利用磁珠篩選提升胎兒游離DNA含量比例

作者:沈淑華/有勁生物科技

 

  盧煜明(Yuk-Ming Dennis Lo) 教授團隊在1997年發現孕婦血漿中含有胎兒游離DNA (cell-free fetal DNA; cffDNA)後,非侵入性產前檢測 (Non-Invasive Prenatal screening; NIPS)的各種應用開始蓬勃發展。NIPS目前已經普遍用來檢測染色體數目是否異常,也就是所謂的非整倍體變異(Aneuploidy),而其中又以檢測唐氏症 (T21)、愛德華氏症(T18)與巴陶氏症(T13)最為盛行。

 

  這項技術與其他檢測一樣,也有無法提供有效檢出結果的時候(no-call rate),同時一樣也會出現偽陽性與偽陰性結果。有勁部落格文章《NIPT偽陽性與偽陰性的可能原因》中曾提到會造成偽陽性與偽陰性結果的可能原因,包括染色體嵌合現象(mosaiciam)、雙胞胎一胎凋亡現象(vanishing twin)、孕婦自身染色體拷貝數變異 (copy number variations; CNV)、孕婦本身罹患癌症 (maternal malignancy)、孕婦血漿含胎兒游離DNA比例偏低等等。其中與胎兒游離DNA含量比例相關的文章在有勁部落格裡曾出現過相當多次,《NIPT檢測樣品中胎兒游離DNA濃度的影響因子》與《再探孕婦血漿胎兒游離DNA含量比例的影響因子》就曾探討過可能影響孕婦血漿含胎兒游離DNA含量比例的因素。

 

  胎兒游離DNA含量比例(fetal fraction)為取自孕婦周邊血漿裡的胎兒游離DNA百分比,一般來說正常範圍在3%到30%之間,平均約為13%。當孕婦血漿中胎兒游離DNA比例過低時,NIPT無法正確判讀,便會產生偽陰性結果。為了維持檢測品質,降低偽陰性發生機率,多數檢測實驗室都會設定胎兒游離DNA含量比例的最低要求─例如fetal fraction以4%作為最低標準,來嚴格把關檢測的準確性。因此,增加胎兒游離DNA含量比例便成為提升檢測品質的關鍵。近來有研究發現孕婦的游離DNA與胎兒的游離DNA長度分佈不同,前者長度約166 bp,後者較短,約143bp;造成游離DNA長度的不同,源自核小體上的些微差異。基於上述發現,若能針對游離DNA片段大小來進行篩選,理論上應該有機會提高篩到胎兒游離DNA的機會,提升fetal fraction數值。

 

  該篇研究1的作者等人為了研究游離DNA片段大小的篩選能否提升胎兒游離DNA含量比例(fetal fraction),在製備基因庫(library)過程中使用了3種不同倍率(1.2x、1.3x與1.5x)的磁珠( Magnetic beads)來篩選胎兒的游離DNA片段,下圖一顯示胎兒游離DNA含量比例在利用磁珠篩選後明顯提升。

 

  臨床上,造成NIPS偽陰性結果的原因與胎兒游離DNA含量比例也密切相關,如果能取得較高的胎兒游離DNA含量比,是否就可以避免假陰性結果呢?這點,我們下次會再做更深入的介紹。

 

圖一、利用磁珠篩選以提升胎兒游離DNA片段含量比例的效果

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(a)磁珠在針對較短的游離DNA片段(<160pp,也就是不包含母體游離DNA)進行篩選後,胎兒游離DNA含量比例明顯提升。(b)此圖為定序後DNA長度的分佈。為了評估使用磁珠篩選的效果,在製備基因庫(library)的過程中,分別加入1.2倍(於55個樣品)、1.3倍(於74個樣品)和1.5倍(於45個樣品)比例的磁珠進行篩選,對照組(於133個樣品)則沒有加入磁珠。由圖可見,加入的磁珠倍數越高,胎兒游離DNA含量比例平均讀值越高。(c)3種不同倍率的磁珠,都能讓較短(<160bp)的游離DNA片段含量比例提升。(d)使用磁珠進行篩選,不僅能提升篩到的游離DNA片段含量比例,也能提高篩到的Y染色體含量比例,增幅約有1.5-4倍,其中又1.5倍的磁珠效果最佳。此項研究證明利用磁珠進行篩選確實能達到提升胎兒游離DNA含量比例的效果。(圖片來源:Hu, P., et al. Journal of Translational Medicine. 2019 Apr 11;17(1):124-132.)

 

 

參考資料

1. Hu, P., et al. An enrichment method to increase cell-free fetal DNA fraction and significantly reduce false negatives and test failures for non-invasive prenatal screening: a feasibility study. Journal of Translational Medicine. 2019 Apr 11;17(1):124-132. https://doi.org/10.1186/s12967-019-1871-x

 

 

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