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近日,南京大学医学院附属金陵医院生殖医学中心联合无锡市妇幼保健院及亿康基因通过非侵入性染色体筛查技术检测囊胚培养液筛查胚胎染色体整倍体性,效果可与传统PGS/PGD相媲美。相关成果Noninvasive
chromosome screening of human embryos by genome sequencing of embryo
culture medium for in vitro
fertilization发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National
Academy of Sciences,
PNAS)。文章链接:

近日,国际首例应用“MaReCS (Mapping allele with Resolved Carrier
State,等位基因映射识别胚胎平衡易位携带状态)”
成功阻断染色体平衡易位向子代传递的健康试管婴儿在郑州大学第一附属医院诞生。这一技术的研发成功和临床转化,将有望为全球数千万例平衡易位携带者家庭改写生育结局。
郑州大学第一附属医院生殖医学中心孙莹璞教授团队与亿康基因陆思嘉等合作,历时近2年,在医院胚胎植入前遗传学诊断中心建立了MaReCS新技术:“MALBAC单细胞扩增-染色体断裂位点精准识别-全基因组拷贝数变异分析与植入前胚胎携带状态诊断”
和“三大技术一站式完成”的全新诊断策略,该技术用于识别植入前胚胎的染色体平衡易位具有易于操作、诊断准确率高、不需对胚胎染色体进行特殊操作等优点。
染色体平衡易位是人类中最多见的一类染色体结构畸变,在新生婴儿中的发生率约为1/500~1/1000。平衡易位携带者通常没有临床表征,理论上这类患者生育染色体正常后代的概率仅有1/18,生育平衡易位携带者后代的概率为1/18,
另有16/18胚胎因染色体非整倍体而流产或生育畸形儿。胚胎植入前遗传学诊断是目前解决这类问题的有效途径,但是传统方法诸如FISH、基因芯片等常规技术只能在植入前胚胎水平诊断染色体非整倍体,无法识别胚胎的染色体平衡易位携带状态,无法阻断平衡易位向子代传递,因此患者移植胚胎后仍有约50%
的几率生育携带平衡易位的子代,家庭将再次承受高发反复流产、生育畸形患儿的风险,带来巨大的精神和经济负担。
目前国内外阻断染色体平衡易位向子代传递是一大难题,现行技术临床推广难度大、失败率高,孙莹璞团队根据本中心已有的胚胎植入前遗传学诊断技术并查阅国内外资料,决定与亿康基因陆思嘉等合作研发新的策略来精准识别植入前胚胎的平衡易位并阻断向子代传递。团队首先采用创新性技术,通过等位基因映射识别断裂位点,确定胚胎携带状态,成功建立了MaReCS新技术并应用于临床。
2015年,河南周口李女士夫妇因多次不明原因流产于来到一附院就诊,经遗传学诊断,女方染色体正常,男方9号和21号染色体发生平衡易位,是反复流产的主要遗传学因素。生殖中心团队给患者制定了详细的临床治疗方案,促排卵后获得七枚卵子,体外受精胚胎培养第5天得到七枚囊胚并进行激光活检滋养外胚层细胞,利用MALBAC单细胞扩增与高通量测序进行胚胎染色体整倍性分析和等位基因映射识别胚胎平衡易位携带状态,最终诊断结果显示:患者7枚囊胚中,5枚为非整倍体囊胚不能用于移植,1枚平衡易位携带胚胎不建议移植,仅1枚完全正常胚胎可供移植,对这枚正常胚胎同时进行高通量测序全基因组筛查,结果显示胚胎全基因组范围未见致病性微重复、微缺失。患者于2016年4月30日进行单囊胚移植,妊娠第18周,在一附院进行羊水细胞染色体核型和SNP芯片分析,结果显示胎儿染色体完全正常,于2016年12月28日成功分娩一健康女婴,体重6.8斤,近日体检一切正常。这标志着孙莹璞团队和亿康基因合作建立的
“MaReCS”胚胎植入前遗传学诊断新策略在胚胎水平上识别“平衡易位携带状态”的新诊断方法临床应用成功。
据悉,一附院已应用“
MaReCS”新技术对30例平衡易位携带者夫妇进行了植入前胚胎平衡易位诊断,除了这一例分娩正常婴儿外,还有6例妊娠,其中4例已进行孕中期羊水分析显示染色体核型完全正常,与移植前胚胎的MaReCS诊断结果一致。MaReCS采用“三大技术一站式完成”的全新诊断策略,不仅适用于一般性的平衡易位携带者植入前胚胎诊断,亦可用于诊断罗氏易位等其它染色体结构异常患者,可精准阻断其传递给子代。郑州大学版权所有,禁止非法转载!2019-04-17
20:35:21

