Hier führen wir ein Halbleitersequenzierungsverfahren für Präimplantationsgentests für Aneuploidie (PGT-A) ein, mit den Vorteilen von kurzer Durchlaufzeit, niedrigen Kosten und hohem Durchsatz.
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Hier führen wir ein Halbleitersequenzierungsverfahren für Präimplantationsgentests für Aneuploidie (PGT-A) ein, mit den Vorteilen von kurzer Durchlaufzeit, niedrigen Kosten und hohem Durchsatz.
Chromosomale Aneuploidie, eine der Hauptursachen für embryonalen Entwicklungsstillstand, Implantationsversagen oder Schwangerschaftsverlust, ist in menschlichen Embryonen gut dokumentiert. Präimplantationsgenetische Tests auf Aneuploidie (PGT-A) ist ein genetischer Test, der die Fortpflanzungsergebnisse signifikant verbessert, indem chromosomale Anomalien von Embryonen erkannt werden. Die Sequenzierung der nächsten Generation (NGS) bietet einen hochdurchsatz- und kostengünstigen Ansatz für die genetische Analyse und hat die klinische Anwendbarkeit in PGT-A gezeigt. Hier präsentieren wir eine schnelle und kostengünstige, auf Halbleitersequenzierung basierende NGS-Methode zum Screening von Aneuploidie n. K. an Embryonen. Der erste Schritt des Workflows ist die gesamte Genomverstärkung (WGA) der biopsied embryonalen Probe, gefolgt von der Erstellung einer Sequenzierungsbibliothek und der anschließenden Sequenzierung des Halbleitersequenzierungssystems. Im Allgemeinen können für eine PGT-A-Anwendung 24 Samples auf jedem Chip geladen und sequenziert werden, der 60 bis 80 Millionen Lesevorgänge bei einer durchschnittlichen Lesedauer von 150 Basispaaren erzeugt. Die Methode bietet ein verfeinertes Protokoll für die Durchführung der Vorlagenverstärkung und -anreicherung der Sequenzierungsbibliothek, wodurch die PGT-A-Erkennung reproduzierbar, hochdurchlässig, kosteneffizient und zeitsparend ist. Die Laufzeit dieses Halbleiter-Sequenzers beträgt nur 2 bis 4 Stunden, wodurch die Durchlaufzeit vom Empfang von Proben bis zur Ausgabe von Berichten auf 5 Tage verkürzt wird. All diese Vorteile machen diesen Assay zu einer idealen Methode, um chromosomale Aneuploidien von Embryonen zu erkennen und so seine breite Anwendung in PGT-A zu erleichtern.
Die Wahl von qualitativ hochwertigen lebensfähigen Embryonen mit normalen Chromosomenkopiennummern (Euploid) für den Transfer in der assistierten Reproduktion trägt zur Verbesserung der Schwangerschaftsergebnisse bei. Traditionell wird das etablierte morphologische Sortiersystem aufgrund seiner einfachen Verfügbarkeit und nicht-invasiven Natur häufig für die Embryonenbewertung verwendet. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die morphologische Bewertung nur begrenzte Informationen über embryonale Qualität1 und Implantationspotenzial2liefern kann. Ein wesentlicher Grund ist seine Unfähigkeit, die Chromosomenzusammensetzung der Embryonen zu bewerten.
