A Platform for Safe, Noninvasive Prenatal Genetic Testing at Five Weeks of Pregnancy

Cradle Genomics, Inc., San Diego CA

Investigators

Linked publications, trials & patents

Abstract

SUMMARY    The overall goal of this research is to provide a flexible prenatal genetic testing kit that can be expanded to detect  any inheritable trait as early as 5, and up to 20, weeks of gestation, from a safe, noninvasive Pap smear. Studies  show that perinatal Pap tests pose no risk to mother or fetus, and capture trophoblast-­like cells that migrate from  the  placenta  into  the  reproductive  tract.  Trophoblast  retrieval  and  isolation  from  the  cervix  (TRIC)  efficiently  isolates hundreds of fetal cells without limitations due to early gestational age, maternal obesity, or uteroplacental  insufficiency disorders. In a recent Science Translational Medicine report, we isolated sufficient genomic DNA  from intact fetal cells obtained by TRIC at 5-­19 weeks of gestation (n=20) to definitively distinguish maternal and  fetal  DNA  by  targeted  next-­generation  sequencing  (NGS)  of  59  short  terminal  repeats  (STRs)  and  94  single  nucleotide  polymorphisms  (SNPs).  Compared  to  massively  parallel  sequencing  of  cell-­free  fetal  DNA  from  maternal serum, which has a fetal fraction of only 4-­10% at week 10 of gestation, DNA obtained by TRIC had a  fetal fraction of 85-­100%, capable of providing nucleotide-­specific haplotyping. TRIC will be commercialized to  identify single gene and chromosome number disorders prenatally from Pap smears, initially through a custom  multiplex PCR platform to simultaneously amplify SNPs and STRs, as well disease-­specific loci, for genotyping  by NGS. We will incorporate the locus for the sickle cell anemia (SCA) point mutation, which will be expanded  to other diseases in Phase II. We will accomplish four milestones. 1. Primers will be designed and tested with  human genomic DNA to amplify STR, SNP and SCA loci, sequencing PCR products by NGS to optimize their  amplification and co-­amplification in singleplex and multiplex PCR. 2. DNA from fetal and maternal cells isolated  by TRIC (N=50), as well as the corresponding newborn bloodspots (reference), will be isolated and compared  by targeted NGS of the optimized multiplex PCR products. We expect amplicons to be generated for each set of  primers. 3. STR and SNP haplotypes will be identified, based on read distributions in the NGS data, to determine  whether fetal DNA differs from maternal DNA, and is identical to the corresponding newborn bloodspot DNA.  The  fetal  fraction  will  also  be  determined.  4.  DNA  from  patients  carrying  a  fetus  at  risk  for  SCA  (N=50)  will  be  analyzed  by  targeted  NGS  to  compare  STR,  SNP  and  SCA  haplotypes  among  fetal,  maternal  and  newborn  bloodspot  DNA.  We  expect  to  demonstrate  unique  identities  for  fetal  and  maternal  DNA,  identical  fetal  and  newborn  haplotypes,  and  concordance  between  the  SCA  haplotype  of  fetal  and  newborn  DNA.  With  an  estimated  annual  market  potential  of  $1  billion,  the  envisioned  technology  will  fill  an  existing  gap  in  clinical  diagnostics and outcompete existing prenatal testing technologies. Our initial commercial product will to enable  management of high risk pregnancies, and provide valuable information to physicians and patients in the process  of establishing families. Specifically, this initial product will benefit pregnancies at risk of having a child with SCA.