跨平台、先進醫學檢測 SureSelect 開發 ( ctDNA、cfRNA、Torrent、MGI、PacBio、Nanopore )


隨著定序技術的迅速發展,每年都有不同的定序工具被導入精準醫學領域,打破許多以往被視為不可能的極限。不論是 ctDNA、cfRNA 的細微訊號偵測,或複雜如 large genomic structure 變異、real-gene / pseudogene 解析,又或是快速、經濟的臨床基因定序,再再突破檢測能力並應用於第一線。

Agilent SureSelect 平台具有完整、開放、穩定、廣為使用的特質,提供了完整通用的「基因檢測」開發環境,可自由的設計內容整合入不同的二代、三代定序系統中,並因其通用性大幅降低跨平台發展門檻,能於原本基礎上提升,減少許多開發的侷限與困難。各項尖端應用如:

1. ctDNA – 癌症治療追蹤與診斷應用
ctDNA 是來自癌細胞、游離於血液中的一種 DNA,不僅可透過抽血直接分析癌細胞基因協助診斷罹病與否,更是監控病情與追蹤治療最方便、有效的判斷方式,SureSelect UMI 技術提升對微量 ctDNA 的偵測靈敏度、準確度,在病人接受治療後持續分析是否仍存在特定基因變異之 ctDNA ( 圖一 ),用以了解抗癌療效,加速臨床診斷療程、評估預後。


【圖一】ctDNA 應用於癌症治療的後續追蹤

2. cfRNA – 骨髓瘤 cf-mRNA 定序應用
血液游離 mRNA 是近年作為非侵入性檢測基因表現的新應用,也是偵測血液型癌症、疾病的利器。直接分析 cf-mRNA 比對血球基因,來判斷血液細胞含量是否異常,cf-mRNA 取得較高解析度的血球比例分布,幫助找出骨髓造血失常之因 ( 圖二 a ),在施以骨髓移植治療 ( 圖二 b )、EPO 治療刺激血紅素生成 ( 圖二 c ) 後,可應用 cf-mRNA 樣本追蹤治療成效。


【圖二】cf-mRNA 應用於骨髓造血功能的偵測

3. Thermo – Ion Proton 的 SureSelect WES 應用
Thermo Torrent 定序儀以其快速、通量、成本、臨床友善的綜合效益下,為醫療單位最常見的基因檢測系統之一。有別於 torrent 上常見的 amplicon-based exome,SureSelect Hybridization-based Enrichment 展現了極高的均勻性 ( 圖三 ),一片 Proton PI 晶片的定序量使每個偵測區域均勻落於 ~115X 深度,確保每個基因區域的掃瞄能力,於相同的深度下,提升整體基因突變的發現率。


【圖三】SureSelect ( SS ) 序列均勻集中於 ~115X 定序深度

4. MGI – DNBseq 的 WES 應用
MGI 系統的奈米球定序法 ( DNBseq ),可產生較長 insert length 的 short read 外,並以其高性價比獲得越來越多單位採用。MGI 也因應使用者的要求將 SureSelect WES 與 custom panel 探針納入 protocol 中。結合 SureSelect WES baits 與 MGIEasy lib prep kit,在 MGI 系統上產生出與其他二代 NGS 同級的 WES 效能 ( 圖四 )。基於實戰驗證過的 SureSelect Bait,搭上高經濟效益的 MGI 定序儀,為使用 MGI 系統實驗室帶來更多研究、臨床應用,並能化簡 I + MGI 雙系統實驗室的 SureSelect 應用管理。

【圖四】SureSelect Human All Exome 搭配 MGI Sequencer 之定序效能 ( 左 ) 與均勻度 ( 右)表現

5. PacBio – 重要目標的高準確度三代定序
PacBio HiFi 定序可獲得 >99.5% 高準確的 10-25 Kb 長片段序列 ( https://www.nature.com/articles/s41597-020-00743-4 ),能有效解析重複序列、高度同源序列、GC-rich 區域、結構複雜區上的序列組成,能更完整的分析基因體變化。SureSelect 搭配 PacBio 系統,能成功捕抓目標區域的 2kb long reads ( 圖五,2kb ),結果顯示 long read 除了獲得更均勻的數據外,並能整偵測目標內的高難度區域,克服 short read 分析重複序列或高度同源序列的缺點。

【圖五】SureSelect 應用於 PacBio 定序系統,long read ( 2 kb ) 較 short read ( 250bp ) 覆蓋更均勻

6. Nanopore – 低門檻、每個實驗室都能做的長片段結構變異定序
另一個重要的三代定序系統 — 一千元美金低建置門檻的 Nanopore 定序,其獨特的定序原理把定序儀變成一個小巧的 USB 裝置外,並能讀取超長序列 ( 最高紀錄 ~ 4Mb ),使每個實驗室都能在自家 bench 進行大片段結構變異 ( Large Structural Variation ) 解析。在範例中,Agilent SureSelect 能有效的把 2.4Mb 目標區域 DNA 抓下來,交由小通量的 nanopore flowcell 定序。憑藉 SureSelect Target Enrichment 優勢,目標區域 DNA 達到 ~350X 增幅,使 nanopore 以低定序量獲得足夠數據執行 nanopolish 校正,更準確的找出長片段變異 ( 圖六 )。此種技術應用對於遺傳疾病研究 / 診斷實驗室而言,自動化 SureSelect 平台用於日常執行二代 NGS 定序檢測外,同樣的 SureSelect 技術無縫的跨入 long read 定序,處理以往 short read 完全無法解析的區域,有效找尋套數變異對結構影響、複雜結構區域解析、real-gene / pseudogene 間的區分及突變偵測。

【圖六】SureSelect 與 Nanopore 結構變異偵測應用

SureSelect Target Enrichment 為眾多定序平台提供高度相容方案,並可擴充至自動化整合平台 ( 圖七 ),在保有不同定序系統的搭配空間外,同時滿足穩定、可靠、成本經濟的需求。針對臨床實用性為各類型臨床微量樣品 ( FFPE 樣品 / ctDNA, NGS 臨床樣品系列報導 - 6 < cfDNA 番外篇 > ) 提供高靈敏、高準確的進步技術,確保檢測成功率和診斷效力。SureSelect Custom Panel 可於未來彈性設計基因內容,符合各式檢測需求與應用目標,將是精準醫學檢測開發的最佳選擇。

【表】SureSelect 最適臨床檢測開發之特性

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