệu “Kiến thức cơ bản về xét nghiệm bệnh Coronavirus 2019” của Cục Quản lý thực phẩm và dược phẩm Mỹ (FDA), hai kỹ thuật xét nghiệm phát hiện virus SARS-CoV-2 đang được sử dụng là xét nghiệm chẩn đoán[1] và xét nghiệm kháng thể[2]. Trong đó, xét nghiệm chẩn đoán lấy mẫu dịch tiết từ đường hô hấp (dịch tỵ hầu hoặc dịch họng), còn xét nghiệm kháng thể lấy mẫu máu từ ngón tay hoặc tĩnh mạch. Tuy nhiên, do các kháng thể có thể mất đến vài ngày hoặc vài tuần để phát triển sau khi cơ thể bị nhiễm, nên xét nghiệm kháng thể không được các chuyên gia y tế khuyến cáo sử dụng để chẩn đoán nhiễm virus SARS-CoV-2. Việc nghiên cứu, đổi mới phương pháp xét nghiệm Covid-19 hiện nay tập trung chủ yếu vào xét nghiệm chẩn đoán vì cho kết quả kịp thời trong việc tầm soát cộng đồng, với độ đặc hiệu và độ nhạy cao. Hai phương pháp xét nghiệm chẩn đoán đang được sử dụng phổ biến là: “xét nghiệm phân tử” nhằm tìm kiếm vật liệu di truyền của virus và “xét nghiệm kháng nguyên” nhằm tìm các protein trên bề mặt của virus để xác định sự hiện diện của mầm bệnh.
Phương pháp xét nghiệm phân tử (Molecular test)
Từ những ngày đầu của đại dịch Covid-19, nhiều phòng thí nghiệm đã sử dụng xét nghiệm khuếch đại axit nucleic như rRT-PCR (real-time Reverse Transcription Polymerase Chain Reaction) để phát hiện virus SARS-CoV-2. Phương pháp này (rRT-PCR) dựa vào khả năng khuếch đại một lượng nhỏ vật chất di truyền (RNA) của virus trong mẫu bệnh phẩm theo thời gian thực, hiện được sử dụng rất phổ biến, vì cho kết quả chính xác, với độ nhạy lớn, được coi là tiêu chuẩn vàng để xác định một người có thực sự bị nhiễm virus hay không.
Hình 1 mô tả quy trình phát hiện virus bằng phương pháp RT-PCR, bắt đầu với việc chuyển đổi RNA virus trong phòng thí nghiệm thành DNA bằng DNA polymerase phụ thuộc RNA (enzyme sao chép ngược - Reverse transcriptase). Phản ứng này dựa vào các đoạn mồi trình tự DNA nhỏ (primers) được thiết kế để nhận biết các trình tự bổ sung trên bộ gen của RNA virus và enzyme phiên mã ngược để tạo ra bản sao DNA bổ sung ngắn (cDNA) của RNA virus. Trong phương pháp rRT-PCR, sự khuếch đại của DNA được theo dõi trong thời gian thực khi phản ứng PCR tiến triển. Sau đó, một hệ thống tự động lặp lại quá trình khuếch đại trong khoảng 40 chu kỳ cho đến khi có thể phát hiện được cDNA của virus.
Hình 1. Phản ứng chuỗi polymerase phiên mã ngược - RT-PCR (Linda J. et al., 2020)
Theo các nghiên cứu khoa học, độ nhạy của phương pháp rRT-PCR được ước tính là 70-98% và độ đặc hiệu là khoảng 95%. Một nghiên cứu về “Tính hữu ích của sàng lọc PCR trong thử nghiệm ban đầu” đã cho thấy, RT-PCR có thể phát hiện virus SARS-CoV-2 ở mức độ di truyền, phát hiện được virus ngay cả khi không có bất kỳ triệu chứng nào.
Mẫu bệnh phẩm cho phân tích rRT-PCR được lấy từ đường hô hấp của những người nghi nhiễm thông qua phương pháp phết dịch tỵ hầu hay dịch họng bằng tăm bông. Sau đó, các mẫu này được vận chuyển về phòng thí nghiệm của bệnh viện hoặc cơ sở y tế đã được cơ quan y tế cấp phép đủ điều kiện xét nghiệm rRT-PCR. Mặc dù có độ chính xác cao, nhưng phương pháp rRT-PCR cần khoảng 2-6 giờ để cho kết quả, yêu cầu các trang thiết bị phân tích chuyên dụng và đòi hỏi kỹ thuật viên phải được đào tạo bài bản.
