讓孩子遠離黑名單:PGD的前世今生

【字體: 時間:2016年04月01日 來源:生物通

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  為了讓自己孩子的名字不再出現在“黑名單”上,Katie決定 進行胚胎植入前遺傳學診斷(PGD),這是一種通過在配子或早期胚胎階段對遺傳病進行分子遺傳學的診斷方法,能選擇沒有疾病表型的胚胎移植入子宮,從而避免遺傳病胎兒的妊娠。

  

生物通報道:2000年,Katie與David相遇相愛了,他們很快就結婚并打算要一個屬于他們的寶寶,然而醫生告訴他們,David的父親死于一種運動神經元病,也就是霍金所患的那種MND病,而他們的孩子也有一半的幾率會患上這種疾病。當看到MND家譜列表上David的名字的時候,Katie感到十分絕望,“我們感到心寒,好像他們一直在等他,而我們壓根不知道。”

為了讓自己孩子的名字不再出現在這張“黑名單”上,Katie決定 進行胚胎植入前遺傳學診斷(PGD),這是一種通過在配子或早期胚胎階段對遺傳病進行分子遺傳學的診斷方法,能選擇沒有疾病表型的胚胎移植入子宮,從而避免遺傳病胎兒的妊娠。也就是說,通過非侵入性的提前篩選,把遺傳學疾病控制在胚胎發育的最早階段。

由此Katie可以在每個試管嬰兒IVF周期追蹤有多少胚胎出現了運動神經元病,這個數字高達70%!不過幸運的是Katie最終逃脫了厄運,她和David有了一個健康的寶貝。

PGD的前世今生

PGD理論雛形是1967年由Robert G. Edwards博士等率先提出的,他在小鼠胚泡期鑒定其性別并成功地將胚胎移入雌鼠體內。這位“試管嬰兒”之父雖然在2010年才榮獲諾貝爾生理與醫學獎,但卻早已為許多不孕不育的夫婦帶來了福音。

然而試管嬰兒( invitrofertilization,IVF)臨床上的挑戰是選出有活力的胚胎,從而能優先將其植入子宮,早期IVF實驗室采用的是形態學評估來篩選胚胎,但這無法提供有關染色體復制數目等遺傳學信息。

時間到了上個世紀80年代末,Alan Handyside博士率先對人類胚胎進行顯微操作,為一對高遺傳風險的X-性連鎖疾病夫婦的胚胎進行卵裂球性別分析,植入女胚,并于1990年誕生了世界上首例PGD嬰兒。2年后,他們又報道了PGD在常染色體隱性遺傳病纖維囊性變的成功應用,隨后PGD逐漸普及,并可常規用于多種遺傳病的診斷。

目前PGD的應用主要集中在十種單基因性疾病,包括常染色體隱性遺傳性疾病,如地中海貧血、囊性纖維化、脊肌萎縮癥、鐮刀型紅細胞貧血,常染色體顯性遺傳性疾病,如亨廷頓病、強直性肌營養不良癥和腓骨肌萎縮癥,性連鎖性疾病包括脆性X染色體綜合征、進行性肌營養不良和血友病等。

這種技術的優勢主要體現在非侵入性,篩選排除患病胚胎和攜帶缺陷基因的胚胎,以及在胚胎器官分化之前對疾病作出診斷為進行基因治療提供可能等幾個方面,但這種技術也存在著一些爭議,如活檢材料的代表性不足、分析技術缺陷造成誤診。迄今為止,已經出現了囊性纖維化,強直性肌萎縮和地中海貧血等的誤診。

單基因性疾病PGD的主要診斷方法是通過單細胞PCR技術擴增致病基因。2006年來,也有選擇與致病基因在染色體的位置上緊密連鎖的STR標記鑒別胚胎是否遺傳了有致病基因的染色體來進行診斷,該方法又被稱為植入前遺傳學單倍型分析(preimplantationgenetichaplotyping,PGH)。

國內PGD發展

不僅在國外,近十年來以及未來十年國內的輔助生育技術ART使用率也將迅猛發展,這一方面是由于現代社會不孕不育問題增多,另一方面放開二胎后,也會出現越來越多的高齡產婦。