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我胚胎植入前遗传学筛查技术世界领先
本报讯记者在中信湘雅生殖与遗传专科医院采访中得知,近一年内,世界上首批采用大规模平行测序技术进行胚胎植入前遗传学诊断与筛查的试管婴儿在该院相继诞生,共有15对夫妇生育了17个非常健康的孩子。7月8日,我国学者在英国伦敦举行的
欧洲生殖医学年会上公布了这一成果并得到国际同行的认可。与此同时,中南大学教授卢光琇科研团队有关胚胎植入前遗传学诊断的学术论文在《人类生殖》上发表。这表明,中国已成功将全基因组测序技术应用于体外受精胚胎遗传学诊断并走在世界前列,标志着人类开展积极性优生从胚胎植入前遗传学诊断进入了胚胎植入前遗传学筛查的新时代。这对于研究植入前胚胎的遗传学变化规律,具有重要的科学意义。高龄女性的卵子中染色体异常率高,容易不孕和自然流产,是辅助生殖技术中的一个世界性难题。首批参与胚胎植入前遗传学诊断与筛查的15对夫妇中,有12对夫妇一方为染色体易位携带者,存在反复自然流产或者生育先天性畸形、智力低下与发育迟缓孩子的高风险,另有3对夫妇因为妻子高龄或者反复自然流产而一直没有正常妊娠。通过对15对夫妇体外受精胚胎的植入前遗传学筛查,确保了染色体正常的胚胎植入子宫。胚胎植入前遗传学诊断也称孕前诊断,是胚胎植入子宫之前对特定的染色体或基因进行遗传学诊断。胚胎植入前遗传学筛查是在全部染色体水平进行遗传学诊断。这两种积极优生措施,对我国实施提高出生人口素质的国策意义尤为重大。我国是世界上最早开展胚胎植入前遗传学诊断与筛查的国家之一。自1990年开始孕前诊断研究以来,卢光琇率领的科研团队已完成1000多例患者的植入前诊断,由其领导的中信湘雅生殖与遗传专科医院也成为国际最大的PGD中心之一。在实现了包括囊胚期的滋养层细胞活检技术、活检后胚胎的玻璃化冷冻保存技术、活检后少量细胞的全基因组扩增技术和单核苷酸芯片的全基因组分析技术等一整套关键技术的集成创新后,成功建立了植入前遗传学筛查平台,将临床妊娠率提高到69%,远高于目前常规应用的荧光原位杂交技术PGD中38%的临床妊娠率。2010年开始,在中国科学院院士杨焕明的积极支持下,卢光琇又成功将华大基因研究院的大规模平行测序技术引进到胚胎植入前遗传学诊断与筛查中,获得巨大成功。华大基因健康集团副总裁杜玉涛博士表示,新一代测序技术应用于胚胎植入前染色体异常筛查会逐渐成为越来越多需接受体外受精人群的选择。随着测序技术的革新及分析方法的优化升级,将为提高试管婴儿成功率,有效减少因遗传缺陷导致的流产及出生缺陷提供可靠保障。《中国科学报》
(2013-07-23 第1版 要闻)

