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行业动态

至无创性产前诊断技术研发势在必行且迫在眉睫

2021年09月17日

无创性产前诊断技术研发势在必行且迫在眉睫

今年7月,通过剧烈角逐,以中国人民解放军总医院耳鼻咽喉头颈外科戴朴教授牵头的科研团队申报的《常见单基因病及基因组病无创产前筛查及诊断技术平台研发及规范化利用体系建立》项目力压群雄,终取得首批国家重点研发计划项目资助。这个项目瞄准致使严重诞生缺点且缺少有效防控体系的单基因病及基因组病,拟通过研发全面系统的无创产前检测技术(NIPT),攻克前瞻性预防的困难,有效控制和下降诞生缺点。这个项目的顺利实行将在国内乃至国际NIPT发展史上增加浓墨重彩的1笔。

至无创性产前诊断技术研发势在必行且迫在眉睫

无创性产前诊断技术研发势在必行且燃眉之急

中国每一年的诞生缺点儿数量高达80万至120万人,是世界上诞生缺点婴儿的多发国家之1,据估算总产生率约为5.6,大约每30秒钟就会诞生1个缺点儿。其中,除20至30患儿经初期诊断和医治可以取得较好生活质量外,30至40患儿在诞生后死亡,约40将成为毕生残疾。这意味着每一年将有40万家庭被卷入毕生痛苦的旋涡中。我国每一年诞生缺点患儿的医治费用高达数百亿元,保持基本生活费用高达数百亿元,给国家酿成的间接费用约数千亿元。由于诞生缺点不但严重侵害患儿的生活质量,也给家庭及社会造成了巨大经济负担,国家对如何有效控制预防诞生缺点产生,1直保持高度的重视和巨额投入。

值得关注的是,在这类群体中,超过30是因遗传物资产生了致病性改变而至。由于针对遗传性疾病还没有有效的医治手段,因此如何在胎儿诞生前以创伤小的方式,获得足够且完全的胎儿遗传信息以进行准确诊断,从而大程度避免诞生缺点的产生,始终是医生和学者们不懈努力的目标近日。而要了解本项目对无创产前诊断的重要意义,首先要了解产前诊断的发展历程。

母血中存在胎儿游离核酸和胎儿有核红细胞是实现无创产前诊断的条件

大家熟知的唐氏综合征(213体综合症)是早能够通过产前诊断进行确诊的代表性染色体异常疾病正常个体携带1对21号染色体,而唐氏儿却携带有3条。这里的产前诊断,狭义地讲是仅针对胎儿染色体数目或结构异常的疾病,在妊娠期通过宫内取材的有创方法获得胎儿细胞,进行染色体核型分析并确诊,但因其存在流产、宫内感染等并发症,通常仅用于筛查出的高风险人群。为实现产前诊断检材提取的无创性,人们不断探索能否在母体组织中寻觅到胎儿遗传物资。

香港学者卢煜明在1997年的重要发现,为产前诊断领域开辟了1条崭新的道路。他发现,母体血浆中3至13的游离核酸来自胎儿,可以作为非创伤性产前诊断的理想材料。由于受大量母体游离DNA影响,无创产前DNA分析非常具有挑战性。随着高通量2代测序技术快速发展,千万数量的DNA片断得以量化,从而检测出133体、183体和213体综合征。这类革命性的方法为无数的孕妇提供了无创性产前诊断的选择,仅在中国,每一年就有超过1百万孕妇接受这项测试,213体综合征诊断准确率到达99。

虽然如此,这类NIPT检测方法操作步骤多、本钱较高,在排除母体遗传背景干扰的信息分析方面仍面临挑战。对此,本项目团队将通过系列攻关优化技术,有望使检测准确度进1步提升,提供孕12周之前初期发现胎儿染色体疾病的可能,大大避免B超排畸漏检、没必要要的羊水穿刺及其带来的流产风险和孕妇心理创伤。同时,通过明显下降试剂盒本钱,推动全国孕产妇NIPT受检率的大大提升,有望完全取代现有的唐氏综合征的血清学筛查。

由于胎盘嵌合体的存在,致使胎盘的游离核酸与胎儿本身的核型并不是总是1致,致使NIPT可能出现假阳性和假阴性结果,因此,针对胎儿游离核酸的检测技术只能作为筛查手段不能代替诊断,这也促使了NIPT检测目标从游离核酸向胎儿细胞方向发展。学者研究发现,在孕初期的母血中存在微量的胎儿有核红细胞(FNRBCs),因其单核、含有完全胎儿遗传信息且细胞周期短,被认为是实行NIPT较理想的靶点。

母血胎儿游离核酸分离富集和胎儿有核红细胞辨认捕获,是实现单基因病无创产前诊断的基础

目前所知,人体共有3万余基因散布于23个染色体上,平均每一个基因包括27000个碱基。如果由单个基因突变引发,触及单个核苷酸到全部基因的改变,称为单基因病。而由基因组DNA异常重组致使的缺失/扩增或基因结构的完全破坏,称为基因组病。迄今OMIM(online mendelian inheritance in man)数据库已收入份子致病机制明确的单基因病4791种,触及致病基因3230个,其中1部份病发率高,危害性大的常见单基因病已能进行临床基因诊断,如遗传性聋、地中海贫血等。在染色体非整倍体NIPT检测日趋成熟的今天,人们又在进1步努力实现单基因病或基因组病的NIPT,而要实现这项工作,不可绕过的障碍就是要得到充足的、高质量的胎儿遗传物资。

