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胚胎植入前遗传学诊断技术专题

2016/06/15 优乐娱乐探索
导读:世界首例“试管婴儿”于1978年7月25日诞生于英国奧德海姆总医院,我国首例试管婴儿于1988年诞生于北京大学第三医院,迄今为止,全世界已有超过600万例的试管婴儿。自世界首例试管婴儿诞生以来,相继出现了三代试管婴儿技术。技术的发展以及现实需求使第三代试管婴儿技术应用越来越广泛,患者受益越来越显著。然而,第三代试管婴儿技术在临床上应用如何?面临着哪些困境?在全面二孩时代,企业是如何推动我国第三代试管婴儿技术的发展?
试管婴儿的三大时代
胚胎植入前遗传学诊断技术专题

三十多年来,辅助生殖技术的发展经历了常规的“试管婴儿”(体外受精和胚胎移植)、卵胞浆内单精子显微注射(ICSI)、胚胎移植前基因(遗传学)诊断,再到囊胚培养、卵子和精子冷冻、卵母细胞体外成熟技术等,这些技术是现代科学的一项重大成就,开创了胚胎研究和生殖控制的新纪元。

试管婴儿技术发展史

GIFT:配子输卵管内移植;ZIFT:合子输卵管内移植法;PZD/SZI:透明袋开孔法/透明带下注入法;ICSI:卵母细胞胞浆内单精子显微注射;PGD-FISH:通过荧光原位杂交技术进行胚胎植入前遗传学诊断;PGD-CCS:综合染色体筛查的胚胎植入前遗传学诊断

试管婴儿技术出现后经历不断发展的过程,相继出现三代试管婴儿技术。“第一代试管婴儿”也称常规试管婴儿技术,是为了解决女性因素导致的不孕问题,如输卵管、内分泌、宫腔问题等而诞生的。这种技术将精子与卵子放在体外共同培养,靠精子和卵子的自由结合来实现受精过程。

“第二代试管婴儿”是为了解决由于男性因素导致的不育问题,它又称卵母细胞胞浆内单精子显微注射,通过直接将精子注射入卵母细胞胞浆内,来达到助孕目的。如果男方精子数量稀少或没有足够的活动量,或即使有了足够的活动量,精子也不愿意与卵子结合,这种情况下第二代试管婴儿技术可以大显身手。

“第三代试管婴儿”也称胚胎植入前遗传学诊断,指在胚胎移植前,取胚胎的遗传物质进行分析,诊断胚胎是否有异常,然后筛选健康胚胎移植。

PGD/PGS技术应运而生
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近年来,随着进行辅助生殖助孕的患者越来越多,临床发现在辅助生殖过程中部分高风险夫妇的胚胎易出现反复种植失败或者不明原因流产的情况,试管婴儿的总体活产率不到30%。而研究发现胚胎染色体异常时导致试管婴儿失败的主要原因。

2012年《Fertility and Sterility》:对2,282枚反复流产患者的胚胎进行分析,显示胚胎整倍体的概率仅占35%

2010年,《Fertility and Sterility》杂志上的研究对113份极体和73份囊胚染色体检测,结果发现非整倍体率分别为65.5%和45.2%

此外,2016年《Fertility and Sterility》杂志上的文献表明,随着女性年龄增加,胚胎整倍体概率显著下降,超过35岁后,整倍体概率直线下降,试管婴儿活产率不到40%。单纯的形态学评价已不足以实现真正选择染色体核型正常的胚胎植入,因此,临床上希望通过一定的技术手段能够在胚胎植入前对胚胎进行筛选,选择健康的胚胎进行植入,从而提高试管婴儿的妊娠率和活产率。

第三代试管婴儿技术又称为PGD/PGS技术,针对单基因遗传以及染色体结构和数目异常的检测,准确率达99%以上。在临床辅助生殖方面,起到关键的指导作用。在国外,通过使用PGS技术能够将活产率提高至70%的水平,因而我国亟需PGD/PGS技术来更好地实现健康生育。

PGD侧重于胚胎着床前的遗传诊断,经过体外授精获得胚胎。检测物质主要是8细胞期的1个胚胎细胞或者囊胚期的3-5个胚胎滋养层细胞。检测用单细胞DNA分析法,一是聚合酶链反应(PCR),检测男女性别和单基因遗传病;另一种是荧光原位杂交(FISH),检测性别和染色体病。PGD用于临床检测越来越广泛,其主要应用于单基因病遗传病诊断,染色体异常诊断等。PGS技术是通过一系列的分子技术手段,针对胚胎染色体的数目和结构异常进行检测,从中筛选出在染色体水平正常的胚胎植入子宫,以期提高胚胎植入的成功率。整个试管婴儿的流程以及胚胎植入前检测点如下:

PGD/PGS的检测范围
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(1)PGD——单基因疾病诊断、染色体异常检测、其他

PGD主要应用于单基因病、X染色体连锁遗传和已知的染色体异常检测,以及一些其他疾病等,其多应用于具有明确遗传缺陷的病人。

较常见的单基因遗传病有血友病、白化病、进行性肌营养不良、苯丙酮尿症等。根据遗传类型分为常染色体显性遗传、常染色体隐性遗传、X连锁显性遗传、X连锁隐性遗传和Y连锁遗传五个类型。单基因病遗传类型不同,检测方法也不同。PGD进行单基因遗传病的检测方法主要是通过PCR方法,2005年我国研究人员应用荧光定量PCR技术对地中海贫血进行PGD检测,结果选择非地中海贫血的胚胎移植到子宫,避免妊娠一个地中海贫血胎儿。2009年研究人员利用PGD技术对杜氏肌营养不良携带者进行临床治疗,阻止不良患儿的出生。

