Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка веб-интегрированной системы для автоматизированного расчета анеуплоидий плода с использованием данных секвенирования внеклеточной ДНК крови беременной женщины.

Номер контракта: 14.576.21.0069

Руководитель: Прохорчук Егор Борисович

Должность: научный консультант

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
неинвазивная пренатальная диагностика (нипд), трисомия, синдром дауна, синдром патау, синдром эдвардса, анеуплоидия, беременность, внеклеточная днк.

Цель проекта:
Хромосомные анеуплоидии являются одной из основных причин перинатальной смертности и детской инвалидности. Частота встречаемости хромосомныйх анеуплоидий в популяции составляет в среднем 6 случаев на 1000 новорожденных. Сегодня в клинической практике широко применяются методы неинвазивной диагностики беременных женщин на наличие хромосомных нарушений, такие как ультразвуковое обследование и измерение уровня гормонов. Чувствительность данной группы методов составляет 60-70%, что позволяет только сформировать группу риска женщин, которым требуются дополнительные инвазивные исследования, такие как биопсия хориона или амниоцентез. Указанные выше инвазивные методы, при крайне высокой точности (более 99,9%), несут в себе высокие риски, как для плода, так и для матери, ввиду чего некоторые беременные женщины отказываются от обследования. Поэтому разработка нового метода анализа анеуплоидий плода, с одной стороны абсолютно безопасного как для матери, так и для плода, с другой стороны обладающего достаточно высокой точностью критически необходимо. Цели выполнения ПНИ: Создание прототипа Веб-сервиса, обеспечивающего мета-анализ данных секвенирования внеклеточной ДНК крови беременной женщины, хранение информации об индивидуальных особенностях генома плода, вовлеченных в развитие патологических состояний, а так же прием, учет и передачу результатов проводимых исследований заказчику исследования.

Основные планируемые результаты проекта:
Аналитический обзор современной научно-технической литературы показал, что тематика данного исследования чрезвычайно актуальна для медицинской практики, а именно пренатальной диагностики всего мира. Некоторые страны (США, Китай) уже интегрировали новый метод безопасной неинвазивной пренатальной диагностики в медицинскую практику. Актуальность разработки аналогичной системы пренатальной диагностики для РФ не вызывает сомнений. В результате анализа возможных вариантов решений, было принято решение разработать систему мета-анализа данных секвенирования внеклеточной ДНК крови беременной женщины для автоматизированного расчета анеуплоидий плода на основе полногеномного подхода с коррекцией GC-состава с дополнительными улучшениями.

Отчет о патентных исследованиях, оформленный в соответствии с ГОСТ 15.011-96. Проведенные патентные исследования показали, что анализ внеклеточной ДНК плода в крови беременных женщин является одним из перспективных и достаточно новых направлений неинвазивной пренатальной диагностики. Среди зарубежных заявителей, активно патентующих технические решения по тематике исследований, можно отметить американские компании Sequenom Inc, Verinata Health Inc, Natera Inc и др.

Были получены данные секвенирования новых 100 образцов внеклеточной ДНК крови беременных женщин. Секвенирование проводили на приборе HiSeq, 1500 (Illumina,США), в среднем для было получено 8,4 млн чтений (не менее 5 млн для каждого образца).

Алгоритм мета-анализа данных секвенирования внеклеточной ДНК крови беременной женщины для автоматизированного расчета анеуплоидий. Архитектурно система расчёта состоит трёх частей: библиотеки, описывающие алгоритм работы, высокоуровневые скрипты управления и файлы настройки, и низкоуровневые скрипты и сторонние программы. Результатом работы алгоритма является расчет вероятности принятия гипотезы об отсутствии анеуплоидии по каждой хромосоме.

Прототип веб-сервиса, обеспечивающего мета-анализ данных секвенирования внеклеточной ДНК крови беременной женщины, хранение информации об индивидуальных особенностях генома плода, вовлеченных в развитие патологических состояний, а так же прием, учет и передачу результатов проводимых исследований заказчику, который способствует эффективному внедрению новых программных решений в реальном секторе экономики. В качестве платформы для веб-сервиса был выбран следующий комплект программного обеспечения: операционная система Debian GNU/Linux 7, http-сервер Apache HTTPD версии 2.2, система управления базами данных PostgreSQL 9.1, язык программирования PHP версии 5.5 и веб-фреймворк Symphony версии 2.3.

Программная документация на программное обеспечение разработанного веб-сервиса. Программная документация была оформлена с учетом требований ЕСПД и включала в себя следующие отдельные документы:
1. «Описание программы»;
2. «Описание применения»;
3. «Руководство системного программиста»;
4. «Руководство пользователя».

Проект технического задания на проведение ОКР.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Конечным продуктом проекта является прототип веб-сервиса, обеспечивающего мета-анализ данных секвенирования внеклеточной ДНК крови беременной женщины, хранение информации об индивидуальных особенностях генома плода, вовлеченных в развитие патологических состояний, а так же прием, учет и передачу результатов проводимых исследований заказчику исследования (далее прототип веб-сервиса).
Разрабатываемый прототип веб сервиса не имеет аналогов в РФ, полученные характеристики методики (такие, как чувствительность и специфичность) отвечают мировому уровню.
На данном этапе работ прототип веб-сервиса создан и проходит апробацию на полученных заранее данных, что говорит о низких рисках невыполнения поставленной задачи проекта.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Предлагаемый метод неинвазивной пренатальной диагностики, основанный на секвенировании внеклеточной ДНК крови матери, совмещает в себе высокую точность (более 99%) и абсолютную безопасность как для плода так и для матери. Внедрение его в стандартную медицинскую практику позволит повысить информированность матерей о наличие анеуплоидий плода на ранних сроках беременности, когда еще можно принимать решение о прерывании беременности по медицинским показаниям.


Текущие результаты проекта:
Алгоритм мета-анализа данных секвенирования внеклеточной ДНК был реализован на основании методики определения анеуплоидий плода на основе полногеномного сравнения покрытия хромосом с учётом коррекции по GC-составу.
Прототип веб-сервиса обеспечивающего мета-анализ данных секвенирования внеклеточной ДНК крови беременной женщины, хранение информации об индивидуальных особенностях генома плода, вовлеченных в развитие патологических состояний, а так же прием, учет и передачу результатов проводимых исследований заказчику исследования. В качестве платформы для веб-сервиса был выбран следующий комплект программного обеспечения: операционная система Debian GNU/Linux 7, http-сервер Apache HTTPD версии 2.2, система управления базами данных PostgreSQL 9.1, язык программирования PHP версии 5.5 и веб-фреймворк Symphony версии 2.3.
Программная документация на протопит веб-сервиса.
Программа и методика лабораторных испытаний. В рамках лабораторных испытаний был рассчитан риск наличия анеуплоидий плода для 500 образцов в автоматизированном режиме. Для 488 образцов был получен низкий риск анеуплоидии, для 9 образцов был получен высокий риск анеуплоидии по 21 хромосоме и для 3 образцов был получен высокий риск по 18 хромосоме.
Научная статья (Пантюх К.С., Шубина Е.С. Неинвазивная пренатальная диагностика анеуплоидий плода, основанная на секвенировании внеклеточной ДНК крови беременной женщины // Акушерство и гинекология, №8, С. 5-11, 2015 г).
Проект технического задания на проведение ОКР.