胚胎植入前遗传学筛查,是在植入着床之前对胚胎进行活检,然后对活检组织进行染色体数目和结构异常检测,分析胚胎是否有遗传物质异常,从而挑选正常的胚胎植入子宫,提高患者的临床妊娠率。这是目前国际上最常用的胚胎染色体筛查技术。但因为这种方法对胚胎有创,对子代健康具有潜在影响。实现胚胎无创诊断是全球生殖医学人一直在追求的目标。NICS技术通过检测囊胚培养液中极微量的游离DNA的整倍体性,来全真反映胚胎的质量。以整个胚胎的整倍体筛查结果为金标准,NICS技术检测阳性预示值为78.9%,而阴性预示值则达到91.3%。截至文章发表,临床上已有7位患者移植了采用NICS技术筛查得到的整倍体胚胎,其中5位已成功分娩健康整倍体新生儿,另1位为持续妊娠。仅有1位患者胚胎植入失败。

图片来自pixabay

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撰文 | 冯水寒、应可钧

图1:NICS技术有效性检测的技术路线

责编 | 叶水送

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澳门贵宾会网址 ,由于生育年龄推迟、社会压力增大、不良生活方式等因素,一部分人遭遇了难以自然生育的困境,继而发展了人类辅助生殖技术(Assisted
Reproductive
Technology,ART),其代表的技术,如试管婴儿技术被誉为20世纪医学界的一大奇迹,给许多无法自然受孕的夫妇带去了希望。

表1:应用NICS技术患者的临床结局

然而要想成功妊娠,孕育出健康的胎儿,胚胎移植前基因检测是不可或缺的。其中,胚胎植入前染色体非整倍性检测是指在胚胎植入之前利用多种技术检查早期胚胎的染色体数目和结构是否正常。

NICS技术革新了样本的提取手段,大幅提升胚胎染色体筛查可及率,有望造福更多存在生育难题的家庭;真正实现选择性单胚胎移植,可降低多胎发生率和产科并发症,节约社会成本;在二孩政策开放以后,通过NICS技术筛查胚胎的染色体可以进一步提升高龄女性妊娠成功率;实现了无创诊断,保障了子代健康。因此,NICS技术是目前生殖医学领域的一个革命性的技术。该研究成果的在线发表,代表着NICS被世界生殖界的认可,也代表着我国科研人员的自主研发能力已跻身于世界前列。

目前,临床上最常用的染色体非整倍性检测方法是取用胚胎滋养外胚层的细胞进行组织活检。尽管利用该方法筛选出整倍体胚胎后能够提高胚胎移植的成功率,但关于这一方法的准确性、安全性以及适宜的人群,始终存在争议。

(医学院 科学技术处)

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研究者使用胚胎培养液进行移植前无创基因检测,图片来自PNAS

6月24日,北京大学生物医学前沿创新中心谢晓亮教授及其合作者在美国《国家科学院院刊》上发文称,基于严格的方法,比较植入前无创基因检测和滋养外胚层活检两种方法对染色体非整倍性进行检测,最终证明利用胚胎培养液游离DNA的无创基因检测比滋养外胚层活检具有更高的准确性和可靠性。

中国人民解放军总医院生殖中心姚元庆主任表示,“谢晓亮教授和Racowsky教授的工作为植入前胚胎无创检测的临床转化奠定了坚实的理论基础,在这些工作的基础上,开展基于二代测序的胚胎培养液游离DNA非整倍体检测的多中心、大样本、随机对照的临床试验将为无创植入前胚胎检测的临床应用提供循证医学证据,最终将这一创新技术应用于临床实践成为可能。”

传统技术存在何种问题?

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整倍体/非整倍体嵌合体可能导致滋养外胚层活检结果不准确,图片来自PNAS

胚胎滋养外胚层活检的准确性与胚胎嵌合体相关。嵌合体指的是在同一个胚胎中存在两种及以上的不同基因型的细胞。在胚胎中,多达30-40%的人类胚泡是嵌合体,其中整倍体/非整倍体嵌合体的发生率在2.0-2.9%和14.0%-17.3%之间,这将不可避免地导致滋养外胚层活检的结果不能反映内细胞团以及其最终形成的胎儿的染色体整倍性。