Chromosomale Aneuploidie (abnorme Kopieanzahl von Chromosomen) ist eine der Hauptursachen, die zu embryonalen Entwicklungsstillstand, Implantationsversagen oder Schwangerschaftsverlust führen. Das Auftreten von Aneuploidie ist in menschlichen Embryonen gut dokumentiert, was 60 % bis 70 % bei Spalt-Embryonen3,4 und 50 % 60 % in Blastozysten5ausmacht. Dies hat in gewissem Maße zu dem Engpass bei der Verbesserung der Schwangerschaftsrate der In-vitro-Fertilisation (IVF) beigetragen, die bei etwa 35% bis 40%6,7gehalten wurde. Daher wird angenommen, dass die Auswahl von euploiden Embryonen für die Übertragung vorteilhaft für die Verbesserung der Schwangerschaftsergebnisse ist. Zu diesem Zweck wurden die genetischen Präimplantationstests für aneuploidierend (PGT-A) weiterentwickelt, um die Lebensfähigkeit von Embryonen mit genetischen Ansätzen zu untersuchen. Es gibt eine steigende Anzahl von randomisierten kontrollierten Studien und Kohortenstudien, die die entscheidende Rolle von PGT-A unterstützen. Es wurde nachgewiesen, dass die Anwendung von PGT-A die Fehlgeburtsrate senkt und die klinische Schwangerschaftsrate und Implantationsrate8, laufende Schwangerschaftsrate und Lebendgeburtsrate9erhöht.
Historisch gesehen wurden verschiedene Methoden in PGT-A angewendet, wie Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH), vergleichende genomische Hybridisierung (CGH), Array-CGH und Single Nukleotide Polymorphism (SNP)-Mikroarray. Frühere Studien haben gezeigt, dass PGT-A für Embryos im Spaltstadium von FISH Ergebnisse liefert, die schlecht mit denen übereinstimmen, die durch umfassendes chromosomales Screening (CCS) entsprechender Blastozysten mit 59273Array-CGH oder SNP-Mikroarray5927310. Diese Diskrepanzen können auf chromosomalen Mosaikismus, technische FISCH-Artefakte oder embryonale Selbstkorrektur von Chromosomensegregationsfehlern während der Entwicklung11zurückgeführt werden. Es ist weithin anerkannt, dass die Verwendung von Blastozysten-Trophektomie (TE)-Biopsien für Array-basierte PGT-A wie Array-CGH oder SNP-Mikroarray wirksam ist, um das chromosomale Ungleichgewicht in Embryonen10,12zu identifizieren. Kürzlich bietet die single-cellnext-generation Sequencing (NGS) einen hochdurchsatz- und kostengünstigen Ansatz für die genetische Analyse und hat die klinische Anwendbarkeit in PGT-A13,14,15gezeigt, die es zu einem vielversprechende Alternative zu den derzeit verfügbaren Methoden.
Hier präsentieren wir eine schnelle, robuste und kostengünstige, auf Halbleitersequenzierung basierende NGS-Methode zum Screening von Aneuploidie nder menschlichen Embryonen. Der erste Schritt des Workflows ist die gesamte Genomverstärkung (WGA) der biopsied embryonalen Probe, mit einem einzelligen WGA-Kit, gefolgt von der Erstellung einer Sequenzierungsbibliothek und anschließender Sequenzierung des Halbleitersequenzierungssystems.
Durch die Detektion der H+ Ionen, die bei jeder Desoxyribonukleosidtriphosphat-Inkorporation während der DNA-Strangsynthese freigesetzt werden, überträgt das System die von den Halbleiterelementen erfassten chemischen Signale (pH-Änderung), um digitale Daten zu leiten. , die weiter in DNA-Sequenzinformationen interpretiert werden. Diese einfache Sequenzierungschemie entfällt die Anforderung an teure optische Detektion und komplexe Sequenzierungsreaktionen und reduziert die Gesamtkosten der Reagenzien insgesamt und verkürzt die Sequenzierungslaufzeit auf 2 bis 4 Stunden16. Noch wichtiger ist, dass die Halbleitersequenzierungsplattform auf der Grundlage der Leistungsspezifikationen des Herstellers bis zu 15 GB Sequenzierungsdaten (abhängig von der Qualität der Bibliothek) pro Durchlauf generieren kann, was deutlich höher ist als bei einigen anderen Sequenzern. nur etwa 3 x 4 GB Daten (mit 2 x 75 bp Leselänge)17. In klinischen Anwendungen von PGT-A kann diese Plattform 24 Proben pro Chip erreichen, der bis zu 80 Millionen Lesevorgänge17 und mindestens eine Million einzigartige Lesevorgänge jeder Probe generiert. Die Lesetiefe kann sicherstellen, dass jede Probe mindestens 0,05x gesamte Genomabdeckung hat. Die oben genannten Vorteile dieser Plattform machen sie zu einem idealen Screening-Verfahren und erleichtern so ihre breiten Anwendungen in PGT-A18.
