JPH09510875A - 母親の末梢血からの胎児細胞の培養および単離 - Google Patents

母親の末梢血からの胎児細胞の培養および単離

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JPH09510875A JP7525275A JP52527595A JPH09510875A JP H09510875 A JPH09510875 A JP H09510875A JP 7525275 A JP7525275 A JP 7525275A JP 52527595 A JP52527595 A JP 52527595A JP H09510875 A JPH09510875 A JP H09510875A
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Abstract

(57)【要約】 妊婦から得た末梢血試料からの胎児細胞、例えば、胎児赤血球系細胞を培養し、単離する方法を開示する。末梢血試料からの細胞を、細胞増殖因子、例えば、赤血球系細胞増殖因子、例えばエリスロポエチンを含有する培地中で培養して胎児細胞を培養する。培養の前に、末梢血試料から無核細胞を除去することができ、さらに/あるいは胎児細胞を豊富化させることができる。中期スプレッドを培養胎児細胞から調製することができる。胎児細胞マーカーまたは対象核酸配列を培養胎児細胞において検出することができる。培養胎児細胞を用いて胎児の性別を決定し、胎児における疾病を引き起こす変異および染色体異常を検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 母親の末梢血からの胎児細胞の培養および単離発明の背景 すべての造血細胞は多能性幹細胞由来であり、それは適当な条件下で造血系統 のうちの1つから数種の可能性のある系統へと分化する。これらの系統の1つで ある赤血球系細胞の系統は赤血球の産生へとつながる。無核赤血球または赤血球 への成熟の進行は多能性幹細胞の赤血球系細胞系統になる性質から生じ、多能性 幹細胞は赤血球系前駆細胞となり、発達中の細胞により受け取られるシグナルに 応答して赤血球系前駆細胞のさらなる分化により成熟細胞となる。初期の赤血球 系前駆細胞はブラスト・フォーミング・ユニット−エリスロイド(blast formin g unit-erythroid)(以後、BFU−Eという)であり、それは発達してより成 熟した赤血球系前駆細胞であるコロニー・フォーミング・ユニット−エリスロイ ド(colony forming unit-erythroid)(以後、CFU−Eという)になる。特 別な増殖因子であるエリスロポエチンにより剌激された場合、CFU−Eは増殖 し、成熟した無核赤血球の前駆体である有核赤血球(以後、nRBCsという) へと分化する。成人において、赤血球系細胞前駆体細胞は主に骨髄中に存在し、 成人においてはそこで造血が起こり、赤血球系細胞前駆体細胞は末梢血中に循環 しない。赤血球系細胞の分化に関するレビューについては、ベック,ダブリュ・ エス(Beck,W.S.)、「ヘマトロジー(Hematology)第4版」マサチューセッツ 州ケンブリッジ:MIT・プレス(MIT Press)(第5版、1991年)ぼスタ マトイアノプーロス,ジー(Stamatoyannopoulos,G.)、「ザ・モレキュラー・ベ イシス・オブ・ブラッド・ディジージズ(The Molecular Basis of Blood Disea ses)、ペンシルベニア州フィラデルフィア:ダブリュ・ビー・サウンダース(W .B.Saunders)(第2版、1994年)、66〜105頁参照。 蛋白であるエリスロポエチンは、赤血球系細胞の発達に必要な増殖因子であっ て、主として腎臓により生産されるものである。もともとエリスロポエチンは貧 血患者の尿から単離精製された(ミヤケ,ティー(Miyake,T.)ら、ジャーナル・ オブ・バイオロジカル・ケミストリー(J.Biol.Chem.)第252巻、5558〜 5564頁(1977年))。