筛查系统和方法技术方案

描述了产前筛查系统，其包括湿性实验室装置和数据处理装置，所述数据处理装置可操作地与所述湿性实验室装置交换指令和数据。所述数据处理装置包括数据库装置，在所述数据库装置中存储有在所述数据处理装置上可执行的一种或多种算法可访问的遗传信息，其中所述湿性实验室装置可操作地从妊娠母亲收集一个或多个母体血液样品。此外，所述湿性实验室装置可操作地分离存在于来源于一个或多个母体血液样品的血浆的无细胞DNA(cfDNA)中的游离胎儿DNA(ffDNA)片段，其中所述分离采用基于无细胞胎儿DNA(cffDNA)片段特异性终点坐标的引诱物，并且所述数据处理装置可操作地分析所分离的游离胎儿DNA(ffDNA)并与存储在所述数据处理装置中的一种或多种DNA模板进行比较以确定一个或多个母体血液样品中存在的胎儿DNA的一种或多种生物学特征的出现。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】筛查系统和方法
本公开涉及筛查系统和方法；具体地，本公开涉及(用于)产前筛查的非侵入性产前筛查系统和方法，例如涉及处理母体血液以确定胎儿的(fetal/foetal)特征的产前筛查系统和方法，以及涉及采用靶向测定方法(例如采用知识库)的产前筛查系统和方法，例如涉及处理母体血液以确定胎儿的(fetal/foetal)特征的产前筛查系统。此外，本公开涉及(用于)使用前述筛查系统的方法，例如涉及(用于)使用前述筛查系统处理母体血液以确定胎儿的(fetal/foetal)特征的方法。此外，本公开涉指令由包括处理硬件的计算机化设备可执行的计算机程序产品，其包括非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质在其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令是包括处理硬件的计算机化设备可执行的以执行上述方法。背景受精卵的形成和相关的随后胎儿的(fetal)(可替代的拼写：胎儿的(foetal))发育是复杂的生物学过程，其并不总是在没有缺陷出现的情况下发生。在胎儿生长期间，例如尽可能早地可靠地检测这种缺陷是非常有社会益处的。常规地，产前(antenatal/prenatal)筛查被提供给孕妇以确定或治疗在妊娠期间可能发生的潜在健康问题。这种问题可能影响给定母亲和/或给定母亲的胎儿(fetus)(可替代的拼写：胎儿(foetus))，并且可能由诸如生活方式、环境或遗传学或它们的组合的因素来确定。然而，特别重要的是遗传起源的胎儿异常。这些异常可能是由一位亲代或两位亲代(即父亲和/或母亲起源的)遗传的突变引起的，或者可能以随机方式自发出现(即“从头”出现，即新的自发突变)。这种突变的性质范围很广，例如从单个核苷酸的变化到另外的完整染色体(非整倍性)、短串联重复和线粒体DNA突变的存在。核苷酸是由含氮杂环核碱基(即嘌呤或嘧啶)、戊糖(DNA中的脱氧核糖或RNA中的核糖)以及磷酸或多磷酸基团组成的有机分子，其中核苷酸在DNA双螺旋中形成“梯级(rungs)”。特别的临床意义的实例是称为非整倍性的染色体病症，其当存在异常数量的染色体(例如唐氏综合征)时发生；非整倍性是在细胞中存在异常数量的染色体，例如具有45条或47条染色体而不是通常的46条染色体的人细胞。许多染色体病症与生命不相容或导致给定新生儿童的多种先天性异常。