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Die ethische Zulassung wurde von der Joint Chinese University of Hong Kong–New Territories East Cluster Clinical Research Ethics Committee erteilt (Referenznummer: 2010.432). Die Forschungslizenz wurde vom Council on Human Reproductive Technology of Hong Kong (Nummer R3004) genehmigt.
1. Gesamte Genomverstärkung
2. Qualitätskontrolle der WGA-Produkte
3. Fragmentierung von WGA-Produkten
4. Bibliotheksbau
5. Qualitätskontrolle und Verdünnung der DNA-Bibliothek

6. Sequenzierung
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Basierend auf diesem modifizierten Protokoll wurde die Halbleitersequenzierungsplattform zum ersten Mal für PGT-A eingesetzt. Wir testeten Biopsien aus Spalt-Blastomeren und Blastozysten-Embryon. Es wird vermutet, dass die biopsied Zellen WGA so schnell wie möglich unterzogen werden, um einen Abbau der DNA zu verhindern. Eine frühere Studie verglich die Leistung verschiedener WGA-Methoden und zeigte, dass die hier beschriebene Methode bei der Behältergröße von 100 KB20
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Im Unterscheidet von anderen Sequenzierungschemikalien verwendet der hier beschriebene Sequenzer Halbleiter für die Detektion von Nukleotiden. Der Chip selbst ist ein elektronisches Gerät, das Wasserstoffionen durch polymerase-gesteuerte Basisinkorporation17erkennt, was eine 2-4 h-Sequenzierungszeit des Proton-Programms ermöglicht. Außerdem ist der Chip ein Microwell-Chip, der die Lokalisierung eines Zielmoleküls ermöglicht, das sich von der Durchflusszellsequenzierungschemie durch andere Sequenze...
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Die Autoren haben nichts zu verraten.
Diese Studie wurde vom General Research Fund (Ref. 14162417) aus Hongkong, der National Natural Science Foundation of China (Ref. 81860272), dem Major Research Plan der Provincial Science and Technology Foundation of Guangxi (Ref. AB16380219) und den China Postdoctoral Science Foundation Grant (Ref. 2018M630993) aus China.
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| PCR-Röhrchen, 0,2 mL | Axygen | PCR-02D-C | |
| UltraPure 0,5 M EDTA, pH 8,0 | ThermoFisher | 15575020 | |
| PBS, pH 7,4, Ca2+ und Mg2+ frei | ThermoFisher | 10010023 | |
| 1,0 M NaOH (1,0N) Lösung | SIGMA-ALDRICH | S2567 | Für Melt-off-Lösung. |
| Eppendorf LoBind Röhrchen in molekularer Qualität, 1,5 mL | Fisher Scientific | 13-698-791 | |
| Ion Plus Fragment Library Kit | ThermoFisher | 4471252 | |
| ELGA PURELAB Flex 3 Wasseraufbereitungssystem oder gleichwertiges 18 M&Omega Wassersystem | ThermoFisher | 4474524 | |
| Ion Plus Fragment Library Kit | ThermoFisher | 4471252 | |
| PicoPLEX WGA Amplifikationspuffer | Rubicon Genomics | R30050 | Dies kann ersetzt werden durch SurePlex DNA-Amplifikationssystem, Katalognummer: PR-40-415101-03. |