より最近になって、エリスロポエチンは分子的に クローン化され、特徴づけられた(ジャコブス,ケイ(Jacobs,K.)ら、ネイチャ ー(Nature)第313巻、806〜809頁(1985年);リン,ピー(Lin,P. )ら、プロシーディングス・オブ・ナショナル・アカデミー・オブ・サイエンシ ズ・ユーエスエイ(Proc.Natl.Acad.Sci.USA)第82巻、7580〜7584頁 (1985年))。インビトロ培養中の赤血球系前駆細胞の増殖を支持するため にエリスロポエチンが用いられてきた。例えば、骨髄由来のヒト・成人赤血球系 前駆細胞およびへその尾の血液由来または胎児肝臓外移植物由来の胎児赤血球系 前駆細胞が、エリスロポエチン含有培地中で細胞を培養することによりインビト ロで増殖させられている(サザーランド,エイチ・ジェイ(Sutherland,H.J.)ら 、ブラッド(Blood)第74巻、1563〜157頁(1989年);ボジャー, エム・ピー(Bodger,M.P.)、エクスペ・ヘマトロ(Exp.Hematol.)第15巻、 869〜876頁(1987年);ペシュレ,エイ・アール(Peschle,A.R.)ら 、ブラッド第58巻、565〜572頁(1981年))。 妊娠中、胎児起源の細胞は母親の末梢循環系に現れる。レビューのために、ビ アンキ,ディー・ダブリュ(Bianchi,D.W.)およびクリンガー,ケイ・ダブリュ(K linger,K.W.)、ジェネティック・ディスオーダーズ・アンド・ザ・フェタス:プ リベンション・アンド・トリートメント(Genetic Disorders and the Fetus:Pr evention and Treatment)第3版、ボルチモア/ロンドン:ザ・ジョン・ホプキ ンス・ユニバーシティー・プレス(The John Hopkins University Press)(1 922年)参照。これらの細胞は、発達中の胎児の性および遺伝的性質に関する 可能性のある情報源である。母親の末梢血試料中のこれらの胎児細胞の検出、単 離および取り扱いは、出産前の診断および性の同定のための非侵入的手段を提供 する。しかしながら、かかるアプローチの実行可能性は多くの要因により妨げら れている。最も重要なことには、胎児細胞は母親の血液中に非常に限られた数し か存在せず、胎児細胞および母親の細胞の混合物中で豊富化することが必要で あり、あるいは何らかの方法で胎児細胞を母親の細胞から分離する必要がある。 胎児細胞の豊富化または分離を行うために用いられている1のアプローチは、特 定の胎児細胞タイプに特異的な抗体を用いるものである。例えば、胎児特異的抗 体を用いて、母親の成分からの胎児細胞のフローサイトメトリーによる分離を容 易にすることができる(ハーゼンバーグ,エル・エイ(Herzenberg,L.A.)ら、プ ロシーディングス・オブ・ナショナル・アカデミー・オブ・サイエンシズ・ユー エスエイ第76巻、1453〜1455頁(1979年);イバーソン,ジー・ エム(Iverson,G.M.)ら、プレナタル・ダイアグノシス(Prenatal Diagnosis) 第1巻、61〜73頁(1981年);ビアンキ,ディー・ダブリュ(Bianchi,D .W.)ら、プレナタル・ダイアグノシス第11巻、523〜528頁(1991年) )。しかしながら、このアプローチは非常に特殊な試薬を必要とし、費用と労力 がかかる可能性がある。診断目的に母親の末梢血由来の胎児細胞を用いることに おけるもう1つの制限は、中期の細胞は分析に好ましいのであるが、母親の末梢 循環系におけるすべての胎児細胞が分裂しているとは限らないということである 。発明の概要 本発明は、胎児細胞の培養ならびに単離のための、および単離胎児細胞中の対 象核酸配列の検出のための非侵入的方法を提供する。本発明は、少なくとも一部 には、胎児細胞、例えば、胎児前駆細胞が妊婦の末梢血中に存在し、細胞増殖因 子の存在下で該細胞を培養することにより選択的にインビトロで増殖させること ができるという知見に基づく。 1の具体例において、本発明は、胎児赤血球系細胞細胞の培養ならびに単離の ための、および単離胎児赤血球系細胞細胞中の対象核酸配列を検出するための非 侵入的方法を提供する。