与通常提取外周血进行基因诊断不同,不管是胎儿游离核酸还是胎儿有核红细胞,其在孕母血中的含量极少,必须通过某些方法将其从母血中准确的辨认、分离和鉴定出来,才能对其内的基因进行检测分析得到正确的结果,这1进程无疑于大海捞针。特别是对胎儿有核红细胞NIPT,由于目前有效的分离纯化方法,利用有核红细胞或胎儿细胞对染色体疾病的NIPT检测仍1直处于研究阶段,未能在临床利用,更遑论单基因病的NIPT。

本项目将突破传统无创产前检测的瓶颈,围绕NIPT研发关键底层核心技术,创新性地研发不同原理的游离核酸富集分析技术,开发NIPT新算法以提高游离核酸检测准确性。针对胎儿有核红细胞,研发不同原理的高效辨认、捕获及鉴定技术,并研发循环有核红细胞收集器,能够方便基层医院进行有核红细胞捕获,研发基于有核红细胞的NIPT新技术和平台。

高质量的单细胞基因组扩增是实现基于胎儿有核红细胞的单基因病NIPT的关键

由于胎儿有核红细胞极为微量,乃至以单个细胞计量,其数量难以用于常规的基因诊断。为解决这1困难,学者们尝试对单细胞内的基因组通过全基因组扩增技术将其DNA进行扩增,但由于起始量基因组极低,存在扩增不均匀和不准确的可能,从而影响对胎儿遗传信息的判定。

项目组拟采取的MALBAC技术以特制探针在扩增产物末端产生环化,始终以原始基因组为模板,具有很高覆盖率(93)和均衡性,克服了扩增偏倚问题;另外一项处于研究阶段的扩增技术--乳液全基因组扩增是利用微流控技术,将细胞的基因组片断进行等温独立扩增,使扩增更均匀,临床利用潜力。

这些方法的实现,已为胚胎植入前基因诊断(PGD)提供了重要的技术支持。后者通过体外提取受精卵的单个细胞进行基因诊断,选择健康的受精卵植入子宫妊娠,从而避免了孕妇因可能面临流产所带来的心里和生理上的痛苦。目前基于MALBAC技术的PGD已有系列成功案例,将是未来遗传病家庭产前诊断的解决方案。日益成熟的单细胞全基因组扩增技术将在未来的新型NIPT技术研发方面起到非常关键的作用。

研发改进捕获探针技术,编织用于大海捞针的那张网

面对海量的核酸,只有捕捉到我们想要检测的基因片断,才能进1步完成基因诊断,这取决于另外一个技术关键的突破,即目的区域的捕获探针技术,这就像是编制1张用来大海捞针的精密鱼网。捕获探针包括RNA探针和DNA探针两种类型,本项目参与单位具有国内具有自主DNA捕获探针设计技术和制造能力,所采取的双链DNA探针捕获技术已广泛利用于基础科研和临床基因诊断,非常有希望在NIPT上得到充分的发展和利用。

综上,在有效捕获胎儿有核红细胞后,通过研发覆盖度高、均衡性好的单细胞全基因组扩增、设计覆盖目标基因组的捕获测序,能够取得准确的胎儿的遗传信息,实现真正意义上的无创产前诊断。

项目开发建立单基因病及基因组病的1体化和多层次专病检测平台,大焊条拉力实验机的丈量原理及性能特点是甚么?力推动NIPT临床推行普及

本项目在实现高标准质控体系下单基因病及基因组病的全面快速检测分析的基础上,将进1步研制完成份离、提取、建库等实验步骤的自动化工作站,配套新型的测序装备及试剂和全自动数据分析管理软件。将NIPT核心技术研发与临床利用有效结合,通过量层次检测平台的设计和验证,建立常见单基因病及基因组病的NIPT1体化检测平台及临床NIPT数据库,并构成临床利用规范体系。项目将通过单基因病(耳聋)诞生缺点3级预防的临床示范及儿童常见基因组病产前诊断规范化平台的建立和推未来10 年~20 年的发展关键取决于企业的自主创新能力的提升行,指点制订单基因病及基因组病规范化NIPT策略,并根据临床检测需求提出技术研发改进方向。

本项目团队涵盖产、学、研、用各个领域。牵头单位解放军总医院是全军计划生育优生优育技术中心,与中国诞生缺点干预救助基金会合作,建立了诞生缺点干预救助项目示范中心,为全国各地妇幼机构输送来的高危病例进行诞生缺点疾病检测和干预。临床团队涵盖全国多个省级无创产前基因检测实验室或产前诊断中心、3级甲等医院、妇幼保健机构,具有丰富的单基因病及基因组病的份子诊断、遗传咨询经验,并通过中国诞生缺点干预救助基金会构成覆盖全国的NIPT防控网络。通过本项目临床团队,可以将项目研发的新技术平台及临床规范推行至全国。同时通过临床检因此市场长时间被国外品牌占据测及质控数据,构成对技术团队检测项目准确性的反馈,保证NIPT研发及检测方向的正确性。8个产品研发团队包括第3类体外诊断试剂生产、NIPT相干装备研产生产、临床医学检测服务和医学大数据分析的生物高科技团体公司,具有自主研发并生产国产化试剂、仪器及软件能力,并与国外相干研究团队建立的长时间战略合作关系。这不但为项目提供了坚实的技术保障,同时有益于我国NIPT相干技术产品研发及生产企业和生物技术公司在国际上始终保持技术研发先进地位。