Phương pháp xét nghiệm kháng nguyên (Antigen test)
Vào tháng 09/2020, WHO đã công bố những hướng dẫn đầu tiên về vai trò tiềm năng của phương pháp xét nghiệm Ag-RDT, nhằm chẩn đoán Covid-19 nhanh hơn và ít tốn kém hơn so với các xét nghiệm khuếch đại axit nucleic như rRT-PCR.
Ag-RDT (Antigen-detecting Rapid Diagnostic Tests) giúp phát hiện sự hiện diện protein đặc hiệu của virus (kháng nguyên) trong mẫu dịch tiết từ đường hô hấp (phết dịch tỵ hầu hoặc dịch mũi, tùy theo bộ KIT test) của người bệnh. Nếu kháng nguyên mục tiêu hiện diện với một nồng độ đủ lớn trong mẫu thử, nó sẽ liên kết với các kháng thể cụ thể được cố định trên một dải giấy được bọc trong vỏ nhựa và phát ra tín hiệu giúp phát hiện bằng mắt thường trong vòng 15-30 phút.
Hình 2. Mẫu kit test sử dụng phương pháp Ag-RDT (Nguồn: internet)
Nhiều nghiên cứu so sánh hai phương pháp Ag-RDT và rTR-PCR cho thấy, dù Ag-RDT có độ nhạy phân tích thấp hơn, nhưng có thể thực hiện nhanh, trên quy mô lớn, giúp kịp thời phát hiện các cá thể có khả năng nhiễm bệnh và giảm sự lây lan của virus trong cộng đồng. WHO đã khuyến cáo việc sử dụng phương pháp Ag-RDT nên thực hiện với người nghi ngờ mắc Covid-19 trong 5-7 ngày đầu tiên, kể từ khi bắt đầu có triệu chứng. Vì sau 5-7 ngày, khả năng tải lượng virus giảm, khiến kết quả âm tính giả cao hơn.
Phương pháp Ag-RDT dễ thực hiện hơn phương pháp rRT-PCR, cho kết quả nhanh, không cần các trang thiết bị hiện đại hay máy móc phức tạp, người dân có thể tự thực hiện tại nhà, tiết kiệm nhân lực y tế và phù hợp cho việc tầm soát cộng đồng.
Nghiên cứu, đổi mới phương pháp lấy mẫu xét nghiệm Covid-19
Hạn chế của phương pháp lấy mẫu dịch tỵ hầu bằng tăm bông hiện tại là gây khó chịu (đau, rát) cho người cần xét nghiệm và có nguy cơ phơi nhiễm cho nhân viên y tế. Nhân viên y tế khi lấy mẫu xét nghiệm phải mặc đồ bảo hộ và thường xuyên thay găng tay mỗi lần, khiến vật tư y tế hao hụt nhanh. Vì vậy, các nhà nghiên cứu trên thế giới đang thử nghiệm một số phương pháp xét nghiệm với mẫu là nước bọt hoặc hơi thở, để vừa tạo sự dễ chịu hơn cho người dân vừa đảm bảo an toàn cho nhân viên y tế, tiết kiệm nguồn lực y tế, giảm thời gian chờ kết quả nhưng vẫn phải đảm bảo độ chính xác của kết quả.
Xét nghiệm bằng nước bọt
Phương pháp xét nghiệm Covid-19 bằng nước bọt đầu tiên được FDA ủy quyền sử dụng vào tháng 4/2020, cho Phòng thí nghiệm Gen Di truyền lâm sàng Rutgers (thuộc Trường đại học Rutgers - Bang New Jersey). Nhóm nghiên cứu của Trường đại học Rutgers đã thử nghiệm phương pháp này trên 60 người bệnh, so sánh đối chiếu với các phương pháp hiện hành khác, cho kết quả giống nhau. Mẫu nước bọt được thu thập từ bệnh nhân bằng thiết bị thu thập nước bọt Spectrum Solutions LLC SDNA-1000. Sau khi bệnh nhân lấy mẫu nước bọt, họ sẽ gửi lại cho phòng thí nghiệm trong một gói kín để xét nghiệm. Tuy nhiên, FDA cũng cảnh báo rằng các bệnh nhân nhận được kết quả âm tính từ xét nghiệm này vẫn sẽ phải được xác nhận bằng kết quả của một phương pháp thử khác.