本発明は、少なくとも一部には、胎児前駆細胞が妊婦の 末梢血中に存在し、細胞増殖因子、例えば、エリスロポエチンの存在下で該細胞 を培養することにより選択的にインビトロで増殖させることができるという知見 に基づく。本発明方法は、診断的に用いるに十分な数の胎児細胞を得るための非 侵入的方法であって、モノクローナル抗体のごとき特殊な試薬またはフローサイ トメーターのごとき高価な装置を必要としない方法を提供する。赤血球系細胞増 殖因子、例えば、エリスロポエチンの存在下での胎児赤血球系前駆細胞の培養は 、細胞を増殖分化させて赤血球系細胞にする。次いで、胎児赤血球系細胞を単離 し、さらなる分析に使用することができる。本発明は、末梢血試料中で母親の細 胞よりも胎児細胞を豊富化させ、もとの試料中にあった総数よりも存在する胎児 細胞の総数を膨大化させ、有糸分裂的に活性のある細胞を単離することを可能に する方法を提供する。このアプローチは、さらなる分析のために胎児細胞を得る 単純で非侵入的な手段を提供するので、母親の末梢血由来の胎児赤血球系前駆細 胞を培養することができることは大きな価値を有する。このアプローチの利点は 、分析のために多数の胎児細胞を単離することが可能であり、他の方法よりも単 純かつ経済的に母親の血液から分離されうるということである。なぜなら、これ らの細胞は増殖しており、診断試験に用いる中期の胎児細胞の単離を可能にする からである。 したがって、本発明は、分析および診断のために胎児細胞を得る手段としての 、母親の末梢血試料からの胎児赤血球系細胞細胞の培養ならびに単離に関する。 本発明方法は、母親の末梢血試料を得て、赤血球系前駆細胞を増殖させて赤血球 系細胞に分化させる赤血球系細胞増殖因子、例えば、エリスロポエチンを含有す る培地中で細胞を培養し、次いで、胎児赤血球系細胞を単離することを包含する 。この方法は、少なくとも一部には:1)母親の末梢循環系における胎児赤血球 系前駆細胞の存在;2)母親の末梢循環系において母親の赤血球系前駆細胞がめ ったに存在しないこと;および3)母親の赤血球系前駆細胞よりも胎児赤血球系 前駆細胞のほうがエリスロポエチンに対して高い感受性があることに基づく。 培養の前に、末梢血試料を処理してある種の細胞タイプを除去し、そして/ま たはより少ない細胞数を培養工程に用いることができるようにある種の細胞タイ プを豊富化することができる。例えば、培養前に、選択的溶解または密度勾配遠 心分離により無核赤血球を試料から除去することができる。例えば、異なる密度 勾配を用いる二重密度勾配遠心分離を行い、次いで、培養前に赤血球系前駆細胞 を含む細胞層を単離することにより、赤血球系前駆細胞を試料中で豊富化するこ とができる。 培養後、例えば、細胞を取り扱うためにピペットを用いることにより、培地か ら1個またはそれ以上の別々の細胞コロニーをピックアップすることにより赤血 球系細胞を単離することができる。次いで、コロニーの細胞を新鮮培地に移し、 さらなる分析のために顕微鏡スライド上に置くか、DNA源として用いるか、あ るいは何らかの適当な方法でさらに分析を行うことができる。 本発明のもう1つの態様は、赤血球系細胞増殖因子、例えば、エリスロポエチ ン中で母親の末梢血試料の細胞を培養した後の胎児赤血球系細胞細胞の同定方法 に関する。この方法は、胎児起源であると細胞を同定するする手段としての赤血球 系細胞上の胎児細胞マーカーを検出することを包含する。本発明のさらなる態様 は、培養後の胎児赤血球系細胞の胎児核酸中の対象核酸配列の検出を包含する。培 養した赤血球系細胞由来のDNAにおけるY染色体DNA、疾病を引き起こす変 異に関連した遺伝子、または染色体異常の検出はすべて本発明の範囲内である。 また、本発明は、母親の血液試料から中期の胎児細胞を単離する方法に関する 。この方法において、エリスロポエチン中での細胞培養後、細胞周期による細胞 分裂の進行を抑制する薬剤、または細胞増殖を同調させる薬剤に細胞を曝露する 。中期の細胞は顕微鏡で検出され、単離されうる。次いで、中期の細胞をさらな る分析および診断試験のために用いることができる。 さらに本発明は、妊婦から得た末梢血試料由来の胎児赤血球系前駆細胞を培養 することにより、経産妊婦において現在の妊娠に由来する胎児細胞を優先的に単 離する方法を提供する。この方法は、赤血球系前駆細胞の短いライフスパン(約 3カ月)に基づくものであり、培養後単離されたいずれの胎児赤血球系細胞も、 いずれかの以前の胎児由来というよろはむしろ現在の胎児由来のはずである。図面の簡単な説明 図1は、密度勾配に沿った赤血球系前駆細胞および有核赤血球の相対的分布を 示すスキーム的ダイヤグラムである。 図2は、エリスロポエチン含有メチルセルロース培地において増殖中のCFU −Eコロニーの写真である。 図3は、エリスロポエチン含有メチルセルロース培地において増殖中の初期B FU−Eコロニーの写真である。発明の詳細な説明 本発明は、母親の末梢血試料由来の胎児細胞の培養方法に関する。該方法は、 妊婦から末梢血試料を得て、次いで、増殖因子含有培地にて試料中の細胞を培養 することを包含する。胎児細胞を培地から単離し、対象核酸配列を胎児DNAに おいて検出する。 1の具体例において、本発明は、母親の末梢血試料由来の胎児赤血球系細胞細 胞の培養方法に関する。該方法は、胎児赤血球系前駆細胞を増殖させて胎児赤血 球系細胞に分化させる赤血球系細胞増殖因子、例えば、エリスロポエチンを含有 する培地中でインビトロで血液試料に存在する胎児赤血球系前駆細胞を培養する ことを包含する。培養後、胎児赤血球系細胞細胞を単離することができる。1の 具体例において、本発明方法は、妊婦から末梢血試料を得て、赤血球系細胞増殖 因子、例えば、エリスロポエチンを含有する培地にて末梢血試料中の細胞を培養 し、次いで、胎児赤血球系細胞を培地から単離することからなる。 用語「妊婦由来の末梢血試料」は、母親の血液試料をも意味し、胎児のいる妊 婦由来の末梢血ソース(例えば、腕の静脈からのもの)から得た(例えば、注射 器で)血液試料を包含する。本発明方法において使用する前に、ヘパリンのごと き血液凝固を抑制する剤で末梢血試料を処理することができる。好ましくは、末 梢血試料は約5〜20mlの血液を含有する。より好ましくは、試料は約10m lの血液を含有する。妊娠6週程度で試料を得てもよく、あるいは2回目の3カ 月の中期あたりで得てもよいが、好ましくは、妊娠約8週ないし16週の間に得 る。最も好ましくは、試料を妊娠約12週で得る。妊娠12週において、胎児血 液中1ミリリットルの循環血液あたり約50000個のnRBCsが存在するが 、妊娠20週までには胎児血液1ミリリットルあたりわずか約1000個しか存 在しなくなることが知られている(ホルツグレーブ,ダブリュ(Holzgreve,W.) ら、 ザ・ジャーナル・オブ・リプロダクティブ・メディシン(The Journal of Repro ductive Medicine)第37巻、410〜418頁(1992年))。 用語「培地」で「細胞を培養」とは、一般的には、細胞の生存に適する培地に 細胞を接触させ、一定時間細胞の生存に適する条件下で培地中の細胞をインキュ ベーションして細胞を増殖およびおそらくは分化させることをいう。用語「培地 」は、胎児細胞、例えば、赤血球系前駆細胞の生存および増殖を可能にする液体 もしくは半固体溶液または材料を包含する。一般的には、適当な培地は、炭水化 物のごとき栄養源(例えば、糖)、血清(例えば、ウシ・胎児血清)中に見いだ されるような一般的な増殖因子、および補足されるL−グルタミンのごときアミ ノ酸を含有する。培地は、ペニシリンおよびストレプトマイシンのごとき抗生物 質、還元剤(例えば、2−メルカプトエタノール)、付加的な蛋白(例えば、ウ シ・血清アルブミン)、緩衝化剤(例えば、重炭酸ナトリウム)および/または pH指示薬(例えば、フェノールレッド)を含有してもよい。一般的には、培養 中の哺乳動物細胞の生存に適した条件は、37℃、4%〜5%CO2である。培 養時間の長さは、所望細胞数(すなわち、所望細胞数を得るに必要な増殖の程度 )および/または所望の細胞分化により変更されるが、一般的には少なくとも約 48時間である。好ましくは、細胞を約4日間培養する。より好ましくは、細胞 を約6日間培養する。 好ましい具体例において、さらに培地は半固体マトリックス材料を包含する。 用語「半固体マトリックス材料」は、液体培地に添加された場合、液体培地をゼ ラチン性の半固体状態に変化させる物質を包含する。半固体培地は、やはり細胞 が増殖するが(すなわち、細胞増殖を阻害しない程度には固くない)、培地中の 単離細胞が増殖位置から移動できない培地である。半固体マトリックス材料は増 殖中の細胞を該マトリックス材料に付着させ、そのことにより、培地中での細胞 の移動を防止する。半固体培地中の単一細胞の増殖は、もとの単一細胞からの分 裂により生じる個別の細胞コロニーを生じる。半固体培地の光学顕微鏡試験によ り1の細胞コロニーを他の細胞コロニーから識別することができる。適当な半固 体マトリックスは、メチルセルロース、寒天ゲルおよび血漿クロットを包含する 。 例えば、ステファンソン,ジェイ・アール(Stephenson,J.R.)ら、プロシーディ ングス・オブ・ナショナル・アカデミー・オブ・サイエンシズ・ユーエスエイ第 68巻、1542〜1546頁(1971年);イスカブ,エヌ・エヌ(Iscove, N.N.)ら、ジャーナル・オブ・セル・フィジオロジー(J.Cell Physiol.)第8 3巻、309〜320頁(1974年);およびパイク,ビー・エル(Pike,B.L. )とロビンソン,ダブリュ・エイ(Robinson,W.A.)、ジャーナル・オブ・セル・ フィジオロジー第76巻、77頁(1970年)参照。 母親の血液試料からの胎児細胞の分離にとり好ましい培地は、1.1%メチル セルロース、30%ウシ胎児血清、1% BSA、1%ペニシリン−ストレプト マイシン、1%L−グルタミン、10-4Mの2−メルカプトエタノールを添加し たイスカブの改変ダルベッコ培地(Iscove's Modified Dulbecco's Medium)( IMDM;市販品;ホイティカー(Whitaker)のシグマ(Sigma)社製)である 。好ましい培養条件は、37℃、4%〜5%CO2で約96時間の細胞のインキ ュベーションである。典型的には、培養ディッシュまたは培養フラスコのごとき 培地のための適当な容器中で細胞を培養する。 母親の血液試料の細胞が培養される培地は細胞増殖因子をも含有する。用語「 細胞増殖因子」は胎児細胞の増殖または分化を刺激する因子を包含する。細胞増 殖因子の例は:リンパ球前駆細胞の分化を刺激する因子、例えば、インターロイ キン−2(IL−2)、インターロイキン−4(IL−4)ならびにインターロ イキン−7(IL−7)、および造血前駆細胞を刺激する因子、例えば、造血細 胞増殖因子(赤血球系細胞増殖因子を含む)、例えばインターロイキン−3(I L−3)、顆粒球−マクロファージコロニー刺激因子(GM−CSF)、単球− マクロファージコロニー−刺激因子(M−CSF)、顆粒球コロニー−刺激因子 (G−CSF)、エリスロポエチン(EPO)、およびヒト・組み換え幹細胞因 子(rhSCF)包含する。 母親の血液試料中の細胞が培養される培地は、赤血球系細胞増殖因子を含有し てもよい。用語「赤血球系細胞増殖因子」は、ヒト・赤血球系前駆細胞の成長お よび増殖を支持する因子を包含する。例は:エリスロポエチン(EPO)、およ びバースト促進活性(BPA)包含する。これらの赤血球系細胞増殖因子を単独 で、あるいは互いに組み合わせて与えることができる。 用語「エリスロポエチン」は、ヒト・赤血球系前駆細胞の成長および増殖を支 持する蛋白エリスロポエチンの調製物を包含する。天然ソースからのエリスロポ エチン蛋白の精製によりエリスロポエチンを調製してもよく、あるいは組み換え DNA法によるエリスロポエチン遺伝子の発現によりエリスロポエチンを調製し てもよい。ヒトの尿から単離されたエリスロポエチンの粗調製物を用いることが でき、シグマから市販されている(カタログ番号E5011、50U/mg)。 他の市販調製物は、シグマE9761番(ヒト・組み換え型;100000U/ mg)、E9757番(ヒト・尿由来;80000U/ml)、E2639番( ヒト・尿由来;500V/mg)およびE2514(ヒト・尿由来;100U/ mg)を包含する。好ましくは、エリスロポエチンはヒト由来であるが、ヒト・ 赤血球系前駆細胞の増殖および分化を支持できる別の種由来のエリスロポエチン を用いてもよい。例えば、ヒトおよびマウスの細胞はともに、ヒツジまたはヒト のエリスロポエチンにより刺激された(イスカブ,エヌ・エヌら、ジャーナル・ オブ・セル・フィジオロジー第83巻、309〜320頁(1974年)参照) 。所望の赤血球系前駆細胞の増殖および/または分化の結果を得るに十分な濃度 のエリスロポエチンを用いる。培地中のエリスロポエチンの好ましい濃度範囲は 約0.25U/mlないし1U/mlである。 培地中のエリスロポエチンに曝露された赤血球系前駆細胞は刺激されて増殖し 分化するであろう。多くの理由により、エリスロポエチンは、母親の血液試料由 来の細胞中の胎児赤血球系前駆細胞の増殖および分化を優先的に刺激する。第1 に、ヒト・胎児肝臓由来の胎児赤血球系前駆細胞は、ヒト・成人由来の赤血球系 前駆細胞よりもエリスロポエチンの刺激効果に対して感受性があることが示され ている(ペシュレ,シー(Peschle,C.)ら、ブラッド(Blood)第58巻、565 〜572頁(1981年)参照)。第2に、使用エリスロポエチン濃度(例えば 、0.25U/mlないし1U/ml)は成人赤血球系前駆細胞の最適刺激濃度 (2〜4U/ml)よりも低い(リンチ(Linch)ら、ブラッド第59巻、97 6〜 979頁(1982年)参照)。最後に、ヒト・成人における赤血球系前駆細胞 は成人の造血部位である骨髄にのみにほぼ限られて見いだされ、それゆえ、もし 存在してもわずかの母親の赤血球系前駆細胞しか母親の末梢血に存在しないはず である。 2つのタイプの胎児赤血球系前駆細胞がエリスロポエチンの刺激効果に応答し うる。それらは:成熟もしくは後期BFU−E(以後、M−BFU−Eという) およびCFU−Eである。顕微鏡で調べることのできるそれらの形態により、M −BFU−EおよびCFU−E由来のコロニーを互いに識別することができ、さ らに他の細胞タイプから識別することができる。BFU−E由来のコロニーは通 常は100個以上の細胞を含み、数千個の細胞を含むことができ、細胞の拡散し た「バースト」または散在パターンに配列されている。CFU−E由来のコロニ ーは、より小型でよりコンパクトなコロニーに配列された約20ないし150個 の細胞を含む。CFU−E由来のコロニーは培養の最初に1週間で成熟するが、 BFU−E由来のコロニーは発達により長時間を要する。さらに、CFU−E由 来のコロニーはさらに成熟し、分化して有核赤芽球のごとき赤血球系細胞を形成 し、顕微鏡で同定できる可視的なヘモグロビン形成を示す。 赤血球系細胞増殖因子、例えば、エリスロポエチンを含有する培地中で細胞を 培養した後、赤血球系細胞を培地から単離する。用語「単離」は、他の細胞およ び/または培地からの1個またはそれ以上の細胞もしくは細胞コロニーの分離を いう。細胞を十分に低密度で半固体培地にて増殖させて個別の識別可能な細胞コ ロニーを形成させる場合、これらの細胞コロニーはすでに半固体培地中の他の細 胞から単離されている。培地から細胞を取ることにより細胞または細胞コロニー をさらに単離することができる。例えば、光学顕微鏡下で培養物を試験すること により個別の細胞コロニーを同定し、培地から細胞を取り出すことにより培地か ら取ることができる。吸い出しパスツールピペットまたは他の適当なピペットの ごとき器具を用いて細胞を効率的に取り出して細胞を取り扱うことができる。例 えば、ピペットで取ることにより培地から細胞を分離したならば、細胞を保持容 器(例えば、試験管)、固体支持体(例えば、顕微鏡スライド)、新鮮培地、ま たは細胞のさらなる増殖、取り扱いもしくは分析に適した他の場所に移すことが できる。好ましい具体例において、細胞の単一コロニーを培地から取り、顕微鏡 スライドに移す。 用語「胎児細胞」は、母親の末梢循環血液中に存在する胎児細胞を包含する。 胎児細胞は、細胞増殖因子とのインキュベーション後に成熟細胞、例えば、顆粒 球、単球または白血球に分化しうる胎児前駆細胞を包含する。