Кровь матери раскрывает секреты плода

Обеспокоенный опасной процедурой амниоцентеза, которая потенциально может привести к выкидышу, профессор из Гонконга разработал анализ крови для диагностики пренатальных генетических синдромов с использованием ДНК плода в плазме матери.

Описание внеклеточной фетальной ДНК в материнской плазме. Фото: CNN

Осенним вечером 1996 года, чуть за полночь, профессор Юк Мин Деннис Ло совершил прорыв, который обещал изменить современную медицину. Сокровищницей Ло стала свободно плавающая в крови молекула ДНК, которая могла бы помочь в проведении пренатальных тестов на генетические синдромы, создании полных геномов и даже в скрининге рака на ранней стадии.

Все это можно узнать с помощью одного простого анализа крови.

Тайна в крови

ДНК плода свободно перемещается в плазме матери.Первое открытие профессора Ло. Эта ДНК — окно в здоровье плода сейчас и в будущем. Однако тогда это важное открытие не вызвало восторга у медицинского сообщества.

«Они думали, что он используется только для выбора пола», — вспоминает профессор Ло, ныне директор Института медицинских наук Ли Ка Шина в Гонконге.

Предубеждение, что это лишь узкое применение и сталкивающееся с этическими проблемами, привело к тому, что научное сообщество пропустило один из крупнейших прорывов XXI века. Однако эта трудность не помешала Ло продолжать свою страстную работу.

Начало вечных амбиций

Ло начал поиски ДНК плода в крови матери в Оксфордском университете в Англии, где у него была возможность встретиться с ведущим ученым, профессором Джоном Беллом.

«Я слышал лекцию профессора о полимеразной цепной реакции (ПЦР) – методе амплификации фрагмента ДНК до тысяч, а то и миллионов копий. Он сказал, что эта технология изменит мир», – вспоминает 52-летний учёный.

Освоив ПЦР, Ло быстро нашла применение этому методу. Целью был безопасный и неинвазивный тест на синдром Дауна, который заменил бы традиционный амниоцентез — акушерскую процедуру, выявляющую такие аномалии, как синдром Дауна, путём исследования клеток плода в амниотической жидкости.

«Через живот матери в матку вводится большая игла», — сказала Ло, описав процедуру, которая, по данным Национальной службы здравоохранения Великобритании, может спровоцировать выкидыш с вероятностью 1%.

«Я задавался вопросом, зачем врачам проводить такую ​​опасную процедуру? Почему бы нам не взять образец крови у матери для анализа?» Он вспомнил трудности, которые побудили его найти новый метод диагностики.

Однако научные знания того времени отставали от амбиций Ло. В 1980-х годах, когда он был студентом, специалисты всё ещё считали, что кровь плода и матери полностью независима.

Поиски фетальной ДНК в крови матери Деннисом Ло длились восемь лет, но не дали результатов. Количество фетальных клеток, попавших в кровь матери, было слишком малым, поэтому исследования пришлось временно приостановить.

Ключи от молекул

Переломный момент наступил в 1997 году, когда профессор Ло вернулся в Гонконг. Тремя месяцами ранее он узнал, что у онкологических больных в плазме крови обнаружена опухолевая ДНК.

Ученые обнаружили, что умирающие раковые клетки могут выделять в кровь пациента генетический материал, известный как внеклеточная ДНК, полученная из мертвых опухолевых клеток (ctDNA).

«Я думаю, что ребёнок, растущий внутри матери, подобен раковой опухоли, растущей внутри тела, за исключением того, что я никогда не видела опухоль весом больше 3,5 кг. Если небольшая опухоль может высвободить достаточно ДНК, чтобы мы могли её наблюдать, то и плод может сделать то же самое», — пояснила Ло.

Ло был полон решимости найти способ извлечения ДНК из плазмы. Он неожиданно нашёл выход из, казалось бы, не связанной с этим категории.

«Когда я была в Великобритании, я готовила лапшу быстрого приготовления, кипятила бульон, а затем добавляла туда лапшу. И вдруг я подумала, что самый простой способ обработки плазмы — это её кипячение», — поделилась Ло.