用于检测胎儿异常的常规已知的产前筛查系统和方法使用通过侵入性技术(如羊膜穿刺术和绒毛膜绒毛取样)获得的胎儿样品。这些侵入性技术需要仔细的操作，并且对母亲和母亲的妊娠存在一定程度的风险。用于妊娠期间胎儿染色体异常风险的产前筛查是通过公共和私人医疗保健提供者可获得。该产前筛查通常在约给定妊娠的前三个月(通常在给定妊娠的8至14周)进行，并且通常涉及对给定母亲进行母体血液检验。该产前筛查可以由组合检验或四联血液检验组成。被称为非侵入性产前检验的可替代检验越来越多地可作为组合检验的第一线替代检验或作为偶然性检验来获得。如果妊娠被分类为‘高风险’，则向母亲提供侵入性诊断程序(例如绒毛膜绒毛取样、羊膜穿刺术、脐带穿刺术)以确认或排除：(a)唐氏综合征(21三体染色体-T21)；(b)爱得华斯综合征(18三体染色体-T18)；和(c)Patau综合征(13三体染色体-T13)。侵入性检验(如绒毛膜绒毛取样和羊膜穿刺术)涉及从绒毛膜绒毛(胎盘组织)和含有胎儿组织的羊膜囊取样，用于染色体异常的产前诊断。胎盘组织可能会遭受局限性胎盘嵌合现象，这意味着从绒毛膜绒毛取样的结果可能很难准确评估。还向在妊娠18至21周的孕妇提供第二次超声扫描以检查结构性胎儿异常(如心脏畸形、脑畸形和骨骼异常)。该第二次扫描可被用于指导产前治疗，以鉴定在分娩后需要早期干预或能够进行后续诊断检验和妊娠管理的异常。侵入性检验(如绒毛膜绒毛取样、羊膜穿刺术和脐带穿刺术)带来1％的流产机会，因此仅当出现异常的风险增加时才执行。近年来，已经开发了非侵入性技术(没有流产的相关风险)用于诊断依赖于母亲血液中循环的无细胞胎儿DNA的存在的胎儿染色体异常。这种无细胞胎儿DNA(cffDNA)检验现在已经进入了非整倍性(T21、T18、T13)的非侵入性产前检验(NIPT)的常规临床实践。随着用于鉴定亚染色体重排(如22q11.2/迪格奥尔格综合征和其它微缺失综合征)方法的发展，可通过NIPT检验异常的数量正在增加。然而，这些异常的假阳性比率(即存在缺陷的假阳性评估风险)被认为太高而不能在筛查的基础上提供，并且建议仅在如果有伴随的临床指征(如先天性心脏缺陷)的情况下才提供。NIPT被分类为‘检验’而不是‘诊断’，因为测量的cffDNA来源于胎盘而不是胎儿，这意味着由于局限性胎盘嵌合体而可能发生假阳性；‘局限性胎盘嵌合体’(CPM)代表给定胎盘中细胞的染色体组成与相应胎儿的细胞之间的差异。为此，建议通过侵入性羊膜穿刺术证实阳性NIPT结果。非侵入性产前诊断(NIPD)通常被分类为诊断测定，其中不需要随后的侵入性测定来确认来自NIPD的结果。NIPD的使用比上述非侵入性产前检验(NIPT)更受限制，并且通常被用于处于单基因病症(即，遗传和‘从头’突变)风险中的胎儿，或者疑似患有胎儿超声上的遗传病症的胎儿。从相应母体血液样品中存在的循环cffDNA准确地重建给定胎儿的遗传信息在技术上是非常有挑战性的任务。该任务至少部分是有挑战性的，因为cffDNA仅作为样品中的小片段存在，并且仅代表母体血液样品中存在的总cfDNA的一小部分。已知在母体血液中无细胞胎儿DNA(cffDNA)以母体无细胞组分的大约10％的浓度循环。这种无细胞胎儿DNA(cffDNA)潜在地由胎儿细胞凋亡、胎盘细胞凋亡和类似的细胞代谢过程产生。