태아 세포 (cbNIPT)

순수한 태아 단일 세포를 모체 혈액에서 분리하여 세포 기반 비침습적 산전 검사(NIPT) 가능하게 하기

산전 관리에서 유전 질환을 검사하기 위해 태아 DNA에 접근해야 할 수 있습니다. 융모막 융모 검사(CVS) 또는 양수 검사와 같은 기존의 산전 진단 방법은 스트레스가 많고 침습적이며 자연 유산의 위험이 있습니다. 동시에 임신 초기에 태아에서 유래된 세포가 모체 혈액 순환에서 발견될 수 있습니다. 모체 혈액 샘플에서 이러한 태아 세포를 분리하는 것은 순수하고 온전한 태아 게놈을 분리할 수 있으면서 저위험, 비침습적 산전 검사(NIPT)를 가능하게 하기 때문에 기존 절차에 대한 매력적인 대안입니다(그림 1).

그림 1. Singh 등의 세포 기반 NIPT(cbNIPT)와 기존 산전 진단 방법 및 세포 없는 NIPT(cfNIPT)의 위치 설정에 대한 개략적 표현. 모체 게놈에 의해 오염되지 않은 순수한 태아 세포를 기반으로 하는 cbNIPT는 CVS와 같은 침습적 절차와 비교할 만한 분석 강도를 보여줍니다. 이 방법은 혈액 채취 기반 검사로, cfNIPT와 마찬가지로 임산부에 대한 위험과 스트레스가 낮습니다.

태아 세포 기반 vs. 세포 없는 DNA 검사

순환 cfNIPT의 분석을 기반으로 한 NIPT는 현재 많은 국가에서 도입되고 있습니다. 그러나 주요 과제는 혈장의 모체 DNA 과다와 DNA 단편화로 인한 낮은 태아 게놈 순도입니다. 이로 인해 태아 게놈의 비정형 염색체 이상을 신뢰할 수 있게 감지하기 어렵습니다. 이 장애는 모체 혈액에서 순수하고 온전한 태아 세포를 분리하고 전체 게놈 증폭된 태아 DNA에 대해 유전학적 분석을 수행함으로써 해결될 수 있습니다.

단일 태아 세포 분리의 도전과 해결책

태아 세포가 모체 혈액에 순환하는 경우는 매우 드물어서: 혈액 1ml당 1~2개의 태아 세포만 존재합니다. 따라서 유전학적 분석을 위해 충분한 수의 순수한 태아 세포를 모체 혈액에서 회수하는 것은 기술적으로 매우 어렵습니다. 이는 효율적인 상위 농축, 적절한 세포 유형별 마커를 이용한 검출, 그리고 희귀 세포의 손상과 손실을 최소화하는 극도로 특이적이고 정밀하며 부드러운 단일 세포 분리를 필요로 합니다. CellCelector를 기반으로 한 태아 세포 분리 워크플로우는 농축된 혈액 샘플에서 희귀 세포 검출과 개별 단일 태아 세포의 부드러운 회수를 결합하여 속도와 정밀성을 모두 제공합니다 (그림 2).

그림 2. CellCelector 단일 세포 피커를 사용하여 모체 혈액에서 단일 태아 세포의 분리 및 유전학적 분석을 위한 일반적인 워크플로우. CFC: 순환 태아 세포; CMA: 염색체 마이크로어레이 분석; NGS: 차세대 염기서열 분석.

그림 3. 그림 2에 설명된 워크플로우에 따라 CellCelector를 사용하여 검출된 태아 세포 갤러리의 예시. 파란색: DAPI; 녹색: 태아 세포 특이적 항체 칵테일 [이미지 제공: Arcedi Biotech]

그림 4. CellCelector 시스템에 의해 자동으로 저장된 이미지 선택 전후의 예시. 단일 세포 선택 효율: 100% [이미지 제공: Arcedi Biotech]

임상에서의 세포 기반 NIPT 구현

CellCelector 플랫폼을 기반으로 한 새로운 cbNIPT 방법의 입증된 민감도와 정확성을 통해 고객사인 ARCEDI Biotech는 2018년 5월 덴마크 중부 지역의 산전 관리에 이 검사를 도입할 수 있었습니다. 1차 임신 스크리닝에서 '고위험'(>1:300)으로 식별된 여성들은 이제 세포 기반 비침습적 검사와 세포 없는 NIPT, 또는 기존의 침습적 검사 중 선택할 수 있게 되었습니다. 새로운 cbNIPT 방법은 무결과(no-calls)가 없어, 모든 경우에 태아 세포가 검출 및 분리됩니다(그림 5). 평균적으로 샘플당 12.8개의 태아 세포가 식별됩니다. 아래 그림들은 분리된 태아 세포의 일반적인 갤러리와 이 방법을 통해 검출된 염색체 이상의 예시를 보여줍니다. 현재 개발된 cbNIPT 기술은 10Mb 이상의 염색체 하위 이상을 식별할 수 있는 능력으로 염색체 이수성, 미세중복, 불균형 구조적 재배열 및 모자이크 사례를 검출할 수 있습니다(그림 6). 궁극적인 목표는 모든 임산부에게 스크리닝 검사를 제공하는 것입니다.

그림 5. 목 뒤 투명대가 증가한 남성 태아의 모체 혈액에서 농축 및 검출된 태아 세포(영양막세포) 갤러리 (Vestergaard 등으로부터). 세포는 DAPI(파란색)와 태아 세포 특이적 항체 칵테일(녹색)로 염색되었다. 농축 후 CellCelector를 사용하여 단일 태아 세포를 검출 및 분리한 후 WGA 및 aCGH 분석을 수행했다. 염색체 21의 무배수성을 확인하는 결과는 그림 6에 나와 있다 (사례 1).


그림 6. 5개의 세포유전학적으로 비정상적인 사례에 대한 aCGH 분석 예시. 1: 트리소미 21; 2: 트리소미 13 (모자이크); 3: 트리소미 2 (모자이크); 4: 부분 트리소미 21 (12.4‐Mb 중복); 5: 염색체 4p의 31‐Mb 결실 및 염색체 8p의 30‐Mb 중복을 포함하는 불균형 전좌 (Vestergaard 등의 그림). 모든 모체 혈액 샘플은 침습적 검사 전에 cbNIPT를 위해 수집되었으며 맹검 상태에서 분석되었다.


관련 참고문헌


  • Toft, C.L.F. 등. J Assist Reprod Genet 38, 1959–1970 (2021)

  • Jeppesen L.D., 등. Prenat Diagn. 2021년 1월;41(2):234-240

  • Hatt L, 등. Clin Case Rep. 2020

  • Singh R. 등. ISPD 글로벌 업데이트, 2018년 11월

  • 베스테르가드 E.M. 등 - 산전 진단 37(11):1120-1124 (2017)

  • 콜브라, S. 등 산전 진단 36: 1-8 (2016)

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