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技术原理

胎儿血浆游离DNA的发现

1997年,Lo等人(Lo Y. M. et al. 1997. Lancet)运用PCR法扩增母体外周血浆中的Y染色体特异DNA片段,证明在怀有男性胎儿的母血浆中存在胎儿游离DNA(cell-free fetal DNA,cffDNA)(图1)。

血浆游离DNA

更进一步的研究发现,正常怀孕过程中cffDNA几乎全部来源于胎盘的滋养层细胞,孕妇外周血中的cffDNA从怀孕4周左右就可以检出,孕8周建立胎儿胎盘循环后cffDNA可以以一定的比例稳定存在于母体外周血浆中。

2010年,Lo等人又在Science Translational Medicine杂志发表文章,第一次证明母体外周血浆存在胎儿的全基因组信息,理论上证明了母体外周血浆cffDNA可以作为产前检测的材料加以运用。


cffDNA的特点

  • 8孕周以后持续存在,孕周越大含量越高
    cffDNA在孕妇怀孕4周时便可检出,8周后含量上升并稳定存在,且孕周越大cffDNA的含量越高。cffDNA在孕期持续存在的这一特性使其可以在早孕期、中孕期,甚至是晚孕期进行检测,检测孕周广泛。
  • 以核小体形式存在,DNA稳定性好
    cffDNA在外周血中以核小体形式存在,具有良好的稳定性,实现以cffDNA作为检测材料的可行性。
  • 半衰期短,分娩后迅速降解
    cffDNA的半衰期很短,为16.3分钟,在正常分娩2小时后在母体外周血中已检测不到(Lo et al. 1998. Am J Hum Genet)。cffDNA快速降解的这种特性使其成为无创产前检测的最优检测材料。

贝比安数学模型的建立使检测从理论上可行

胎儿染色体数目异常会使母体血浆中游离DNA含量产生微量变化。通过新一代DNA测序技术进行深度测序并结合生物信息分析可检测到这种变化,是贝比安无创DNA产前检测的理论依据。

以出生缺陷中最常见的唐氏综合征(T21)为例,通过数学模型分析cffDNA用于胎儿染色体疾病产前检测的可行性。

正常胎儿和正常母亲的21号染色体均为2条,患有唐氏综合征的胎儿其21号染色体为3条。假定母亲外周血中胎儿游离DNA的含量为20%,母体自身游离DNA占80%,为了方便说明,假定共有10份DNA拷贝。怀有正常胎儿的孕妇外周血浆的21号染色体游离DNA就是10份,2份来源于胎儿,8份来源于母亲。对于怀有唐氏综合征胎儿的孕妇来说,则不难算出其外周血浆的21号染色体游离DNA有11份,3份来源于胎儿,8份来源于母亲。怀有唐氏综合征胎儿和正常胎儿的母体外周血浆中21号染色体游离DNA比例就是11:10(见图2)。同样,对于胎儿游离DNA 的含量为5%的情况而言,怀有唐氏综合征胎儿和正常胎儿的母体外周血浆中21号染色体游离DNA比例就是10.25:10。

贝比安无创DNA产前检测技术原理

因此,无需分离胎儿来源的游离DNA,总体上怀有唐氏综合征胎儿的孕妇外周血浆中21号染色体游离DNA的总含量将微微升高。理论上我们通过区分这一微小的差异,便可以实现利用cffDNA进行的胎儿染色体疾病产前检测。