PGD检测技术可以诊断体外辅助生殖过程中染色体异常的胚胎,使这些异常胚胎避免植入,预防反复流产以及生出不健康的婴儿。2007我国研究人员利用荧光原位杂交技术,成功对1例Y染色体微缺失患者进行了PGD,避免Y染色体微缺失胚胎植入,并顺利分娩1健康女婴。2011年,郑州大学第一附属医院生殖中心通过单核苷酸多态性微阵列技术对1例平衡易位携带患者的PGD试管婴儿助孕治疗,筛选染色体正常的胚胎进行植入,并于2012年3月成功分娩一健康女婴。这些实例说明,PGD可以用于胚胎染色体异常检测,辅助体外生殖。

PGD除了单基因遗传病和染色体异常疾病诊断外,也可用于HLA分型检测。2004年研究人员针对中国人16种β地贫突变类型和8种常见的HLA-DRB1基因型,建立了稳定的单细胞多重巢式PCR检测技术,可同时检测β珠蛋白基因,与β珠蛋白基因紧密连锁的STR基因及HLA-DRB1基因,并对4例已出生重型β 地贫患儿的患者进行了β地贫HLA配型的PGD治疗。

(2)PGS的筛查范围

PGS主要对早期胚胎进行染色体数目和结构异常的检测,通过一次性检测胚胎23对染色体的结构和数目,分析是否存在染色体数目异常(三体、单体和多体)以及结构异常(染色体缺失或重复)。随着检测技术的不断发展,PGS检测技术可以在全基因组范围内进行染色体数目及结构筛查。

1995年,FISH首次快速应用于一些遗传学性的染色体异常检查,其检测范围只能是固定的一些染色体,未能够针对全部染色体进行检测。随着全基因组扩增技术的发展,2015年研究人员通过SNP和CGH技术对PGS样本检测,结果表明至少可以检测3M以上的缺失或者重复。结合全基因组扩增技术和高通量测序技术的发展, 2013年研究人员通过对已知男方为单基因显性遗传病患者进行体外辅助生殖,获取18枚质量好的胚胎,利用二代测序平台对胚胎中极少量细胞进行PGS检测,选择正常胚胎植入女性子宫内,并生育出健康婴儿。

成功案例
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与国际相比,尽管我国辅助生殖技术起步比世界首例晚了10年,但近年来我国通过第三代试管婴儿技术获得的成果越来越显著,这对实现健康生育起到举足轻重的作用。

2015年,解放军总医院耳鼻咽喉研究所所长王秋菊教授和山东大学附属生殖医院陈子江教授引领团队利用PGD技术成功阻断GJB2基因突变致遗传性耳聋的垂直传递,实现了我国首例成功阻断重度遗传性耳聋第三代试管婴儿的诞生。

2016年1月,我国首例应用核型定位(Karyomap)基因芯片技术进行“植入前单基因病诊断(PGD)”的试管婴儿诞生。2016年2月,我国首例胚胎植入前遗传学诊断枫糖尿病基因健康双胎试管婴儿于解放军总医院诞生,标志着我国对枫糖尿病单基因遗传疾病的产前诊断及干预已上升到新的台阶。

国际PGD/PGS指南
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2004年PGD国际协会颁布了PGD技术指南,并于2008年修正了PGD操作流程及实验室质量保障指南,就PGD实验室建立、标本取材、诊断技术、胚胎移植、质量控制与保障、遗传咨询与随访等提出了建议。欧洲人类生殖与胚胎协会(ESHRE)PGD联盟就PGD实验室的设立及相关的3项技术:DNA扩增技术、荧光原位杂交(FISH)技术、胚胎活检建立了相关指南。2015年,Tur-Kaspa等提出了用于HLA配型的PGD指南,有助于指导PGD技术在选择与罹患血液系统疾病、急需脐带血干细胞(骨髓)移植患儿的父母选择HLA配型符合的胎儿中的规范应用。作为高加索人群中最常见的单基因遗传病,囊性纤维瘤在欧洲人群中的患病率为1/4000,Girardet等2015年则提出了囊性纤维瘤PGD指南,可作为单基因病PGD技术指南参考。这些指南有助于规范PGD技术,并建立符合中国国情的PGD技术规范和指南。(本段选自《 中国实用妇科与产科杂志》)

PGD国际协会颁布了PGD技术指南

Tur-Kaspa等提出了用于HLA配型的PGD指南

Girardet等2015年则提出了囊性纤维瘤PGD指南

为了规范PGS市场检测行为并制定操作指南,成立于1944年的国际知名的加拿大妇产科医生协会(SOGC)在2015年5月发布了胚胎植入前基因诊断和筛查技术指南性文件“Technical Update: Preimplantation Genetic Diagnosis and Screening”,以替代2009年8月发布的第232号文件。文件中明确了PGD及PGS技术的临床应用价值。

2015年SOGC发布了胚胎植入前基因诊断和筛查技术指南性文件

技术支持
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苏州贝康医疗器械有限公司(下称贝康医疗)是一家专注于高通量测序技术在辅助生殖领域的研发和临床应用的高科技企业,同时也是本专题的技术支持。针对目前PGD/PGS存在的问题,贝康医疗研发了胚胎植入前染色体检测试剂盒,基于高通量测序技术对体外受精的胚胎进行染色体检测,挑选染色体正常的胚胎植入到子宫,以提高试管婴儿的成功率。同时公司致力于该技术的临床应用推广,使更多的不孕不育患者受惠于此,特别是在目前中国二孩政策的前提下,对于降低出生缺陷,提高中国优生优育水平起到关键作用,可以降低老百姓生育缺陷儿的痛苦,提高中国人口质量。

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