Objective s: Chromosome aneuploidy is associated with recurrent abortion and congenital anomaly and genetic diseases occur repeatedly in the specific families. Preimplantation genetic diagnosis (PGD) can prevent aneuploidy or genetic disease by selecting normal embryos before implantation and is an alternative to prenatal diagnosis. The aim of this study is to assess the outcome of PGD cycles by using FISH or PCR, and to determine the clinical usefulness and values in patients with risk of chromosomal aneuploidy or genetic disease. Materials and Methods: From 1995 to Apr. 2001, a total of 108 PGD cycles in 65 patients with poor reproductive outcome were analyzed. The indications of PGD were translocation (n=49), inversion (n=2), aneuploidy screening (n=7), Duchenne muscular dystrophy (n=5) and spinal muscular atrophy (n=2). PGD was applied due to the history of recurrent abortion, previous birth of affected child or risk of aneuploidy related to sex chromosome aneuploidy or old age. Blastomere biopsy was performed in 6$\sim$10 cell stage embryo after IVF with ICSI. In the single blastomere, chromosome aneuploidy was diagnosed by using FISH and PCR was performed for the diagnosis of exon deletion in DMD or SMA. Results: The FISH or PCR amplification was successful in 94.3% of biopsied blastomeres. The rate of transferable balanced emb ryos was 24.0% in the chromosome translocation and inversion, 57.1% for the DMD and SMA, and 28.8% for the aneuploidy screening. Overall hCG positive rate per transfer was 17.8% (18/101) and clinical pregnancy rate was 13.9% (14/101) (11 term pregnancy, 3 abortion, and 4 biochemical pregnancy). The clinical pregnancy rate of translocation and inversion was 12.9% (11/85) and abortion rate was 27.3% (3/11). In the DMD and SMA, the clinical pregnancy rate was 33.3% (3/9) and all delivered at term. The PGD results were confirmed by amniocentesis and were correct. When the embryos developed to compaction or morula, the pregnancy rate was higher (32%) than that of the cases without compaction (7.2%, p<0.01). Conclusions: PGD by using FISH or PCR is useful to get n ormal pregnancy by reducing spontaneous abortion associated with chromosome aneuploidy in the patients with structural chromosome aberration or risk of aneuploidy and can prevent genetic disease prior to implantation.
목 적: 본 연구에서는 삼핵산 반복서열 확장에 의해 발병하는 헌팅톤병, 척수소뇌성 운동실조증과 X-염색체 취약 증후군 등에 대한 착상전 유전진단을 시행하기 위한 전임상 검사에서 진단 방법을 최적화하는 과정을 통해 얻은 결과들에 대해 기술하고자 한다. 연구방법: 단일 림프구를 이용한 임상전 검사에서는 서로 다른 allele를 갖고 있는 환자의 단일 세포를 사용하였으며, 헌팅톤병과 척수소뇌성 운동실조증에서는 fluorescent semi-nested PCR 시행 후 fragment analysis를 수행하였다. X-염색체 취약 증후군의 경우 multiple displacement amplification (MDA) 방법을 이용한 whole genome amplification에서 얻어진 MDA 산물로 fluorescent PCR을 시도하였다. 결 과: 헌팅톤병의 경우 단일 림프구 시료 모두에서 CAG repeats 증폭에 성공하여 100.0%의 증폭성공률과 14.0% allele drop-out (ADO) rate를, 척수소뇌성 운동실조증의 경우 94.7%의 증폭성공률과 5.6%의 ADO rate을 나타내었다. X-염색체 취약 증후군의 경우 fluorescent semi-nested PCR 방법만으로는 단일 림프구 시료에서 CGG repeats이 증폭되지 않았지만, MDA 산물을 이용한 fluorescent PCR 결과 84.2%의 증폭성공률과 31.3%의 ADO rate을 얻을 수 있었다. 결 론: 본 연구를 통해 헌팅톤병과 척수소뇌성 운동실조증의 착상전 유전진단에는 fluorescent semi-nested PCR 방법의 적용이 가능함을 확인하였으며, X-염색체 취약 증후군의 경우에는 MDA를 이용한 fluorescent PCR 방법을 사용해야 함을 알 수 있었다. 유전자의 변이에 대한 분석이 쉽지 않은 단일 유전자 이상에 대한 착상전 유전진단의 경우 다양한 유전자 분석 방법을 이용한 단일 세포에서의 진단 방법의 최적화 연구가 필수적으로 선행되어야 할 것으로 사료된다.
