A Noninvasive Prenatal Testing Platform for Aneuploidy at Five Weeks of Gestation

Cradle Genomics, Inc., San Diego CA

Investigators

Linked publications & trials

Abstract

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 in a prenatal test from Pap smears. We will develop a  custom multiplex PCR platform to simultaneously amplify SNPs and STRs to identify fetal DNA, as well as loci  across Chromosome 21 (Chr21) to detect trisomy 21, Down syndrome. This platform will be expanded to other  chromosome number diseases in Phase II. We will accomplish four milestones. 1. Primers will be designed and  tested with human genomic DNA to amplify STRs, SNPs and loci across Chr21 and Chr1 (reference), sequencing  PCR products by NGS to optimize their amplification and co-­amplification in single-­plex and multiplex PCR. 2.  DNA  isolated  from  fetal  and  maternal  cells  isolated  by  TRIC  (N=50),  as  well  as  the  corresponding  newborn  bloodspots (reference), will be compared by targeted NGS. 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  the  proportion  of  fetal  and  maternal  DNA,  and  correspondence  to  newborn  bloodspot  DNA.  NGS  results for Chr1 and Chr21 will be compared to determine their relative ploidy. 4. DNA from patients carrying a  fetus  at  risk  for  Trisomy  21  (N=50)  will  be  analyzed  by  targeted  NGS  to  compare  STR,  SNP  and  sequences  across  Chr21  and  Chr1  in  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 Chr21  ploidy of fetal and newborn DNA. It should be possible to detect Trisomy 21 and mosaicism, if present. With an  estimated  annual  market  potential  of  $1  billion,  the  envisioned  technology  will  fill  an  existing  gap  in  clinical  diagnostics by providing an early, safe approach for prenatal genetic analysis. Our initial commercial product will  enable management of high risk pregnancies, and provide valuable information to physicians and patients in the  process of establishing families, specifically impacting pregnancies at risk of having a child with Trisomy 21.