除了对准确性的担忧外,滋养外胚层活检的安全性也值得关注。虽然目前尚未有证据明确指出滋养外胚层活检对胚胎有害,但其安全性仍然是未知的。因为取出滋养外胚层细胞可能会对胚胎带来潜在的伤害,甚至影响胚胎的着床能力。

新技术助力胚胎植入前检测

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无创的植入前非整倍体基因检测方法被开发出来,图片来自PNAS

由于滋养外胚层活检存在上述局限性,2016年谢晓亮及其合作者首次开发出了一种无创的植入前非整倍体基因检测方法,利用胚胎培养液中游离的DNA进行基因检测。但由于结果一致性较差,这种方法当时未被看好,并且被认为不如传统的滋养外胚层活检技术。

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样品处理过程,图片来自PNAS

在这项研究中,研究人员首先收集了52个冷冻捐赠的人类囊胚,这些胚囊之前曾经过外部实验室的滋养外胚层活检测试。随后研究人员将这些囊胚解冻后,在微滴培养基中单独培养24小时,收集培养基和胚胎,扩增并测序。

之后,研究者对比了利用培养液游离
DNA的无创基因检测和滋养外胚层活检得到的染色体倍性结果,以及对整个胚胎测序得到的真实结果。通过使用严格的程序来设置嵌合体阈值,研究者优化了无创基因检测结果的假阴性率和假阳性率,其阳性预测值和特异性均远高于滋养外胚层活检。此外,无创基因检测的胚胎倍性和染色体拷贝数的一致率均高于滋养外胚层活检。

这些结果表明,无创基因检测不易发生与胚胎镶嵌相关的错误,并且比滋养外胚层活检更可靠。

接下来,研究者将继续改进该方法,提升准确性。未来该方法将有望取代滋养外胚层活检技术,为使用试管婴儿技术的夫妇带来更为安全可靠的胚胎植入前检测。

评论

姚元庆中国人民解放军总医院生殖中心

2019年6月24日,《美国科学院院报》在线发表了谢晓亮教授和哈佛大学布列根和妇女医院(Brigham
and Women’s Hospital)Catherine
Racowsky教授团队完成的无创植入前胚胎检测的最新研究成果,采用二代测序技术,该研究检测了42个捐赠的整个胚胎的非整倍性,并分别与同一胚胎的胚胎滋养层活检的二代测序结果和胚胎培养液游离DNA的二代测序结果进行了比较。

结果显示,胚胎培养液游离DNA检测比胚胎活检更准确地代表胚胎的非整倍性。这一研究结果的发表对于无创植入前胚胎检测技术的临床应用具有重要意义。

多年来,通过胚胎的非整倍性检测,选择具有发育和种植潜能的胚胎进行移植,提高体外受精和胚胎移植的成功率,降低多胎率的发生是辅助生殖技术的热点问题,也存在一定的争议,主要是胚胎活检造成损伤的安全性风险问题以及胚胎嵌合造成的几个活检胚胎细胞的检测结果不能反映整个胚胎整倍性的问题。

2016年,谢晓亮教授的团队在《美国科学院院报》上报告了首例基于胚胎培养液游离DNA二代测序的植入前胚胎检测的“试管婴儿”出生。在无创植入前胚胎检测的探索上走出了第一步,在避免胚胎活检所造成的可能的安全性问题上提供了解决方案,但源自卵丘细胞或是颗粒细胞母源DNA和胚胎嵌合对检测结果的干扰,仍然是无创植入前胚胎检测的瓶颈问题。

在谢晓亮教授和Racowsky教授的最新研究中,通过改进单精子卵胞浆显微注射前的卵母细胞脱颗粒细胞技术和胚胎培养液收集时间的调整,基本解决了母源DNA对检测结果的干扰,并通过以整个胚胎检测结果作为标准的方法,发现胚胎培养液游离DNA检测与整个胚胎检测结果的符合程度显着高于胚胎活检的结果,从而为回答胚胎培养液游离DNA检测的准确性问题,提供了有力证据。

我们认为,无创植入前胚胎的发育和着床潜能检测将全面改变辅助生殖技术的临床策略。

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