| PicoPLEX WGA Amplifikationsenzym | Rubicon Genomics | R30050 | Dies kann durch das SurePlex DNA-Amplifikationssystem ersetzt werden, Katalognummer: PR-40-415101-03. |
| Ion OneTouch Verstärkungsplatte | Im Bausatz: Ion OneTouch 2 Netzteile (Teile-Nr. A26367). Erweiterte Kit-Komponente in Blatt 5 | ||
| Ion PI Annealing Buffer | |||
| MyOne Beads Capture Solution | |||
| Agilent 2100 Bioanalysator | Agilent | G2939AA | |
| Ion OneTouch Breaking Solution (schwarze Kappe) | Im Kit: Ion PI Hi? Q OT2 Solutions 200 (Teile-Nr. A26429). Erweiterte Kit-Komponente in Blatt 5 | ||
| Dynabeads MyOne Streptavidin C1 | ThermoFisher | 65001 | |
| PicoPLEX WGA Zellextraktionspuffer | Rubicon Genomics | R30050 | Dies kann durch das SurePlex DNA-Amplifikationssystem ersetzt werden, Katalognummer: PR-40-415101-00. |
| PicoPLEX WGA Zellextraktionsenzym | Rubicon Genomics | R30050 | Dies kann durch das SurePlex DNA-Amplifikationssystem ersetzt werden, Katalognummer: PR-40-415101-03. |
| Ion PI Chip Kit v3 | ThermoFisher | A26771 | |
| Ion Chip Minifuge, 230 V | ThermoFisher | 4479673 | |
| Ion PI dATP | ThermoFisher | A26772 | |
| Ion PI dCTP | ThermoFisher | A26772 | |
| Ion PI dGTP | ThermoFisher | A26772 | |
| Ion Plus Fragment Library Kit | ThermoFisher | 4471252 | |
| Ion Plus Fragment Library Kit | ThermoFisher | 4471252 | |
| ThermoQ– Temperatur Trockenbad | TAMAR | HB-T2-A | |
| NEBNext dsDNA-Fragmentase | New England Biolabs | M0348L | |
| NEBNext dsDNA-Fragmentase | New England Biolabs | M0348L | |
| Ion PI dTTP | ThermoFisher | A26772 | |
| Ion OneTouch 2 Instrument | ThermoFisher | INS1005527 | ThermoFisher Katalognummer: 4474778. |
| Ion Plus Fragment Library Kit | ThermoFisher | 4471252 | |
| Ion One Touch ES | ThermoFisher | 8441-22 | ThermoFisher Katalognummer: 4469495. Erweiterte Kit-Komponente aus Blatt 5 |
| Ethanol | SIGMA-ALDRICH | 51976 | Dies kann durch absolutes Ethanol in molekularer Qualität jeder Marke ersetzt werden. |
| PicoPLEX WGA Extraktions-Enzymverdünnungspuffer | Rubicon Genomics | R30050 | Dieser kann durch das SurePlex DNA-Amplifikationssystem ersetzt werden, Katalognummer: PR-40-415101-01. |
| PicoPLEX WGA Extraktions-Enzymverdünnungspuffer | Rubicon Genomics | R30050 | Dieser kann durch das SurePlex DNA-Amplifikationssystem ersetzt werden, Katalognummer: PR-40-415101-02. |
| Qubit 3.0 Fluorometer | ThermoFisher | Q33216 | Dieses Modell wurde durch Qubit 4 Fluorometer ersetzt, Katalognummer: Q33226. |
| Qubit ds DNA HS Assay Kit | ThermoFisher | M2002-02 | |
| Qubit Assay Tubes | ThermoFisher | Q32856 | |
| Ion PI Foaming Solution | ThermoFisher | A26772 | |
| Index für das Barcode von Bibliotheken | BaseCare | Dies ist ein intern erstellter Index. Benutzer können kommerzielle Produkte von ThermoFisher Ion Xpress Barcode Adapter Kits (Kat. Nr. 4474517) | |
| Ion PI Ladepuffer | ThermoFisher | A26772 | |
| Solid(TM) Puffer Kit-1X Low TE Puffer | ThermoFisher | 4389764 | |