輔助生殖體外受精過程中,醫生通過激素來刺激女性的卵巢,使之產生多個卵子,隨后可由生殖科專家人工提取。在實驗室中,專家利用伴侶或供體的精子讓卵子受精,創造出胚胎,在體外生長三至五天,再轉移到子宮內。

然而僅有不到三分之一的輔助生殖技術相關流程能成功帶來了活產嬰兒,這其中的原因很多,但很大比率是由于胚胎存在缺失或額外的染色體。為此PGD技術應運而生。

在國內,1992年,我國首例配子子宮腔內移植嬰兒在廣州中山大學附屬醫院分娩,此后北醫三院分別完成了首例贈卵試管嬰兒、首例凍融胚胎試管嬰兒和首例代孕試管嬰兒。1998年中山大學附屬第一醫院生殖中心成功應用FISH對血友病攜帶者進行PGD,誕生國內首例經PGD的健康嬰兒。

目前全國只有少數幾家生殖中心能真正將PGD作為一種常規的診斷技術,能夠診斷的病種也非常有限,如杜氏肌營養不良21-三體綜合征,α,β-地中海貧血,羅伯遜易位,非整倍體篩查,Y染色體微缺失及染色體相互易位等。國內研究雖然一直緊跟國外的發展步伐,但在規模技術水平和規范程度上還待進一步提高。


PGD的分析技術

用于PGD的常規方法 有聚合酶鏈反應 (polymerase chainreaction,PCR)和免疫熒光原位雜交(fluorescence in situhybridization,FISH),前者主要用于單基因遺傳疾病的診斷,后者則主要用于檢測染色體異常以及胚胎性別。

其中免疫熒光原位雜交FISH 是用帶有熒光標記的特異性探針與染色體結合后,在熒光顯微鏡下觀察特定染色體的情況。1994年第1次用該技術進行胚胎性別診斷,此后FISH迅速被用于檢測遺傳以及非遺傳性的染色體數目和結構的異常。

這一技術存在不少爭議,因為目前FISH技術最多只能用三輪FISH檢測13條染色體來,而且隨著核變性次數的增多,探針的雜交效率也降低。因此,在對胚胎進行非整倍體篩查的PGD中無法同時診斷全套23條染色體,不能做到真正意義的核型分析。

單細胞PCR通常是將細胞直接裂解后進行PCR擴增,主要包括巢式PCR、多重PCR、熒光PCR和熒光定量PCR等。但這種技術存在擴增失敗、污染等風險,也無法進行重復檢驗。而且還會出現特有的2個等位基因中的1個優勢擴增,而另1個完全擴增失敗的現象,這稱為等位基因脫扣(alleledrop-out,ADO)發生率約為5%-20%,這也是造成PGD誤診的重要因素,特別是在顯性遺傳性疾病的檢測中。

全基因組擴增WGA 可以通過非選擇性擴增微量組織或單個細胞的整個基因組DNA,在反映基因組全貌的基礎上最大限度地增加其含量,以提供足量DNA模板進行后續分析。這包括以PCR和不以PCR為基礎兩種類型,前者使用隨機引物或部分隨機引物通過熱循環擴增的引物延伸預擴增( primer extensionpreamplification,PEP) 和簡并寡核苷酸引物PCR( degenerate oligonucleotide primed PCR,DOPPCR),后者使用隨機引物恒溫擴增的多重置換擴增( multipledisplacement amplification,MDA),具有操作簡單、產量穩定和產物量大、擴增片段長和高忠實性、基因組均勻擴增且覆蓋率高等特點。

比較基因組雜交技術CGH 可檢測待檢全染色體組各位點遺傳物質的增加和缺失,可診斷單細胞的全基因組中任何超過20Mb的染色體域的拷貝數異常,已有成功應用的報道。

單核苷酸多態性SNP 芯片分析是通過與父母SNP位點的對比,可以判斷胚胎染色體的單倍型,而熒光強度也可用于判斷染色體的數目。SNP芯片最大的優越性在于可同時做每個胚胎的DNA指紋分析。

還有新一代測序技術NGS,這種技術首先將基因組DNA隨機切割成小片段DNA分子,在體外給這些小片段分子末端連接上接頭制備成文庫,通過原位polony、微乳液PCR或橋式PCR等方法獲得測序模板,進行圖像采集、分析,獲得序列結果。

(生物通)

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