Этот простой метод даёт неожиданные результаты. При нагревании белки плазмы, компоненты, способные разрушать ДНК, уничтожаются, в то время как ДНК, необходимая для исследований, остаётся нетронутой.

После этой процедуры Ло начала проверять плазму беременной женщины на наличие ДНК плода и была крайне удивлена, когда увидела первые результаты.

«Я не мог поверить своим глазам: ДНК плода, которую мы искали все это время, оказалась именно в той части, которую мы упускали из виду последние 8 лет».

Описание анализа крови для диагностики синдрома Дауна у плода в утробе матери. Фото: CNN

Из открытия тс приложением

Спустя годы после своего новаторского открытия ДНК профессор Ло до сих пор не имеет сторонников или сторонников.

«Это открытие стало бы огромной наградой, если бы его можно было использовать в диагностическом тесте на синдром Дауна», — вспоминает он высказывания экспертов.

Синдром Дауна — это генетическое заболевание, при котором у плода имеется лишняя копия 21-й хромосомы. Обычно синдром диагностируется путём исследования клеток плода и подсчёта числа хромосом. Ранее учёные не верили, что внеклеточная ДНК способна на это. Но профессор Ло доказал обратное.

После десяти лет исследований в 2007 году группа профессора Ло обнаружила, что из-за дополнительной 21-й хромосомы количество молекул, вырабатываемых этой хромосомой, увеличится в плазме матери, если беременная женщина вынашивает плод с синдромом Дауна.

«Люди думали, что мы сошли с ума, потому что этот метод подразумевал проведение множественных дубликатов полимеразной цепной реакции (ПЦР)», — сказал Ло.

По словам профессора, количество фетальной ДНК в плазме крови очень мало. Поэтому для получения достаточного количества данных для анализа необходима ПЦР-амплификация. Высокая стоимость метода в то время делала его непрактичным для массового применения. Однако в 2008 году удача улыбнулась профессору Ло с появлением технологии секвенирования ДНК нового поколения, позволяющей получать миллионы фрагментов ДНК за короткое время.

В 2011 году анализ крови на синдром Дауна получил широкое распространение и теперь используется более чем в 90 странах. Согласно последним статистическим данным, более двух миллионов беременных женщин воспользовались этим новым неинвазивным методом пренатальной диагностики.

Наряду с неоспоримыми преимуществами существует проблема злоупотребления результатами анализа ДНК плода для определения пола. Ло заявил, что он крайне обеспокоен этими этическими рисками и с момента лицензирования теста разработал строгие правила, запрещающие его использование для определения пола.

Безграничные возможности

По словам профессора Ло, секреты крови могут таить в себе безграничные возможности для будущего. Пренатальное секвенирование генома является необходимым условием для скрининга синдромов, которые могут развиться в более позднем возрасте, включая рак молочной железы, вызванный мутациями гена BRCA1, и может применяться для прогнозирования цвета волос или продолжительности жизни.

Профессор отметил, что высокая стоимость этих тестов пока не позволяет широко их использовать. Однако «мы, по сути, открыли неинвазивное окно в организм человека».

Поиск рака

Профессор Ло сосредоточен на исследовании анализа крови у взрослых для диагностики рака печени, носа и горла на ранней стадии, которую не могут обнаружить другие методы скрининга.

Метод, получивший название «жидкой биопсии», ищет цоДНК, выделяемую раковыми клетками в плазме крови, что позволяет определить тип и стадию рака у человека.

Тест уже был проведен среди 10 000 мужчин среднего возраста в Гонконге и потенциально может спасти сотни тысяч жизней по всему миру, если он будет широко внедрен.

Кроме того, Ло также использует «жидкую биопсию» для мониторинга реакций отторжения при трансплантации органов и состояния здоровья пациентов после дорожно-транспортных происшествий.

Следующая амбиция

Следующая цель профессора Ло — менее инвазивный ДНК-тест с использованием мочи матери.

«Через два часа после рождения ДНК плода исчезает из крови матери. Куда же девается эта ДНК? Мы предполагаем, что она попадает в мочу», — сказал профессор.

Он считает, что моча может открыть еще одно окно в будущее здоровье матери и ребенка.

«Поэтому я думаю, что это будет следующее «сокровище», к которому мы стремимся», — сказал он.

По данным VNE