Circulating cell-free DNA (cfDNA) constitutes a fragment of DNA released into the blood through cellular apoptosis or necrosis. In human medicine, cfDNA has been studied as a disease severity biomarker. Recent studies have shown that concentrations of cfDNA in dogs with immune-mediated and tumor-related diseases are increased. Pancreatitis is known to be caused by excessive release of trypsin, which leads to edema, inflammation, necrosis, and apoptosis in the pancreas. Based on the results of research showing an increase of cfDNA due to apoptosis and necrosis of cells, we hypothesized that cfDNA concentration would increase in the presence of pancreatitis. A total of 35 dogs were studied, including 21 with pancreatitis and 14 without any inflammatory diseases (normal group). The results showed that the concentration of cfDNA in dogs with pancreatitis was approximately twice that of normal dogs (median 0.0912 ng/μL. p-value 0.028). This result suggests that cfDNA can serve as a new biomarker for estimating pancreatitis severity.
Junghyun Ryu;Fernanda C. Burch;Emily Mishler;Martha Neuringer;Jon D. Hennebold;Carol Hanna
Journal of Animal Reproduction and Biotechnology
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v.37
no.4
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pp.292-297
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2022
Direct injection of CRISPR/Cas9 into zygotes enables the production of genetically modified nonhuman primates (NHPs) essential for modeling specific human diseases, such as Usher syndrome, and for developing novel therapeutic strategies. Usher syndrome is a rare genetic disease that causes loss of hearing, retinal degeneration, and problems with balance, and is attributed to a mutation in MYO7A, a gene that encodes an uncommon myosin motor protein expressed in the inner ear and retinal photoreceptors. To produce an Usher syndrome type 1B (USH1B) rhesus macaque model, we disrupted the MYO7A gene in developing zygotes. Identification of appropriately edited MYO7A embryos for knockout embryo transfer requires sequence analysis of material recovered from a trophectoderm (TE) cell biopsy. However, the TE biopsy procedure is labor intensive and could adversely impact embryo development. Recent studies have reported using cell-free DNA (cfDNA) from embryo culture media to detect aneuploid embryos in human in vitro fertilization (IVF) clinics. The cfDNA is released from the embryo during cell division or cell death, suggesting that cfDNA may be a viable resource for sequence analysis. Moreover, cfDNA collection is not invasive to the embryo and does not require special tools or expertise. We hypothesized that selection of appropriate edited embryos could be performed by analyzing cfDNA for MYO7A editing in embryo culture medium, and that this method would be advantageous for the subsequent generation of genetically modified NHPs. The purpose of this experiment is to determine whether cfDNA can be used to identify the target gene mutation of CRISPR/Cas9 injected embryos. In this study, we were able to obtain and utilize cfDNA to confirm the mutagenesis of MYO7A, but the method will require further optimization to obtain better accuracy before it can replace the TE biopsy approach.
Down syndrome screening with cell-free DNA (cfDNA) in the maternal plasma has recently received much attention in the prenatal diagnostic field. Indeed, a large amount of evidence has already accumulated to show that screening tests with cfDNA are more sensitive and specific than conventional maternal serum and/or ultrasound screening. Globally, more than 1,000,000 of these noninvasive prenatal tests (NIPTs) have been performed to date. There are several different methods for NIPTs that are currently commercially available, including shotgun massively parallel sequencing, targeted massively parallel sequencing, and single nucleotide polymorphism (SNP)-based methods. All of these methods have their own advantages and disadvantages. In this review, I will focus specifically on the SNP-based NIPT.