与低浓度的总无细胞DNA相结合，由于需要下一代测序文库制备方法来测量少量胎儿DNA，因此使用下一代测序文库制备方法来分析这种无细胞胎儿DNA(cffDNA)是具有挑战性的。此外，使用下一代测序文库制备方法具有挑战性，原因有两个：(1)难以在胎儿DNA中鉴定真正的‘从头’变体(即，可能出现区分DNA变体的问题)；和(2)难以确定与母亲共有的胎儿等位基因的过表达(其中，等位基因是给定基因的变体形式)。这种困难在测量中引起随机噪声，其很容易成为在产前筛查中计算风险得分时有助于增加假阳性或假阴性风险的因素。关于上述挑战，首先由于聚合酶链式反应(PCR)和测序中的桥接扩增引入的错误，‘从头’变体频率可以更低或与胎儿级分处于相同水平。这种错误可导致上述风险得分中的假阳性和假阴性结果。其次，胎儿级分越低，确定是否存在突变/等位基因的过表达、欠表达或等同表达所需的测序深度越大，以建立胎儿在该点的接合性。可以增加所执行的测序的量，但是这在寻求传送产前筛查服务时具有成本和时间影响。在已知的检验系统中，在存在过量母体DNA的情况下仅存在相对少量的胎儿DNA的问题已经通过采用几种方法来解决：(i)通过在血液收集管中使用甲醛(Dhallan等人，2004)，其中甲醛的使用减少了细胞裂解(即，给定细胞的膜的分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.产前筛查系统，其包括湿性实验室装置和数据处理装置，所述数据处理装置与所述湿性实验室装置在操作中交换指令和数据，其中所述数据处理装置包括数据库装置，在所述数据库装置中存储有在所述数据处理装置上可执行的一种或多种算法可访问的遗传信息，其中所述湿性实验室装置在操作中被用于从妊娠母亲收集一个或多个母体血液样品，其特征在于：/n(i)所述湿性实验室装置在操作中富集来源于所述一个或多个母体血液样品的血浆的无细胞DNA(cfDNA)中存在的游离胎儿DNA(ffDNA)片段，其中富集利用基于无细胞胎儿DNA(cffDNA)片段特异性终点坐标的引诱物；和/n(ii)所述数据处理装置在操作中分析所分离的游离胎儿DNA(ffDNA)，并与存储于所述数据处理装置中的一种或多种DNA模板进行比较，以确定存在于所述一个或多个母体血液样品中的胎儿DNA的一种或多种生物学特征的出现。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170718 GB 1711523.9;20170718 GB 1711528.8;2017071.产前筛查系统，其包括湿性实验室装置和数据处理装置，所述数据处理装置与所述湿性实验室装置在操作中交换指令和数据，其中所述数据处理装置包括数据库装置，在所述数据库装置中存储有在所述数据处理装置上可执行的一种或多种算法可访问的遗传信息，其中所述湿性实验室装置在操作中被用于从妊娠母亲收集一个或多个母体血液样品，其特征在于：
(i)所述湿性实验室装置在操作中富集来源于所述一个或多个母体血液样品的血浆的无细胞DNA(cfDNA)中存在的游离胎儿DNA(ffDNA)片段，其中富集利用基于无细胞胎儿DNA(cffDNA)片段特异性终点坐标的引诱物；和
(ii)所述数据处理装置在操作中分析所分离的游离胎儿DNA(ffDNA)，并与存储于所述数据处理装置中的一种或多种DNA模板进行比较，以确定存在于所述一个或多个母体血液样品中的胎儿DNA的一种或多种生物学特征的出现。


