生殖醫學嶄新亮點(上)- 非侵入性胚胎著床前染色體基因篩檢(Ni-PGT-A)

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近年來隨著生殖醫學與基因檢測技術的蓬勃發展,胚胎著床前染色體基因篩檢(PGS/PGT-A)早已成為試管嬰兒(In Vitro Fertilization)療程中必備的關鍵助力。藉由胚胎著床前染色體基因篩檢可以分析挑選出染色體正常的胚胎,進行單一胚胎植入(Single Embryo Transfer, SET),目的是避免胚胎染色體異常造成的植入失敗和反覆流產,還能避免同時植入多胚胎造成的多胞胎妊娠風險,以提升試管嬰兒的療程效率與成功率,被稱為第 3 代試管嬰兒療程。

PGS/PGT-A 的取樣方式是在胚胎受精培養到第 5 天的囊胚期,利用雷射與探針採取滋養外胚層的少許細胞(通常 3-5 顆細胞)來進行基因定序,就能分析胚胎的染色體數目是否有異常,是非常有效率的胚胎篩檢方法。

但是,有部分生殖醫學專業人員認為這種切片取樣的過程可能對胚胎發育造成負面的影響,尤其有些較脆弱的胚甚至可能因外來侵入性刺激而導致胚胎萎縮衰亡而無法植入,因此有些接受試管嬰兒療程的夫妻不一定會採取 PGS/PGT-A 來提升療程效率。

為了解決這樣的臨床困境,低侵入性或非侵入性的胚胎染色體基因檢測技術也就相繼應運而生,未來很有機會成為試管嬰兒療程可考慮的另外一種選擇。

低/非侵入性胚胎著床前染色體基因篩檢的臨床需求

現行的 PGS/PGT-A 檢測必須透過細胞切片對胚胎進行取樣,對胚胎可能存在程度不一的外源風險。相較之下,低/非侵入性胚胎著床前染色體基因篩檢(NI-PGS/NI-PGT-A)則不需要直接對胚胎進行切片。

由於胚胎在植入前需要先在細胞培養液中培養,因此透過蒐集培養胚胎一段時間的細胞培養液(Culture Medium)或透過雷射輔助孵化取得胚胎囊胚液(Blastocoel Fluid)等不同的途徑作為檢體來源,再純化萃取出從胚胎釋放出來的游離 DNA(cfDNA)當作定序分析樣本,不僅對胚胎產生的影響程度較低,也能達成胚胎染色體篩檢的目的,原理與知名的非侵入性胎兒染色體基因檢測(NIPT/NIFTY)類似。

雖然低/非侵入性胚胎著床前染色體基因篩檢仍是非常新穎的技術,尚未大量普遍應用於臨床,但近年來已有臨床研究文獻證實 NI-PGS/NI-PGT-A 的敏感度和特異性已能媲美甚至超越 TE biopsy 的 PGS/PGT-A 的表現,甚至更符合胚胎整體的細胞染色體分佈情況,而避免過去被詬病因為取樣偏誤而導致錯估實際胚胎情況的問題。

同時,因為它對胚胎的影響較低,還能擴展過去生殖機構在替客戶進行試管嬰兒療程時無法滿足的需求:

  1. 胚胎外觀型態欠佳或脆弱(C 級甚至以下),可能無法承受細胞切片的胚胎:在進行胚胎培養的時候,胚胎師會透過顯微鏡觀察胚胎的外觀而給予不同的評級,有些胚胎在外觀型態上可能比較脆弱或其貌不揚,會得到 C 級甚至以下的評級。然而,這些比較脆弱的胚胎並不代表就是異常或是無法植入懷孕,但是過去考量細胞切片對胚胎的影響,通常會選擇不做 PGS/PGT-A,或被直接淘汰或是放在最末的順位才會選擇植入,有可能錯失植入正常胚胎的機會。
  2. 擔心胚胎切片可能會傷及胚胎的試管嬰兒療程夫妻:有些夫妻可能因為高齡卵巢功能不佳,導致能取出進行受精的卵子數量極少,深怕如果對胚胎進行細胞切片可能會傷害胚胎降低著床懷孕的機會,而放棄 PGS/PGT-A 檢測。他們僅能透過反覆幾次的嘗試植入,或是一次植入二顆以上的胚胎來分散風險。