Hình 3. Thiết bị thu thập nước bọt Spectrum Solutions LLC SDNA-1000 (Nguồn:AP New)
Đến tháng 9/2020, FDA đã cấp phép sử dụng khẩn cấp cho Trường Y tế Công cộng Yale, với xét nghiệm chẩn đoán SalivaDirect Covid-19, sử dụng một phương pháp mới để xử lý mẫu nước bọt khi xét nghiệm nhiễm Covid-19. SalivaDirect không cần thiết bị thu nước bọt chuyên biệt, không cần thuốc thử hoặc thiết bị chuyên dụng để chiết xuất axit nucleic. Xét nghiệm SalivaDirect không dựa vào bất kỳ thiết bị độc quyền nào của Yale và có thể sử dụng nhiều thành phần thử nghiệm có sẵn trên thị trường. Hình 4 mô tả 3 bước xét nghiệm SalivaDirect: (1) thu thập nước bọt không có chất đệm bảo quản, (2) xử lý proteinase K và khử hoạt tính bằng nhiệt thay vì chiết xuất axit nucleic, và (3) phương pháp Dualplex qRT-PCR phát hiện virus SARS-CoV-2. Kết quả thử nghiệm SalivaDirect trên 3.779 mẫu thử cho rất ít kết quả dương tính giả (0,03-0,05%), cho thấy, có thể sử dụng SalivaDirect và xét nghiệm nước bọt để gia tăng quy mô kiểm tra trong cộng đồng.
Hình 4. Sơ đồ tổng quan về quy trình làm việc SalivaDirect (Chantal B.F.et al., 2021)
Tại Israel, chương trình thí điểm xét nghiệm PCR bằng mẫu nước bọt đã được triển khai từ đầu tháng 10/2021, do tiến sĩ Amos Danielli (Khoa Kỹ thuật của Đại học Bar Ilan) nghiên cứu, với sự trợ giúp từ một phòng thí nghiệm của Bộ Y tế và cơ quan nghiên cứu, phát triển của Bộ Quốc phòng Israel. Những người tham gia chương trình sẽ được lấy mẫu xét nghiệm bằng cả hai phương pháp (cũ và mới) để so sánh kết quả: độ chính xác, an toàn và sự thoải mái. Xét nghiệm PCR bằng mẫu nước bọt chỉ mất 45 phút để cho ra kết quả. Dựa theo kết quả này, cơ quan quản lý y tế Israel sẽ cân nhắc việc chuyển sang xét nghiệm PCR bằng mẫu nước bọt, thay vì xét nghiệm lấy mẫu phết dịch tỵ hầu.
Phương pháp xét nghiệm bằng nước bọt có những ưu điểm như dễ dàng thực hiện tại nhà, không cần sự can thiệp của nhân viên y tế trong quá trình lấy mẫu. Những kết quả thử nghiệm ban đầu cho thấy, phương pháp này có khả năng thay thế cách lấy mẫu phết dịch tỵ hầu trước đây và có thể kết hợp với phương pháp xét nghiệm khẳng định RT-PCR. Tuy nhiên, hiện chưa có quy chuẩn chính xác về cách lấy mẫu nước bọt (có thể chứa máu, chất nhầy hoặc các chất lạ như thức ăn, đồ uống, thuốc lá,…), có thể gây khó khăn cho phân tích PCR. Do đó, phương pháp này vẫn đang được các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu, thử nghiệm để có thể ứng dụng hiệu quả hơn trong tương lai.
Xét nghiệm bằng hơi thở
Khác với việc xét nghiệm bằng nước bọt, xét nghiệm qua hơi thở được các quốc gia chú trọng do khả năng tầm soát nhanh trong cộng đồng. Phương pháp này vận dụng Hệ thống kiểm tra hơi thở (Breathonix’s BreFence Go Covid-19) để xác định các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (Volatile Organic Compounds - VOCs3) trong hơi thở của một người.
Breathonix’s BreFence Go Covid-19 là sản phẩm ứng dụng trí tuệ nhân tạo, do công ty khởi nghiệp Breathonix (thuộc Đại học Quốc gia Singapore) phát triển, được Bộ Y tế Singapore phê chuẩn, sau khi đã trải qua 3 thử nghiệm lâm sàng. Người được tầm soát Covid-19 sẽ thổi vào một ống có van một chiều. Các hợp chất có trong hơi thở của người thổi sẽ được phần mềm máy học phân tích và so sánh với các hợp chất có trong hơi thở của người đã bị nhiễm SARS-CoV-2. Theo một kết quả thử nghiệm tại Singapore trên 180 đối tượng, Hệ thống kiểm tra hơi thở BreFence Go Covid-19 có độ nhạy 93%, độ đặc hiệu 95%, và cho kết quả trong vòng 1 phút. Hiện tại, xét nghiệm tầm soát Covid-19 qua hơi thở đã được Singapore áp dụng để sàng lọc các du khách đến từ Malaysia (tại trạm kiểm soát Tuas). Người có kết quả dương tính qua xét nghiệm hơi thở sẽ tiếp tục được làm xét nghiệm khẳng định RT-PCR.
Hình 5. Hệ thống kiểm tra hơi thở Breathonix’s BreFence Go Covid-19 (Nguồn: internet)
Hướng nghiên cứu phòng, chống dịch Covid-19 giai đoạn mới
Theo Tổ chức Y tế thế giới (WHO), xét nghiệm chẩn đoán virus SARS-CoV-2 vẫn là một biện pháp quan trọng trong chiến lược phòng ngừa và kiểm soát tổng thể đối với đại dịch Covid-19. Các chuyên gia y tế khuyến cáo, những người đã được tiêm chủng đủ 2 mũi vẫn cần thực hiện nghiêm các biện pháp phòng dịch. Đặc biệt, cần xét nghiệm định kỳ khi đang ở trong vùng có nguy cơ cao. Một số quốc gia như Hàn Quốc, Anh, Đức, Hà Lan, Trung Quốc vẫn tiếp tục duy trì xét nghiệm, cùng với ứng dụng công nghệ như một biện pháp kiểm soát nhằm ngăn chặn sự lây lan các biến thể của virus.
Trước tình hình mới, để chung sống an toàn với virus, bên cạnh các chương trình đang triển khai về vaccine, thuốc điều trị, thiết bị y tế…, một trong 7 nhiệm vụ trọng tâm trong giai đoạn tới của ngành KH&CN là: “Nghiên cứu các phương pháp xét nghiệm mới như xét nghiệm SARS-CoV-2 với mẫu bệnh phẩm là nước bọt, hơi thở”. Kết quả nghiên cứu từ những nhiệm vụ KH&CN chính là căn cứ quan trrọng để Bộ Y tế có thể cấp phép, thí điểm khả năng ứng dụng các phương pháp mới vào công tác xét nghiệm Covid-19.
Hưởng ứng lời kêu gọi của Thủ tướng Chính phủ về việc áp dụng công nghệ vào phòng chống dịch Covid-19, tập đoàn Vingroup đã đàm phán thành công với Công ty Breathonix mua hợp đồng mua 30 thiết bị BreFence Go Covid-19 Breath Test System và trao tặng cho Bộ Y tế Việt Nam trong thời gian từ tháng 6-8/2021. Việc ứng dụng thử nghiệm các hệ thống này tại những nơi công cộng như sân bay, nhà ga, các điểm du lịch,… thay vì chỉ kiểm tra nhiệt độ thông thường, được kỳ vọng sẽ mang lại hiệu quả cao hơn trong công tác tầm soát ca Covid-19 cộng đồng.
Duy Sang
--------------------------------------------------------------------------------
Tài liệu tham khảo chính
– Bảo Duy. Ngại chọt mũi, Israel thử xét nghiệm PCR bằng nước bọt. https://tuoitre.vn/ngai-chot-mui-israel-thu-xet-nghiem-pcr-bang-nuoc-bot-20211008141630174.htm
– Sở Y tế TP.HCM. Xét nghiệm tầm soát COVID-19 qua hơi thở đã được Singapore phê chuẩn. http://medinet.gov.vn/tin-tuc-su-kien/xet-nghiem-tam-soat-covid-19-qua-hoi-tho-da-duoc-singapore-phe-chuan-c1780-45742.aspx
– Minh Thành. Xét nghiệm COVID-19 một cách khoa học, tiết kiệm trong giai đoạn bình thường mới. https://tuoitre.vn/xet-nghiem-covid-19-mot-cach-khoa-hoc-tiet-kiem-trong-giai-doan-binh-thuong-moi-20211012155950064.htm
– Thu Quỳnh. Sống chung với COVID: Những bài toán mới của ngành KH&CN. https://cesti.gov.vn/bai-viet/CTDS5/song-chung-voi-covid-nhung-bai-toan-moi-cua-nganh-khcn-9bff8043-4c34-41a4-890f-64b1f6a86e56
– Chantal B.F và cộng sự. SalivaDirect: A simplified and flexible platform to enhance SARS-CoV-2 testing capacity. Clinical and Translational Article, 263-280.
– FDA. Coronavirus Disease 2019 Testing basics. https://www.fda.gov/consumers/consumer-updates/coronavirus-disease-2019-testing-basics