목 적: 착상전 유전진단은 환아를 출산할 가능성이 높은 부부들에게 정상아의 출산 기회를 제공해주는 보조생식술의 하나로서 널리 시행되고 있다. 골형성부전증은 상염색체 우성 유전질환으로서 뼈와 피부를 구성하는 결합조직의 이상으로 뼈가 잘 부러지는 특징을 가지고 있으며, 질환의 95% 이상은 COL1A1 또는 COL1A2 유전자의 이상으로 발병한다고 알려져 있다. 본 논문에서는 골형성부전증 환자 2 가계를 대상으로 5 주기의 착상전 유전진단을 시행하여 임신에 성공한 사례에 대해 보고하고자 한다. 연구방법: 착상전 유전진단 수행 전에 환자의 단일 림프구에서 증폭성공률과 allele drop-out (ADO) rate을 확인하기 위하여 임상전 검사를 수행하였다. 각각 원인 돌연변이로 확인된 COL1A1 유전자 c.2452G>A와 c.3226G>A를 가지고 있는 골형성부전증 2 가계를 대상으로 5 주기의 착상전 유전진단을 시행하였다. 생검한 할구로부터 원인 돌연변이를 진단하기 위하여 nested PCR 후 HaeIII 제한효소를 이용한 restriction fragment length polymorphism (RFLP) 분석방법과 direct sequencing 방법을 이용하여 진단을 실시하였다. 결 과: Genomic DNA를 이용하여 COL1A1 유전자 검사를 해 본 결과 각 가계의 원인 돌연변이는 c.2452G>A와 c.3226G>A임을 재확인하였으며, 단일세포를 이용한 임상전 검사 결과 첫 번째 사례의 경우 94.2%의 증폭성공률과 22.5%의 ADO rate을 나타내었고, 두 번째 사례의 경우 98.1%의 증폭성공률과 1.9%의 ADO rate를 나타내었다. 착상전 유전진단 결과 첫 번째 사례의 경우, 3 주기의 착상전 유전진단에서 총 34개의 배아 중 31개의 배아에서 진단에 성공하여 91.2% (31/34)의 진단성공률을 나타내었고, 총 19개의 정상 배아 중 8개의 배아 (2.7개/배아이식)를 이식하였다. 세 번째 주기에서 임신에 성공하였고 제왕절개로 건강한 아이를 분만하였다. 두 번째 사례의 경우 2 주기의 착상전 유전진단을 시행하였으며, 총 19개의 배아 모두 진단에 성공하여 100.0% (19/19)의 진단성공률을 나타내었고, 총 11개의 정상 배아 중 4개 (2개/배아이식)의 배아를 이식하였다. 두 번째 착상전 유전진단에서 임신에 성공하였고, 건강한 아이를 분만하였다. 결 론: 착상전 유전진단을 통한 골형성부전증 환자 2 가계에서의 성공적인 임신과 출산은 국내에서 처음으로 보고되는 임상 결과로, 본원의 착상전 유전진단방법은 효과적이고 확실한 방법으로써 앞으로도 더 많은 단일 유전자 이상의 유전질환을 가진 환자들에게 적용하게 될 것이며, 이는 이와 유사한 유전질환을 가지고 있거나 유전질환의 이환 가능성이 있는 부부들에게 정상아의 임신과 출산의 기회를 더욱 많이 제공할 수 있을 것이다.
