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单细胞捕获——无创产前检测NIPT发展新风向

从侵入性的产前遗传学诊断,到基于胎儿游离DNA的NIPT,胎儿产前检测/诊断的未来发展方向是什么?


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2017年7月14日,在“第一届东方分子诊断学术会议”“孕前产前分子诊断论坛”的卫星会上,和卓生物研发副总裁Tim Huang 博士向与会者介绍了题为《单细胞的捕获及其在无创产前检测(cb-NIPT)中的应用》的报告,着重介绍了和卓生物UniCyteTM全自动荧光染色循环稀有细胞捕获平台,及该平台应用于NIPT,从母体外周血中捕获循环胎儿细胞的一些应用实例。



为什么需要检测分析单细胞?


近年来,单细胞的研究应用经历了井喷式的增长。在临床上,应用最为成熟的是胚胎植入前遗传学诊断(PGD, Preimplantation Genetic Diagnosis),发展最为迅速的是循环肿瘤细胞(CTCs, Circulating Tumor Cells),现在循环胎儿细胞(CFCs,Circulating Fetal Cells)也在逐渐走入人们的视野。

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来源:Tim Huang 博士,第一届东方分子诊断学术会议 和卓生物卫星会


为什么需要对单个细胞进行检测分析呢?每个细胞都是独一无二的,异质性是细胞的天然特性之一,看似相同的一群细胞,其内部有可能存在本质的差别。研究单个细胞可以很好的认识到细胞异质性,更好的对疾病进行解读。更有的时候,临床样本量极其有限,可供检测的细胞稀少,或者是有些细胞在血液和组织中的含量很少但却很重要,准确检测和分析这些稀有细胞(<100个细胞/毫升全血)尤为关键。

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来源:Tim Huang 博士,第一届东方分子诊断学术会议 和卓生物卫星会

单细胞捕获&测序技术流程和难点


单细胞捕获&测序技术流程分为:单细胞捕获、单细胞全基因组扩增、单细胞全/部分基因组分析。


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来源:Tim Huang 博士,第一届东方分子诊断学术会议 和卓生物卫星会


单细胞捕获&测序技术近年来才开始兴起,目前仍处于初级阶段,有很多技术难点需要解决,如:如何高效地分离单细胞,如何确保全基因组完整、均一、无偏差的扩增,以及如何保证基因组测序及数据分析的准确性等。


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来源:Tim Huang 博士,第一届东方分子诊断学术会议 和卓生物卫星会


什么是循环胎儿细胞CFCs?


产前遗传病检测中,获得胎儿遗传物质的方法有侵入性取样和非侵入取样检测两种。侵入性取样主要是通过羊膜穿刺术或脐带血穿刺术取得胎儿细胞,或通过绒毛取样术取得滋养层细胞。非侵入取样的理论基础是:胎儿遗传物质会通过胎盘进入母体血液,母血中含有的胎儿遗传物质有:胎儿游离DNA(cell-free fetal DNA, cffDNA)和游离胎儿细胞(Circulating Fetal Cells,CFCs)。而cffDNA来源主要有三种:一是来源于胎盘;二是来源于母血中胎儿细胞发生凋亡;三是胎儿DNA分子直接通过胎盘转移进入母体血浆。


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来源:邬玲仟教授,中南大学湘雅医院,第一届东方分子诊断学术会议《NIPT的研究进展》演讲

循环胎儿细胞CFCs应用于NIPT的研究


将母血中胎儿细胞应用于胎儿遗传性疾病产前检测方向很早就受到关注。早在1893年,已证明孕妇的肺循环中有滋养叶细胞存在,以后陆续有报道孕妇外周血中其他类型的胎儿细胞的存在。孕妇血中胎儿细胞的主要类型包括滋养叶细胞、淋巴细胞、粒细胞、单核细胞、有核红细胞(NRBC)等。


北京协和医院蒋宇林老师在《胎儿有核红细胞在无创产前检测中的应用》的演讲报告中提到:“基于母血中胎儿细胞的无创性检测,由于受到诊断技术复杂,母血中胎儿细胞数量较少,捕获特异性不高等问题的困扰,进度相对缓慢,尤其当基于胎儿游离DNA的检测技术异军突起,迅速成熟转化并进入临床应用后,对于胎儿细胞的诊断研究更受到巨大的冲击。但随着NIPT临床检测的大量开展,基于游离DNA检测方法的一些局限性问题也随之浮出水面,例如:NIPT基于胎盘游离DNA的检测对于胎儿来说终究还是一种筛查,NIPT容易受到母血中孕妇本人来源的游离DNA的干扰,NIPT对于胎儿染色体微小片段改变和微缺失、微重复综合征的检测方面效果不好等。这时候基于胎儿细胞的检测优势就得以凸显,并且随着单细胞扩增技术、微流控技术、全基因组信息分析技术的发展,推动着基于胎儿细胞的无创产前检测向前发展。针对母血中胎儿细胞的无创产前检测,从理论上可以获得胎儿完整的基因组,可以对胎儿微缺失/重复以及片段改变甚至单基因病都有很好的检测效果。”


和卓生物cb-NIPT单细胞无创产前基因检测


基于和卓生物自主研发的UniCyteTM全自动荧光染色循环稀有细胞捕获平台,和卓生物cb-NIPT单细胞无创产前基因检测,可早在孕妇怀孕10~12周,抽取孕妇10ml的静脉血,即可分离出痕量、完整的循环胎儿细胞,可根据单细胞的全基因组信息,来判断胎儿遗传疾病的风险率,是目前已知的最全面、最准确、最安全的产检服务。


该检测具有如下优势:



  • 先进:领先现有游离DNA片断法的下一代终极性技术

  • 确切:排除母体DNA干扰

  • 精密:十亿分之一的痕量单细胞捕获

  • 全面:涵盖所有已知遗传疾病检测

  • 简单:仅需采集孕妇静脉血10ml

  • 准确:针对常见遗传疾病检出率99%以上

  • 安全:静脉血取样,胎儿安全、无创伤


cb-NIPT单细胞无创产前基因检测是现行基于游离胎儿DNA的无创产前检测方法的升级版,因为检测样本来源于从怀孕母体外周血中捕获的胎儿细胞,所以该技术可消除传统胎儿无创产检中常见的假阳性和假阴性误诊,可获得胎儿完整基因组,代表着未来孕检发展新风向。


参考资料:

1.Tim Huang. 单细胞的捕获及其在无创产前检测(cb-NIPT)中的应用, 第一届东方分子诊断学术会议卫星会报告.

2.邬玲仟 . NIPT的研究进展 , 第一届东方分子诊断学术会议演讲报告.

3.蒋宇林 . 胎儿有核红细胞在无创产前检测中的应用, 第一届东方分子诊断学术会议演讲报告.

4.Bianchi DW,Prenatal diagnosis by analysis of fetal cell in maternal Blood,J Pediat,1995,127:847