Robust identification of genetic alterations is important for the diagnosis and subsequent treatment of tumors. Screening for genetic alterations using tumor tissue samples may lead to biased interpretations because of the heterogeneous nature of the tumor mass. Liquid biopsy has been suggested as an attractive tool for the non-invasive follow-up of cancer treatment outcomes. In this study, we aimed to verify whether the mutations identified in primary tumor tissue samples could be consistently detected in plasma cell-free DNA (cfDNA) by digital polymerase chain reaction (dPCR). We first examined the genetic alteration profiles of three colorectal cancer (CRC) tissue samples by targeted next-generation sequencing (NGS) and identified 11 non-silent amino acid changes across six cancer-related genes (APC, KRAS, TP53, TERT, ARIDIA, and BRCA1). All three samples had KRAS mutations (G12V, G12C, and G13D), which were well-known driver events. Therefore, we examined the KRAS mutations by dPCR. When we examined the three KRAS mutations by dPCR using tumor tissue samples, all of them were consistently detected and the variant allele frequencies (VAFs) of the mutations were almost identical between targeted NGS and dPCR. When we examined the KRAS mutations using the plasma cfDNA of the three CRC patients by dPCR, all three mutations were consistently identified. However, the VAFs were lower (range, 0.166% to 2.638%) than those obtained using the CRC tissue samples. In conclusion, we confirmed that the KRAS mutations identified from CRC tumor tissue samples were consistently detected in the plasma cfDNA of the three CRC patients by dPCR.
The Korean journal of helicobacter and upper gastrointestinal research
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v.18
no.3
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pp.168-173
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2018
Gastric cancer is still the leading cause of cancer deaths, especially in Asian countries. Recently, many studies have analyzed cell-free nucleic acids (cfNAs) circulating in the blood, for the early diagnosis of cancer and monitoring its progression. Circulating tumor nucleic acids (ctNAs) originate in a tumor and contain tumor-related genetic or epigenetic alterations. This review defines the nomenclatures of each form of cfNAs and describes the characteristics of circulating tumor DNA (ctDNA) and microRNA (miRNA), two major forms of ctNAs studied in gastric cancer research to date. We compare available studies on ctDNA, and explain trends observed in studies of miRNAs in gastric cancers. As these new blood-based biomarkers have attracted increasing attention, we have discussed several important points to be considered before the clinical translation of ctNA detection. We have also discussed the current status of research in this field, and clinical applications of specific ctNAs as tumor markers for gastric cancer diagnosis.
Purpose: To find the most effective method for extraction of cell-free DNA (cf-DNA) from maternal plasma, we compared a blood DNA extraction system (blood kit) and a viral DNA extraction system (viral kit) for non-invasive first-trimester fetal gender determination. Materials and Methods: A prospective cohort study was conducted with maternal plasma collected from 44 women in the first-trimester of pregnancy. The cf-DNA was extracted from maternal plasma using a blood kit and a viral kit. Quantitative fluorescent-polymerase chain reaction (QF-PCR) was used to detect the SRY gene and AMEL gene. The diagnostic accuracy of the QF-PCR results was determined based on comparison with the final delivery records. Results: A total of 44 women were tested, but the final delivery record was only obtained in 36 cases which included 16 male-bearing and 20 female-bearing pregnancies. For the blood kit and viral kit, the diagnostic accuracies for fetal gender determination were 63.9% (23/36) and 97.2% (35/36), respectively. Conclusion: In non-invasive first-trimester fetal gender determination by QF-PCR, using a viral kit for extraction of cf-DNA may result in a higher diagnostic accuracy.
Early detection and proper management of kidney rejection are crucial for the long-term health of a transplant recipient. Recipients are normally monitored by serum creatinine measurement and sometimes with graft biopsies. Donor-derived cell-free deoxyribonucleic acid (cfDNA) in the recipient's plasma and/or urine may be a better indicator of acute rejection. We evaluated digital PCR (dPCR) as a system for monitoring graft status using single nucleotide polymorphism (SNP)-based detection of donor DNA in plasma or urine. We compared the detection abilities of the QX200, RainDrop, and QuantStudio 3D dPCR systems. The QX200 was the most accurate and sensitive. Plasma and/or urine samples were isolated from 34 kidney recipients at multiple time points after transplantation, and analyzed by dPCR using the QX200. We found that donor DNA was almost undetectable in plasma DNA samples, whereas a high percentage of donor DNA was measured in urine DNA samples, indicating that urine is a good source of cfDNA for patient monitoring. We found that at least 24% of the highly polymorphic SNPs used to identify individuals could also identify donor cfDNA in transplant patient samples. Our results further showed that autosomal, sex-specific, and mitochondrial SNPs were suitable markers for identifying donor cfDNA. Finally, we found that donor-derived cfDNA measurement by dPCR was not sufficient to predict a patient's clinical condition. Our results indicate that donor-derived cfDNA is not an accurate predictor of kidney status in kidney transplant patients.