Objective: The effects of cryopreservation with or without coculture on the in vitro development of blastomere-biopsied 8-cell mouse embryos were investigated. This experimental study was originally designed for the setup of a preclinical mouse model for the preimplantation genetic diagnosis (PGD) in human. Methods: Eight-cell embryos were obtained after in vitro fertilization (IVF) from F1 hybrid mice (C57BL(표현불가)/CBA(표현불가)). Using micromanipulation, one to four blastomeres were aspirated through a hole made in the zona pellucida by zona drilling (ZD) with acid Tyrode's solution (ATS). A slow-freezing and rapid-thawing protocol with 1.5M dimethyl sulfoxide (DMSO) and 0.1M sucrose as cryoprotectant was used for the cryopreservation of blastomere- biopsied 8-cell mouse embryos. After thawing, embryos were cultured for 110 hours in Ham's F-10 supplemented with 0.4% bovine serum albumin (BSA). In the coculture group, embryos were cultured for 110 hours on the monolayer of Vero cells in the same medium. The blastocyst formation was recorded, and the embryos developed beyond blastocyst stage were stained with 10% Giemsa to count the total number of nuclei in each embryo. Results: The survival rate of embryos after cryopreservation was significantly lower in the blastomere-biopsied (7/8, 6/8, 5/8, and 4/8 embryos) groups than in the non-biopsied, zona intact (ZI) group. Without the coculture, the blastocyst formation rate of embryos after cryopreservation was not significantly different among ZI, the zona drilling only (ZD), and the balstomere-biopsied groups, but it was significantly lower than in the non-cryopreserved control group. The mean number of cells in embryos beyond blastocyst stage was significantly higher in the control group ($50.2{\pm}14.0$) than in 6/8 ($26.5{\pm}6.2$), 5/8 ($25.0{\pm}5.5$), and 4/8 ($17.8{\pm}7.8$) groups. With the coculture using Vero cells, the blastocyst formation rate of embryos after cryopreservation was significantly lower in 5/8 and 4/8 groups, compared with the control, 7/8, and 6/8 groups. The mean number of cells in embryos beyond blastocyst stage was also significantly lower in 4/8 group ($25.9{\pm}10.2$), compared with the control ($50.2{\pm}14.0$), 7/8 ($56.0{\pm}22.2$), and 6/8 ($55.3{\pm}25.5$) groups. Conclusion: After cryopreservation, blastomere-biopsied mouse embryos have a significantly impaired developmental competence in vitro, but this detrimental effect might be prevented by the coculture with Vero cells in 8-cell mouse embryos biopsied one or two blastomeres. Biopsy of mouse embryos after ZD with ATS is a safe and highly efficient preclinical model for PGD of human embryos.
Objectives: This study was performed to evaluate the laboratory system for successful PGD using fluorescence in situ hybridization (FISH) and the clinical outcome of PGD cycles in five years experiences. Methods: A total of 181 PGD-FISH cycles of 106 couples were performed, and diagnosed chromosome normality in the preimplantation embryos. The laboratory and clinical data were classified by the following optimization steps, and statistically analyzed. Phase I: Blastomere biopsy with two kinds of pipettes, removal of cytoplasmic proteins without treatment of pepsin and culture of biopsied embryos with single medium; Phase II: Blatomere biopsy with single pipette, removal of cytoplasmic proteins with pepsin and culture of biopsied embryos with single medium; Phase III: Blastomere biopsy with single pipette, removal of cytoplasmic proteins with pepsin and culture of biopsied embryos with sequential media. Results: A total of 3, 209 oocytes were collected, and 83.8% (2, 212/2, 640) of fertilization rate was obtained by ICSI procedure. The successful blastomere biopsies were accomplished in 98.6% (2, 043/2, 071) of embryos, and the successful diagnosis rate of FISH was 94.7% (1, 935/ 2, 043) of blastomeres from overall data. Embryo transfers with normal embryos were conducted in 93.9% (170/181) of started cycles. There was no difference in the successful rate of biopsy and diagnosis among Phase I, II and III. However, the pregnancy rate per embryo transfer of Phase III (38.8%, 26/67) was significantly (p<0.05) higher than those of Phase I (13.9%, 5/36) and Phase II (14.9%, 10/67). Conclusions: The laboratory optimization and experience for the PGD with FISH procedure can increase the pregnancy rate to 38.8% in the human IVF-ET program. Our facility of PGD with FISH provides the great possibility to get a normal pregnancy for the concerned couples by chromosomal aberrations.
Objective: It has previously been suggested that embryos developing from intracytoplasmic sperm-injected (ICSI) zygotes with three pronuclei (3PN) are endowed with a mechanism for self-correction of triploidy to diploidy. 3PN are also observed in zygotes after conventional in vitro fertilization (IVF). The parental origin, however, differs between the two fertilization methods. Whereas the vast majority of 3PN IVF zygotes are of dispermic origin and thus more likely to have two centrioles, the 3PN ICSI zygotes are digynic in origin and therefore, more likely to have one centriole. In the present study, we examine whether the parental origin of 3PN embryos correlates with the karyotype. Methods: The karyotype of each nucleus was estimated using four sequential fluorescence in situ hybridizations-each with two probes-resulting in quantitative information of 8 different chromosomes. The karyotypes were then compared and correlated to the parental origin. Results: 3PN ICSI embryos displayed a significantly larger and more coordinated reduction from the assumed initial 3 sets of chromosomes than 3PN IVF embryos. Conclusion: The differences in the parental origin-and hence the number of centrioles-between the 3PN IVF and the 3PN ICSI zygotes are likely to be the cause of the differences in karyotypes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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