Пренатальная диагностика: анализ крови вместо инвазивных процедур
Амниоцентез (пункция плодного пузыря) и биопсия ворсин хориона (окружающей эмбрион наружной оболочки) на сегодняшний день являются золотым стандартом выявления генетических аномалий развивающегося эмбриона, таких как синдром Дауна. Эти инвазивные процедуры, увеличивающие риск выкидыша, обычно назначают только женщинам, входящим в группы риска, что не позволяет полностью исключить рождение детей с хромосомными аномалиями. Однако успехи в разработке новых неивазивных тестов свидетельствуют о том, что в ближайшем будущем генетические дефекты плода можно будет выявлять с помощью анализа крови.
Плацента, с одной стороны, соединяет кровеносные системы плода и матери, обеспечивая питание и кровоснабжение эмбриона, а с другой – препятствует непосредственному смешиванию их крови. Однако очень небольшое количество свободных нуклеиновых кислот и клеток плода проникает через этот барьер и циркулирует в кровотоке матери. В течение нескольких десятков лет специалисты пытались найти способ их выделения, что позволило бы диагностировать состояние развивающегося плода, включая возможные наследственные заболевания.
Выделить циркулирующие в крови фрагменты ДНК и РНК и расшифровать их последовательности достаточно просто, однако из всего пула нуклеиновых кислот очень сложно выделить фрагменты, принадлежащие плоду. Кроме того, при таких заболеваниях, как синдром Дауна, критерием которого является наличие дополнительной копии 21-й хромосомы, диагностика невозможна без изучения интактной клетки плода.
Для решения этой проблемы ученые Китайского университета Гонконга, работающие под руководством профессора Денниса Ло (Dennis Lo), предложили использовать единичные нуклеотидные полиморфизмы, или «снипы» (от англ. single nucleotide polimorphysm, SNP) – встречающиеся в норме отличия входящих в состав генов единичных нуклеотидов. Нормальный плод с двумя копиями 21-й хромосомы с большой вероятностью имеет два отличающихся варианта определенного гена, расположенного на этой хромосоме, экспресированных в соотношении 1:1. Плод с синдромом Дауна будет иметь дополнительную копию одного из вариантов гена, что приведет к изменению соотношения до 2:1.
Анализ соотношений РНК, синтезируемых на содержащих снипы генах, позволяет косвенно оценить количество копий 21-й хромосомы в клетках плода. При этом чем большее количество снипов учтено при проведении анализа, тем выше его качество. Базирующаяся в Сан-Диего компания Sequenom, специализирующаяся на молекулярной диагностике, уже работает над созданием основанного на этом принципе клинического теста для пренатальной диагностики синдрома Дауна.
Гораздо проще подается диагностике по анализу содержания плодных нуклеиновых кислот в крови матери синдром резус-несовместимости. Резус-фактор (Rh-factor) – это белок, входящий в состав мембраны резус-положительных эритроцитов. Если мать резус-отрицательна (мембрана ее эритроцитов не содержит резус-фактора), ее иммунная система, особенно при повторной беременности резус-положительным ребенком, может агрессивно реагировать на плод. В таком случае анализ крови матери на присутствие кодирующего резус-фактор гена или соответствующей РНК позволяет определить необходимость профилактических мер.
В Европе подобный тест используют уже на протяжении многих лет, в то время как в США первая версия теста, разработанная группой Ло совместно с Sequenom и реализованная Lenetix Medical Screening Laboratory, появилась на рынке только в декабре прошлого года.
Специалисты считают, что этот тест достаточно хорош, но не совершенен, т.к. при его использовании существует вероятность получения ложноотрицательных результатов.
Сходный тест, разработанный компанией Biocept, также базирующейся в Сан-Диего, появится в продаже в начале мая этого года. Этот тест исключает ложноотрицательные результаты за счет анализа большого количества снипов, позволяющих с большей степенью точности отличить материнскую ДНК от плодной.
Дополнительным подходом неинвазивной пренатальной диагностики является выделение из крови матери плодных клеток. Эта стратегия особенно подходит для диагностики синдрома Дауна и других аномалий количества копий хромосом. Имея плодные клетки, диагностировать синдром Дауна не составляет труда: для этого необходимо только пометить 21-ю хромосому флуоресцентным зондом и посчитать количество ее копий в клетке под микроскопом.
Проблема заключается в том, что миллилитр крови матери содержит не более пяти плодных клеток, выделение которых является исключительно сложной задачей. Компания Biocept предлагает решить эту проблему путем использования антител, специфичных к незрелым ядросодержащим красным клеткам крови. Такие клетки с большей степенью вероятности будут принадлежать плоду, чем материнскому организму. Изолированные с помощью специфичных антител к поверхностным белкам незрелые эритроциты в силу своей необычной морфологии легко дифференцируются под микроскопом.
Предлагаемая Biocept платформа основана на использовании микрожидкостной системы, при прохождении по каналам которой кровь матери взаимодействует с прикрепленными к поверхности каналов антителами, связывающими незрелые эритроциты. Микроскопическая структура поверхности максимально увеличивает степень взаимодействия крови и антител, значительно повышая шансы выделения клеток плода.
Изображенная в верхней части рисунка плодная клетка проникла через плаценту в кровь матери. Сложная микрожидкостная система, усеянная антителами, позволила выделить эту единичную плодную клетку из миллионов клеток, содержащихся в образце крови матери. После этого флуоресцирующие молекулярные метки использовали для мечения наиболее важных хромосом: двух копий Х-хромосомы (ярко-голубого цвета), что означает женский пол плода, и три копии 21-й хромосомы (розовый цвет), что позволяет поставить диагноз синдрома Дауна.
В следующем месяце компания планирует начать клинические испытания неинвазивного теста для пренатальной диагностики синдрома Дауна, который до конца 2008 года уже может появиться на рынке.
Разработкой неинвазивных методов пренатальной диагностики занимается также компания Ikonisys, базирующаяся в г. Нью-Хейвен (штат Коннектикут). Вместо физической сортировки клеток специалисты компании предлагают использовать вычислительный метод. Разработанный компанией автоматизированный микроскоп сканирует многочисленные мазки материнской крови и выявляет среди ядросодержащих клеток матери плодные клетки по их форме, отличающейся от аналогичных «взрослых» клеток. К микроскопу прилагается программное обеспечение, фиксирующее расположение клеток, соответствующих искомым параметрам, а окончательное решение об их статусе принимает человек.
Ikonisys планирует запустить производство своего теста на выявление синдрома Дауна в конце 2008 года. Компания также рассматривает возможность адаптации этого подхода для использования в онкологии, т.к. выявление единичных опухолевых клеток среди многочисленных здоровых клеток организма позволит улучшить диагностику некоторых типов рака и их реакцию на лечение.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» www.vechnayamolodost.ru по материалам ScienceDaily
30.04.2008