2.根据权利要求1所述的产前筛查系统，其特征在于，所述湿性实验室装置在操作中富集所述游离胎儿DNA片段，以提供用于分析的多个拷贝的所述游离胎儿DNA片段。


3.根据权利要求2所述的产前筛查系统，其特征在于，所述湿性实验室装置通过使用核小体谱来确定最可能的起始位置和胎儿特异性的终止位置，从而在操作中富集所述游离的胎儿DNA片段。


4.根据权利要求1、2或3所述的产前筛查系统，其特征在于，所述引诱物被设计或选择为富集存在于血浆中的胎儿DNA。


5.根据权利要求4所述的产前筛查系统，其特征在于，所述引诱物被设计或选择与基因的靶向组合，其中所述基因与单基因临床病症相关。


6.根据权利要求1、2、3或4所述的产前筛查系统，其特征在于，所述湿性实验室装置在操作中分离和分析在核小体内开始的所述血浆中的cfDNA片段，其中所述cfDNA片段对应于所述一个或多个母体血液样品的血浆的胎儿级分，其中在核小体内开始的所述cfDNA片段在核酸碱基计数上比存在于所述一个或多个母体血液样品中cfDNA片段的核酸碱基计数上的平均长度相对更短。


7.根据前述权利要求中任一项所述的产前筛查系统，其特征在于，所述湿性实验室装置在操作中执行胎儿遗传异常的产前筛查的组合检验，其中所述组合检验包括：
(i)至少一种母体血液检验；和/或
(ii)胎儿的超声扫描。


8.根据前述权利要求中任一项所述的产前筛查系统，其特征在于，所述数据处理装置在操作中将从所述一个或多个母体血液样品中提取的遗传信息存储在二级数据库中。


9.使用产前筛查系统的方法，所述产前筛查系统包括湿性实验室装置和数据处理装置，所述数据处理装置与所述湿性实验室装置在操作中交换指令和数据，其中所述数据处理装置包括数据库装置，在所述数据库装置中存储有在所述数据处理装置上可执行的一种或多种算法可访问的遗传信息，其特征在于，所述方法包括：
(i)使用所述湿性验室装置从妊娠母亲收集一个或多个母体血液样品；
(ii)使用所述湿性实验室装置来富集来源于所述一个或多个母体血液样品的血浆的无细胞DNA(cfDNA)中存在的游离胎儿DNA(ffDNA)片段，其中分离利用基于无细胞胎儿DNA(cffDNA)片段特异性终点坐标的引诱物；和
(iii)使用所述数据处理装置来分析所分离的游离胎儿DNA(ffDNA)，并与存储在所述数据处理装置中的一种或多种DNA模板进行比较，以确定存在于所述一个或多个母体血液样品中的胎儿DNA的一种或多种生物学特征的出现。


10.根据权利要求9所述的使用产前筛查系统的方法，其特征在于，所述方法包括使用所述湿性实验室装置来富集所述游离胎儿DNA片段以提供用于分析的多个拷贝的所述游离胎儿DNA片段。


11.根据权利要求10所述的使用产前筛查系统的方法，其特征在于，所述方法包括通过使用核小体谱富集所述游离的胎儿DNA片段以确定最可能的起始位置和胎儿特异性的终止位置。


12.根据权利要求9、10或11所述的使用产前筛查系统的方法，其特征在于，所述方法包括设计所述引诱物以富集存在于所述cfDNA中的胎儿DNA。


13.根据权利要求12所述的使用产前筛查系统的方法，其特征在于，所述引诱物被设计或选择与基因的靶向组合，其中所述基因与单基因临床病症相关。


14.根据权利要求9至13中任一项所述的使用产前筛查系统的方法，其特征在于，所述方法包括使用所述湿性实验室装置来分离和分析在核小体内开始的血浆中的cfDNA片段，其中所述cfDNA片段对应于所述一个或多个母体血液样品的血浆的胎儿级分，其中在核小体内开始的所述cfDNA片段在核酸碱基计数上比存在于所述一个或多个母体血液样品中的cfDNA片段的核酸碱基计数上的平均长度相对更短。


15.根据权利要求9至14中任一项所述的使用产前筛查系统的方法，其特征在于，所述方法包括使用所述湿性实验室装置来执行胎儿染色体异常产前筛查的组合检验，其中所述组合检验包括：
(i)至少一种母体血液检验；和/或
(ii)胎儿的超声扫描。


16.根据权利要求9至15中任一项所述的使用产前筛查系统的方法，其特征在于，所述方法包括使用所述湿性实验室装置来测量人绒毛膜促性腺激素(hCG)和妊娠相关血浆蛋白(PAPP-A)的水平。


17.根据权利要求9至16中任一项所述的使用产前筛查系统的方法，其特征在于，所述方法包括使用所述数据处理装置将从母体血液样品中提取的遗传信息存储在二级数据库中。


18.筛查系统，其：
(i)在操作中在湿性实验室装置中处理生物样品以确定其中存在无细胞DNA(cfDNA)片段以对所述DNA片段测序；和
(ii)在操作中使用数据处理装置将代表经测序DNA片段的信息与存储在基因组数据库装置中的信息进行比较，以提供关于所述生物样品的评估得分，
其特征在于，所述筛查系统在操作中使用提供给所述筛查系统的二级信息对与代表经测序DNA片段的信息相关的一个或多个随机等级应用修改，以减少所述评估得分中存在的随机和/或系统不确定性。


