非侵入性胎儿染色体基因检测(NIFTY/NIPT) 的发展

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以往的产前染色体诊断,都必须透过羊膜穿刺术(Amniocentesis)的侵入性检查,才能精准地检查胎儿是否具有染色体异常。虽然羊膜穿刺术已经是相当成熟的技术,但却有2~5‰的流产与感染风险,每200-400名接受羊膜穿刺的孕妇中,就有一名孕妇流产,并不是绝对安全的产检方法。因此,多年来临床医师与研究学者一直尝试从母体血液当中找寻胎儿的游离细胞,但始终都无法有效地从母血中分离出来自胎儿的活体细胞作为染色体诊断的依据。然而1998年,由香港中文大学的卢煜明(Dennis Lo)教授与刘子建(T.K. Lau)医师共同合作的研究团队首度证实:在怀孕7周的孕妇血液中,发现胎儿的游离DNA片段(Cell-free fetalDNA ;cffDNA) ,这些长度大约100-200个碱基(base pair)的游离DNA片段结构相当脆弱,非常容易被母体内的酵素降解,因此胎儿游离DNA的浓度非常低,在当时的基因定序技术无法有效地做分析与临床应用,但仍为非侵入性胎儿染色体基因检测(NIFTY/NIPT)的发展奠定重要基础。

直到2005年以后,次世代定序(Next-generation sequencing; NGS)的技术逐渐兴起,才又为非侵入性胎儿染色体基因检测(NIFTY/NIPT)的发展重新燃起了新的契机。次世代定序(NGS)的基本原理是将长片段的DNA序列先打断成数百个碱基对的长度(通常是200-500bp),接上特定的adapter序列后,在生物芯片上进行桥式PCR的反应将这些片段做数量扩增,接着再进行序列解读的定序反应,不仅能够大幅加快定序的速度,更适用于DNA浓度较低,不容易分析的样品。由于次世代基因定序(Next-Generation Sequencing;NGS)技术的出现,来自香港中文大学的研究团队发现,运用次世代基因定序(NGS)技术能够将这些微小的胎儿游离DNA片段完整拼凑并进行基因序列的比对,进而能检测出胎儿染色体是否具有非整倍体的状况,称之为Non-Invasive Fetal Trisomy test (NIFTY)。起源于香港的非侵入性胎儿染色体基因检测(NIFTY),自2010年起正式进入临床筛检应用的阶段,针对常见的染色体异常唐氏症(Trisomy 21)、爱德华氏症(Trisomy 18)及巴陶氏症(Trisomy 13)准确度可达到99%以上的水准。截至2014年为止,在全球已经累积超过30万例的临床检测案例。非侵入性胎儿染色体基因检测(NIFTY/NIPT) ,堪称是次世代基因定序(NGS)技术应用于临床诊断上最成功的典范。

参考资料:

  1. Amniocentesis

  2. Quantitative analysis of fetal DNA in maternal plasma and serum: implications for noninvasive prenatal diagnosis.Am J Hum Genet. 1998 Apr;62(4):768-75.

  3. Next-Generation DNA Sequencing Methods. Annual Review of Genomics and Human Genetics Vol. 9: 387-402

  4. Clinical application of massively parallel sequencing-based prenatal noninvasive fetal trisomy test for trisomies 21 and 18 in 11,105 pregnancies with mixed risk factors. Prenat Diagn. 2012 Dec;32(13):1225-32.

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