杨朝勇:新一代无创产前诊断新技术有望诞生

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近日，上海交通大学医学院分子医学研究院与厦门大学化学化工学院的杨朝勇教授团队在国际著名的微流控技术杂志Lab on a chip 在线发表研究论文，使用非侵入式芯片实验室技术，在妊娠早期利用2毫升外周血即可帮助孕妇检测到胎儿的遗传信息，实现遗传异常的诊断。

我国是出生缺陷的高发国，每年的出生缺陷婴儿数量约占全世界的20%。在现有的8000余万残疾人中，70%来源于出生缺陷。全国累计有近3000万个家庭曾生育过出生缺陷和先天残疾患儿，约占中国家庭总数的1/10。出生缺陷造成的损失给社会造成了严重的经济负担，对家庭造成的心理负担和精神痛苦更是无法用金钱来衡量。有效控制和预防出生缺陷，用科学的手段保障孕妇顺利生育健康的孩子，是亟需要解决的民生问题。在围产医学的三级防御中，“产前筛查和诊断”是最有效的实施手段。目前产前诊断测试的金标准包括羊膜穿刺术或从胎盘细胞中取样（绒毛膜取样），两者都有可能诱发流产、感染的风险。近年来发展的基于胎儿游离DNA的无创产前检测技术（NIPT）目前局限于21、18、13三体的高灵敏筛查，存在一定的假阳/阴性现象。亟需发展一种检测更大范围遗传异常的可靠工具，为家庭和医疗保健供应商提供更多的遗传相关信息。

孕妇外周血中存在的胎儿细胞是在母体和胎儿进行营养物质交换的过程中，从滋养层脱落或者脐带血中进入到母体外周血循环的少量胎儿细胞。这些循环胎儿细胞具有胎儿全部的基因组信息，特异性标志物及胎-胎之间不存在干扰等优势，被认为是最具有潜力的产前诊断研究对象。循环胎儿细胞应用于无创产前诊断最大的瓶颈是极其稀少的含量以及相当复杂的背景干扰。通常1 mL外周血中含有109个红细胞，106个白细胞，而可能只含有1~10个胎儿细胞，在如此庞大复杂正常细胞背景的干扰下，很难实现高灵敏、高特异的胎儿细胞捕获以及胎儿基因的分析。

杨朝勇所带领的研究团队针对这一挑战性课题，发展了基于流体力学分离与免疫识别的胎儿细胞捕获芯片（FETAL-Chip）。该芯片内构建了成千上万个表面修饰有抗体的微柱阵列，阵列排布方式根据确定性侧向位移分离原理设计，使得通道到芯片中的胎儿细胞能够不断与微阵列表面的抗体进行碰撞，实现选择性“增频”效应，有效提高捕获效率。该设计有效结合了胎儿细胞在物理性质及表面标志物与背景细胞的差异，实现了胎儿细胞的高效富集。通过对不同孕周的孕妇外周血样本进行测试，该团队验证了FETAL-Chip能够在孕早期就实现对胎儿细胞的有效分离，并通过特异性Y染色体基因分析的方法，确认了胎儿细胞的来源。该方法耗血量少（2毫升）、检测时间早、基因覆盖率高、遗传筛查范围广，有望发展成为新一代的无创产前诊断技术。

近年来，杨朝勇教授研究团队长期从事生物分析化学与化学生物学研究，在体外诊断、微流控技术、液体活检、单细胞分析等方向取得了一系列创新性成果。

该文章作者为：Huimin Zhang, Yuanyuan Yang, Xingrui Li, Yuanzhi Shi, Bin Hu, Yuan An, Zhi Zhu, Guolin Hong, Chaoyong James Yang

Frequency-Enhanced Transferrin receptor Antibody-Labelled Microfluidic Chip (FETAL-Chip) enables efficient enrichment of circulating nucleated red blood cells for non-invasive prenatal diagnosis

Lab Chip, 2018, 18, 2749, DOI: 10.1039/C8LC00650D