19.根据权利要求18所述的筛查系统，其特征在于，所述筛查系统在操作中区分母体来源的无细胞DNA片段与胎盘和/或胎儿来源的无细胞DNA片段。


20.根据权利要求18或19所述的筛查系统，其特征在于，当计算所述数据处理装置中的所述修改时，所述筛查系统在操作中采用以下得分中的至少一个：
(a)基因组定位得分，其中所述基因组定位得分包括区域内突变的可能性；
(b)序列错误得分，其中所述序列错误得分包括给定核酸碱基是模板扩增期间PCR失真和/或测序过程中错误调用的结果的可能性；
(c)患者修正得分，其中所述患者修正得分包括来自外部来源的细节；和
(d)嵌合体检测得分，其中所述嵌合体检测得分包括在母体基因型不平衡的区域中存在变体的可能性。


21.根据权利要求20所述的筛查系统，其特征在于，所述区域内突变的可能性是根据所述区域易于发生的变化的频率和/或在所述区域中调用假性变体的频率来计算的。


22.根据权利要求20所述的筛查系统，其特征在于，使用母体基因序列计算所述序列错误得分。


23.根据权利要求20所述的筛查系统，其特征在于，用于外部来源的信息至少包括从异常扫描接收的信息。


24.根据权利要求20至23中任一项所述的筛查系统，其特征在于，所述筛查系统在操作中将基因组定位得分转化为特定基因座的权重。


25.根据权利要求20至24中任一项所述的筛查系统，其特征在于，所述筛查系统在操作中应用所述序列错误得分作为权重并修改碱基调用中的置信度。


26.根据权利要求20所述的筛查系统，其特征在于，所述筛查系统在操作中将来自外部来源的细节转换为权重。


27.根据权利要求20至25中任一项所述的筛查系统，其特征在于，所述筛查系统在操作中组合所述基因组定位得分、所述序列错误得分、所述患者修正得分和/或嵌合体检测得分以修改调用的置信度。


28.根据权利要求20至27中任一项所述的筛查系统，其特征在于，以非侵入性方式从孕妇中提取其中含有cfDNA片段的所述生物样品。


29.使用筛查系统的方法，所述筛查系统：
(i)在操作中在湿性实验室装置中处理生物样品以确定其中存在无细胞DNA(cfDNA)片段以对所述DNA片段测序；和
(ii)在操作中使用数据处理装置将代表经测序DNA片段的信息与存储在基因组数据库装置中的信息进行比较，以提供关于所述生物样品的评估得分，
其特征在于，所述方法包括操作所述筛查系统，以使用提供给所述筛查系统的二级信息对与代表经测序DNA片段的信息相关联的一个或多个随机等级进行修改，以减少所述评估得分中存在的随机和/或系统不确定性。


30.根据权利要求29所述的使用筛查系统的方法，其特征在于，所述方法包括区分母体来源的无细胞DNA片段与胎盘和/或胎儿来源的无细胞DNA片段。


31.根据权利要求29或30所述的使用筛查系统的方法，其特征在于，所述方法包括在计算所述数据处理装置中的所述修改时采用以下得分中的至少一个：
(a)基因组定位得分，其中所述基因组定位得分包括区域内突变的可能性；
(b)序列错误得分，其中所述序列错误得分包括给定核酸碱基是模板扩增期间PCR失真和/或测序过程中错误调用的结果的可能性；
(c)患者修正得分，其中所述患者修正得分包括来自外部来源的细节；和
(d)嵌合体检测得分，其中所述嵌合体检测得分包括在母体基因型不平衡的区域中存在变体的可能性。


32.根据权利要求31所述的使用筛查系统的方法，其特征在于，所述方法包括基于所述区域发生变化的频率和/或在所述区域内调用假性变体的频率来计算所述区域内的突变的可能性。


33.根据权利要求31所述的使用筛查系统的方法，其特征在于，所述方法包括使用母体基因序列计算所述序列错误得分。

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉斯·伦奇，马特·赫里斯，约翰·麦戈尼格尔，艾伦·马丁，苏珊娜·德鲁里，
申请(专利权)人：康捷尼科有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB