세포 기반 NIPT를 위해 산모 혈액에서 순수 단일 태아 세포를 분리하는 기술 개발

산전 관리에서 발달 중인 태아의 유전 질환 검사를 위해 태아 DNA에 접근해야 할 필요가 있을 수 있습니다. 융모막 검사(CVS)나 양수 검사와 같은 기존의 산전 진단 방법은 스트레스를 유발하고 침습적이며 자연 유산의 위험이 있습니다. 동시에 임신 초기에는 태아에서 유래한 세포가 산모의 혈액에서 발견될 수 있습니다. 산모 혈액 샘플에서 이러한 태아 세포를 분리하는 것은 기존 방법에 대한 매력적인 대안입니다. 왜냐하면 이 방법을 통해 위험도가 낮고 비침습적인 산전 검사(NIPT)가 가능하며, 순수하고 손상되지 않은 태아 유전체를 분리할 수 있기 때문입니다(그림 1).

그림 1. 세포 기반 NIPT(cbNIPT)와 기존 산전 진단 방법 및 무세포 NIPT(cfNIPT)의 위치를 도식적으로 나타낸 그림(Singh et al. 제공). 모체 유전자에 오염되지 않은 순수한 태아 세포를 기반으로 하는 cbNIPT는 융모막 검사(CVS)와 같은 침습적 시술과 유사한 분석 정확도를 보인다. 이 방법은 혈액 채취를 기반으로 하는 검사로, cfNIPT와 마찬가지로 임산부에게 미치는 위험과 스트레스가 낮다.

태아 세포 기반 DNA 검사 vs. 무세포 DNA 검사

순환 cfNIPT 분석을 기반으로 하는 NIPT는 현재 여러 국가에서 도입되고 있습니다. 그러나 혈장 내 모체 DNA의 과다 존재 및 DNA 단편화로 인해 태아 게놈 순도가 낮다는 점이 주요 과제입니다. 이는 태아 게놈의 비정형 염색체 이상을 신뢰할 수 있게 검출하는 데 어려움을 초래합니다. 이러한 문제는 모체 혈액에서 순수하고 손상되지 않은 태아 세포를 분리하고, 전체 게놈 증폭된 태아 DNA에 대한 유전자 분석을 수행함으로써 해결할 수 있습니다.

단일 태아 세포 분리의 과제와 해결책

모체 혈액에 순환하는 태아 세포는 극히 드물며, 혈액 1ml당 1~2개에 불과합니다. 따라서 후속 유전자 분석에 필요한 충분한 양의 순수 태아 세포를 모체 혈액에서 분리하는 것은 기술적으로 매우 어렵습니다. 효율적인 전처리 농축, 적절한 세포 유형 특이적 마커를 이용한 검출, 그리고 희귀 세포의 손상 및 손실을 최소화하는 매우 특이적이고 정밀하며 부드러운 단일 세포 분리 기술이 필요합니다. CellCelector 기반의 태아 세포 분리 워크플로는 희귀 세포 검출과 농축된 혈액 샘플에서 개별 태아 세포를 부드럽게 분리하는 과정을 결합하여 속도와 정밀도를 모두 제공합니다(그림 2).

그림 2. CellCelector 단일 세포 분리기를 사용하여 산모 혈액에서 단일 태아 세포를 분리 및 유전 분석하는 일반적인 워크플로. CFC: 순환 태아 세포; CMA: 염색체 마이크로어레이 분석; NGS: 차세대 염기서열 분석.

그림 3. 그림 2에 설명된 워크플로우에 따라 CellCelector를 사용하여 검출된 태아 세포의 갤러리 예시. 파란색: DAPI; 녹색: 태아 세포 특이 항체 혼합물 [이미지 제공: Arcedi Biotech]

그림 4. CellCelector 시스템에 의해 자동으로 저장된 세포 채취 전후 이미지의 예. 단일 세포 채취 효율: 100% [이미지 제공: Arcedi Biotech].

세포 기반 NIPT를 임상 현장에 도입하기

CellCelector 플랫폼 기반의 새로운 cbNIPT 방법은 입증된 민감도와 정확도를 바탕으로, 고객사인 ARCEDI Biotech이 2018년 5월 덴마크 중부 지역의 산전 관리에 해당 검사를 도입할 수 있도록 했습니다. 1차 삼분기 통합 선별 검사에서 '고위험군'(>1:300)으로 분류된 여성들은 이제 세포 기반 비침습적 검사와 무세포 NIPT를 병행하거나 기존의 침습적 검사를 선택할 수 있습니다. 새로운 cbNIPT 방법은 검출되지 않은 경우가 전혀 없으며, 모든 경우에서 태아 세포가 검출 및 분리됩니다(그림 5). 샘플당 평균 12.8개의 태아 세포가 검출됩니다. 아래 그림은 분리된 태아 세포의 일반적인 이미지와 이 방법을 이용하여 검출된 염색체 이상 사례를 보여줍니다. 현재 개발된 cbNIPT 기술은 이수성, 미세중복, 불균형 구조 재배열 및 모자이크 현상을 검출할 수 있으며, 10Mb 이상의 아염색체 이상까지 식별할 수 있습니다(그림 6). 궁극적인 목표는 모든 임산부에게 선별 검사를 제공하는 것입니다.

그림 5. 목덜미 투명대 증가 소견을 보이는 남성 태아의 모체 혈액에서 농축 및 검출된 태아 세포(영양막 세포) 사진 모음(Vestergaard 등 연구). 세포는 DAPI(파란색)와 태아 세포 특이 항체 혼합물(녹색)로 염색되었다. 농축 후 CellCelector를 사용하여 단일 태아 세포를 검출 및 분리하고, 이어서 WGA 및 aCGH 분석을 수행하였다. 21번 염색체 이수성을 확인하는 결과는 그림 6(사례 1)에 나타나 있다.


그림 6. 세포유전학적 이상이 있는 5례에 대한 aCGH 분석 예시. 1: 21번 염색체 삼염색체증; 2: 13번 염색체 삼염색체증(모자이크형); 3: 2번 염색체 삼염색체증(모자이크형); 4: 부분 21번 염색체 삼염색체증(12.4Mb 중복); 5: 4번 염색체 단완(p)의 31Mb 결손과 8번 염색체 단완(p)의 30Mb 중복을 포함하는 불균형 전좌(Vestergaard et al.의 그림에서 발췌). 모든 산모 혈액 샘플은 침습적 검사 전에 cbNIPT를 위해 채취되었으며, 분석은 맹검 방식으로 진행되었다.


관련 참고 자료


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

  • Jeppesen L.D., 외. 산전 진단. 2021년 1월;41(2):234-240

  • Hatt L, 외. 클린 케이스 담당자 2020

  • Singh R. 외, ISPD 글로벌 업데이트, 2018년 11월
  • Vestergaard E.M. 외. - 산전진단 37(11):1120-1124 (2017)

  • Kølvraa, S. 외. 산전 진단 36: 1-8 (2016)