Kim, Min-Jeong;Kwon, Chang Hyuk;Kim, Dong-In;Im, Hee Su;Park, Sungil;Kim, Ji Ho;Bae, Jin-Sik;Lee, Myunghee;Lee, Min Seob
Journal of Genetic Medicine
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v.12
no.2
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pp.79-84
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2015
Purpose: We developed and validated a fetal trisomy detection method for use as a noninvasive prenatal test (NIPT) including a Clinical Laboratory Improvement Amendments (CLIA)-certified bioinformatics pipeline on a cloud-based computing system using both Illumina and Life Technology sequencing platforms for 221 Korean clinical samples. We determined the necessary proportions of the fetal fraction in the cell-free DNA (cfDNA) sample for NIPT of trisomies 13, 18, and 21 through a limit of quantification (LOQ) test. Materials and Methods: Next-generation sequencing libraries from 221 clinical samples and three positive controls were generated using Illumina and Life Technology chemistries. Sequencing results were uploaded to a cloud and mapped on the human reference genome (GRCh37/hg19) using bioinformatics tools. Based on Z-scores calculated by normalization of the mapped read counts, final aneuploidy reports were automatically generated for fetal aneuploidy determination. Results: We identified in total 29 aneuploid samples, and additional analytical methods performed to confirm the results showed that one of these was a false-positive. The LOQ test showed that the proportion of fetal fraction in the cfDNA sample would affect the interpretation of the aneuploidy results. Conclusion: Noninvasive chromosome examination (NICE), a CLIA-certified NIPT with a cloud-based bioinformatics platform, showed unambiguous success in fetus aneuploidy detection.
Lab-on-a-disc is a circular disc shape of cartridge that can be used for blood-based liquid biopsy to diagnose an early stage of cancer. Currently, liquid biopsies are regarded as a time-consuming process, and require sophisticated skills to precisely separate cell-free DNA (cfDNA) and circulating tumor cells (CTCs) floating in the bloodstream for accurate diagnosis. However, by applying the lab-on-a-disc to liquid biopsy, the entire process can be operated automatically. To do so, the lab-on-a-disc should be designed to prevent blood leakage during the centrifugation, transport, and dilution of blood inside the lab-on-a-disc in the process of liquid biopsy. In this study, the main components of lab-on-a-disc for liquid biopsy are fabricated by injection molding for mass production, and ultrasonic welding is employed to ensure the bonding strength between the components. To guarantee accurate ultrasonic welding, the flatness of the components is optimized numerically by using the response surface methodology with four main injection molding processing parameters, including the mold & resin temperatures, the injection speed, and the packing pressure. The 27 times finite element analyses using Moldflow® reveal that the injection time and the packing pressure are the critical factors affecting the flatness of the components with an optimal set of values for all four processing parameters. To further improve the flatness of the lab-on-a-disc components for stable mass production, a quarter-disc shape of lab-on-a-disc with a radius of 75 mm is used instead of a full circular shape of the disc, and this significantly decreases the standard deviation of flatness to 30% due to the reduced overall length of the injection molded components by one-half. Moreover, it is also beneficial to use a quarter disc shape to manage the deviation of flatness under 3 sigma limits.
The Journal of Korean Academic Society of Nursing Education
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v.19
no.4
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pp.675-683
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2013
Purpose: Nineteen articles were analyzed to gather opinions and nursing implications about NIPT recently launched. Methods: Nineteen articles were selected from EBSCO (eBook business collection), Google Scholar, and two Korean academic d-bases with key words 'prenatal screening testing', 'prenatal genetic diagnostic testing', NIPT or 'cell free DNA (cfDNA)'. Authors developed a framework for analyzing the 19 articles including opinions and suggestions for future implications. Results: Eleven articles written by the first author affiliated with medicine or genetics, viewed NIPT as promising because of safety, accuracy, early detectability and cost effectiveness. Articles written by journalists or authors affiliated with history and ethics were concerned with the possible risk of ELSI (ethical, legal, social issues), erratic interpretation of test results, and lack of genetic counseling service. Conclusion: With consideration of Korean clinical, and legal circumstances, not only pregnant women and families but also health professionals must prepare for clinical NIPT implications including updating prenatal genetic testing, counseling services, protecting ELSI and amulticultural team approach.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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