作者:劉祥欽/有勁生物科技

 

早期產前胎兒染色體診斷必需經由羊膜穿刺等侵入式檢查才能得到準確的結果;但儘管羊膜穿刺已是相當成熟的診斷方法,仍無可避免有千分之二到千分之五的感染及流產風險。近來研究已證實胎兒染色體DNA會游離到母體血液中;由於唐氏症 (Trisomy 21)、愛德華氏症 (Trisomy 18)及巴陶氏症 (Trisomy 13)等常見的染色體異常疾病皆是特定染色體由兩條變成三條所引起,如果能統計出這些特定染色體在所有游離DNA中的相對佔比,就有機會偵測到胎兒的染色體數量變異。根據此邏輯所發展出來的檢測方法,就是現今常見的NGS非侵入式產前篩檢 (NIPS)。NIPS雖然有安全性及準確率皆高的優點,但也不是絕對完美;例如耗時以及價格偏高,便是一般消費者能否接受此檢驗方法的決定性因素。

 

一般而言,懷孕十周以上的孕婦,其血液中的游離DNA約有10%左右來自胎兒,因此當胎兒染色體中出現一對不正常的三倍體時,理論上這個孕婦血液中的胎兒染色體游離DNA總量就會比一般懷有正常胎兒的孕婦高(總量比例計算:90%+10%*1.5=105%)。因此,以這個例子來說,非侵入式產前篩檢只要有能力分辨出此100%與105%之間的差異,便是可被接受的檢驗方法;再來,就是要克服耗時與價格偏高的問題。

 

Digital PCR (dPCR),理論上來說是有辦法準確定出DNA的絕對量的,且其所需求的時間與成本都較NGS少,因此很有潛力應用在非侵入式產前篩檢上,取代NGS。(dPCR的原理請參考有勁部落格文章<<Digital PCR偵測序列變異出現誤差的可能原因>>)。最近就有韓國研究團隊嘗試運用dPCR,於臨床實際檢測胎兒21號染色體的三倍體異常1。他們在前期測試時發現如果直接以T21樣品做測試,21號與1號、2號染色體之間的數量比例是很尷尬的0.99~1.03,嗯…跟正常的樣品好像差不多,沒什麼鑑別度。但是如果事先利用不同濃度比例的HiAccubead (一種可純化DNA的磁珠) 進行長度篩選過,讓長度相對較短的胎兒游離DNA在總體游離DNA中的比例增加,之後再去進行同樣的dPCR實驗,此時21號染色體的相對比例竟可提升到1.15以上。

 

他們接下來就以1.15作為門檻,測試了877個懷孕婦女的血液樣品 (實驗進行之前,這些樣品中有50個已被確診為T21陽性/異常樣品,其餘827個為陰性/正常樣品)。結果發現這50個陽性樣品的測試數值皆超過1.15,意即,靈敏度測試(sensitivity test)的真陽性率達百分百。另外的827個陰性樣品中,有824個被確認正常,3個樣品因為數值超過1.15而被改判為T21陽性,因此特異度測試 (specificity test)所得到的真陰性率為99.64% (詳細測試結果請見下圖)。

 

圖一、dPCR應用於NIPS的臨床試驗

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877個懷孕婦女的血液樣品以dPCR測量,得到827個正常 (Euploidy) 與50個T21 (Trisomy21)。臨床樣本中,21號染色體的相對比例(Result Ratio)如Y軸所示。(圖片來源: Lee, S.Y. et al. Clin Chim Acta. 2018 Jan; 476:75-80)

 

 

根據這篇報導的測試結果,我們大膽假設dPCR確能應用於T21染色體異常的非侵入式產前篩檢;不過在T13及T18甚至性染色體異常篩檢的適用性上,仍須嚴謹的測試確認,才有足夠資訊來判斷dPCR取代NGS的可能性。在NGS檢驗法已被大量專利綁定的今日,dPCR是有機會被開闢成為一條新途徑,雖然還不知道是否佈滿荊棘,仍值得一試。

 

 

參考文獻

1. Lee, S.Y. et al. A new approach of digital PCR system for non-invasive prenatal screening of trisomy 21. Clin Chim Acta. 2018 Jan; 476:75-80.

https://doi.org/10.1016/j.cca.2017.11.015

 

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