雖然不做 PGS/PGT-A 就直接挑選外觀型態植入依然有機會順利著床,但可能無法避免胚胎染色體異常導致的早孕期自然流產或懷孕中才發現胎兒發育異常的風險,而著床成功率也較低,對於求子女若渴的夫妻來說都是不可承受之重。

圖片來源:Human Reproduction Update, pp. 1–27, 2019

A. 傳統的胚胎著床前染色體基因篩檢(PGT-A)需要在胚胎發育到第五天的囊胚時期(約有 32-64 顆細胞)透過胚胎切片從胚胎外側的滋胚層(Trophectoderm)取樣約3-5顆細胞作為檢測樣本,雖然不會直接傷害未來會形成胎兒的內細胞團(Inner Cell Mass),但切片時產生的外來刺激,對有些比較脆弱的胚胎發育仍可能會受到影響,並非每一顆受精的胚胎都能適用。

圖片來源:Human Reproduction Update, pp. 1–27, 2019

B. 非侵入性胚胎著床前染色體基因篩檢(Ni-PGT-A)則是在胚胎發育到第五或六天的囊胚時期直接吸取蒐集已浸潤胚胎一段時間的液態培養液,將胚胎細胞代謝釋放到培養液中的游離 DNA作為檢測樣本,對胚胎的外來刺激影響程度最低。

另外,低侵入性胚胎著床前染色體基因篩檢(Mi-PGT-A)則是在胚胎發育到第五或六天的囊胚時期直接吸取胚胎囊胚內部份的囊胚腔液(Blastocoelic Fluid),或透過囊胚腔液混合浸潤胚胎的液態培養液的方式取樣,以取得較豐富的游離 DNA 作為檢測樣本,對胚胎的外來刺激影響程度次低。

不需胚胎細胞切片!僅採取胚胎囊胚腔液的游離 DNA 即可進行染色體/基因篩檢

2013 年來自義大利的 Cervesi 醫院和英國牛津大學團隊共同發表論文,他們發現在胚胎的囊胚腔液中存在游離 DNA 樣本的存在,經過 PCR 擴增之後能夠偵測到位在 Y 染色體上的 TSPY1 基因和 17 號染色體上的 TBC1D3 基因,首度證實胚胎的囊胚腔液中具有胚胎體 DNA 的存在,並認為能應用於偵測一些性聯遺傳疾病和染色體遺傳疾病胚胎,幫助接受試管嬰兒療程夫妻的遺傳風險。

2014 年義大利 Cervesi 醫院的 Luca Gianaroli 教授研究團隊以此為基礎發表了一篇前瞻性的研究論文,從 51 顆胚胎的囊胚腔液和囊胚細胞切片樣本進行擴增,其中有 39 顆(76.4%)胚胎的囊胚腔液 DNA 質量得以用傳統染色體晶片(Array CGH)進行染色體分析,比對結果顯示,染色體結果全部吻合的比例達 82%(32/39),部分吻合的比例有 15.4%(6/39),完全不吻合的比例僅有 2.6%(1/39)。

若以每顆胚胎 23 條染色體個別分開計算,囊胚腔液和囊胚細胞切片樣本的染色體分析結果也高達 96.6%(904/936)。這不僅為眾人揭示出,胚胎著床前染色體基因篩檢(PGS/PGT-A)將有可能透過更低侵入性的採樣方法來達成近似的臨床檢測效果,更為生殖醫學輔助技術開啟了嶄新的篇章。

但是這篇研究當中,僅有 76.4% 的胚胎樣本能夠順利透過囊胚腔液得到染色體分析結果,等於有將近 1/4(23.5%)的胚胎樣本會檢測失敗,對於臨床的應用性仍有相當高的不確定性。為了解決檢測失敗率過高的問題,以提高臨床應用的可能性,有許多研究團隊也陸續開始提出可能的解決方案,甚至導入更高通量的次世代基因定序,成為主流的技術平台。

作者:John Hung

生殖醫學嶄新亮點(下)- 非侵入性胚胎著床前染色體基因篩檢(Ni-PGT-A)

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