| Agencour AMPure XP Kit | Beckman Coulter | A63880 | |
| DynaMag-2 Magnet (magnetisches Rack) | ThermoFisher | 12321D | |
| Ion PI Master Mix PCR Puffer | |||
| Sorvall Legend Micro 17 Mikrozentrifuge | Micro 17 | 75002430 | |
| Ion Plus Fragment Library Kit | ThermoFisher | 4471252 | |
| Nukleasefreies Wasser | ThermoFisher | AM9922 | Dies kann durch eine andere Marke ersetzt werden. |
| PicoPLEX WGA Nukleasefreies Wasser | Rubicon Genomics | R30050 | Dies kann durch das SurePlex DNA-Amplifikationssystem ersetzt werden, Katalognummer: PR-40-415101-03. |
| Ion OneTouch Ölflasche | Ion PI Hallo? Q OT2 Solutions 200 (Teile-Nr. A26429). Erweiterte Kit-Komponente in Blatt 5 | ||
| Ion Plus Fragment Library Kit | ThermoFisher | 4471252 | Erweiterte Kit-Komponente in Blatt 3 |
| Doppelstrang-DNA-Standard | Hierbei handelt es sich um einen intern vorbereiteten DNA-Standard für die Kalibrierung von Qubit vor der Quantifizierung der Bibliothek. | ||
| PicoPLEX WGA Voramplifikationspuffer | Rubicon Genomics | R30050 | Dieser kann durch das SurePlex DNA-Amplifikationssystem ersetzt werden, Katalognummer: PR-40-415101-03. |
| PicoPLEX WGA Präamplifikationsenzym | Rubicon Genomics | R30050 | Dies kann durch das SurePlex DNA-Amplifikationssystem ersetzt werden, Katalognummer: PR-40-415101-03. |
| Library Amplification Primer Mix | ThermoFisher | 4471252 | Erweiterte Kit-Komponente in Blatt 3 |
| Ion OneTouch Reaktionsfilter | Erweiterte Kit-Komponente in Blatt 5 | ||
| Recovery Router | Erweiterte Kit-Komponente in Blatt 5 | ||
| Recovery Tubes | Erweiterte Kit-Komponente in Blatt 5 | ||
| ISP Resuspension Solution | |||
| Ionenproton | ThermoFisher | DA8600 | Dieses Modell wird von Da An Gene Co., LTD. der Sun Yat-Sen University von ThermoFisher importiert und wurde von der China Food and Drug Administration für die klinische Anwendung zertifiziert. Die Katalognummer in ThermoFisher lautet 4476610. |
| Ion PI Hallo? Q Sequenzierung Polymerase | ThermoFisher | A26772 | |
| Ion PI Sequenzierung Primer | |||
| Server für Sequenzer | Lenovo | T260 | |
| Ion PI Sphere Particles | |||
| Platinum PCR SuperMix High Fidelity | ThermoFisher | 4471252 | |
| Nalgene 25mm Spritzenvorsatzfilter | ThermoFisher | 724-2045 | Porengröße: 0,45 μm. Speziell für wässrige Flüssigkeiten. |
| Ion PI Hallo? Q W2 Lösung | ThermoFisher | A26772 | |
| Ion PI 1X W3 Lösung | ThermoFisher | A26772 | |
| Ion OneTouch Waschlösung C1 | |||
| Das Ion PGM Hallo? Sequenzierungskit | ThermoFisher | A30044 | Erweiterte Kit-Komponente in Blatt 2 |
| Ion Plus Fragment Library Kit | ThermoFisher | 4471252 | Erweiterte Kit-Komponente in Blatt 3 |
| Ion PI Hi-Q Sequencing 200 Kit (1 Sequenzierungslauf pro Initialisierung) | ThermoFisher | A26772 | Erweiterte Kit-Komponente in Blatt 4 |
| Ion PI Hi? Q OT2 200 Kit | ThermoFisher | A26434 | Erweitertes Kit Komponente in Blatt 5 |
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