例えば、胎児リン パ球前駆細胞をIL−2、IL−7またはIL−4とともに培養して成熟Tまた はB−リンパ球に分化させることができる。G−CSFおよび/またはGM−C SFのごとき因子とともに他の胎児前駆細胞を培養して成熟顆粒球に分化させる ことができる。 用語「赤血球系細胞」は、赤血球系細胞増殖因子、例えば、エリスロポエチン とともに培養することにより赤血球系前駆細胞から由来する細胞を包含する。赤 血球系細胞増殖因子、例えば、エリスロポエチンとともに赤血球系前駆細胞を培 養することは、前駆細胞をより成熟した赤血球系統の発達段階へと分化させる。 よって、培養後に存在する細胞は異なる段階の赤血球系の発達経路にある細胞タ イプの混合物であってもよい。異なる段階の赤血球系の発達経路にある細胞は互 いに形態学的に異なる可能性がある。BFU−EおよびCFU−Eコロニーのご とき赤血球系前駆細胞の形態を有する細胞もしくは細胞のコロニー、または有核 赤芽球のごとき可視的なヘモグロビン形成を伴う細胞を包含するより発達した赤 血球系細胞は、赤血球系細胞増殖因子、例えばエリスロポエチン中での赤血球系 前駆細胞の培養後に検出でき、培地から単離することができる。 妊婦から得た末梢血試料由来の細胞を培養する前に、試料中の1またはそれ以 上のタイプの細胞を豊富化するように試料を処理することができる。母親の血液 試料は、リンパ球、単球、顆粒球、ならびに潜在的には胎児細胞、例えば赤血球 系前駆細胞のごとき有核細胞、および無核成熟赤血球の両方を含有する。無核成 熟赤血球は末梢血試料中の大部分の細胞を構成し、培養前にこれらの細胞を試料 から除去することがしばしば望ましい。有核細胞に富む試料を得る豊富化の前の 末梢血試料中に存在する有核細胞の割合に対して末梢血試料中に存在する有核細 胞の割合を増加させることができる。次いで、有核細胞を豊富化した試料を培養 に用いる。用語「有核細胞の割合」は、試料中の全細胞、すなわち、有核および 無核細胞の数に対する有核細胞のパーセンテージをいう。用語「豊富化の前の.. ....に存在する割合に対して増加」は、試料中に存在する有核細胞のパーセンテ ージが、豊富化処理前の試料中に存在した有核細胞のパーセンテージよりも豊富 化処理後において大きいことを意味する。試料から無核細胞を除去することによ り、および/または無核細胞から有核細胞を分離することにより、有核細胞およ び無核細胞の両方を含有する末梢血のごとき試料中の有核細胞のパーセンテージ を出発試料に対して増加させることができる。用語「有核細胞を豊富化した試料 」は、試料中の有核細胞のパーセンテージが豊富化手順前の母親の血液試料に存 在するパーセンテージに対して増加している母親の血液試料から得られる試料を 包含する。 1の具体例において、妊婦から得た末梢血試料中の有核細胞から無核細胞を分 離することにより、有核細胞を豊富化した試料を得る。用語「分離」は、無核細 胞よおび有核細胞を互いに単離することを意味する。密度勾配遠心分離により、 無核細胞を有核細胞から分離することができる。用語「密度勾配遠心分離」は、 細胞混合物、例えば、血液試料の細胞を遠心チューブのごとき容器に入れて遠心 分離し、特定の密度の特定の物質を通過させて異なる細胞タイプを含む層を形成 させる方法をいう。遠心分離条件下では、細胞は、それらの細胞サイズおよび密 度の関数として密度勾配物質中を移動する。それゆえ、密度勾配遠心分離を用い て、細胞サイズおよび密度の相違に基づいて細胞を分離することができる。無核 赤血球は有核細胞とは異なるサイズおよび密度を有するので、密度勾配遠心分離 により有核細胞から分離されうる。密度勾配遠心分離により無核細胞と有核細胞 とを分離するのに適したいくつかの物質が市販されている。これらは、フィコー ル(Ficoll)(スゥエーデンのウプサラのファルマシア(Pharmacia)社製)、 ヒストパーク(Histopaque)(ミズーリ州セントルイスのシグマ(Sigma)社製) 、ニコデンズ(Nycodenz)(ノルウェーのオスロのニコメド・ファーマ(Nycome d Pharma)社製;米国においてギブコBRL(Gibco BRL)から市販)、ポリモ ル フプレプ(Polymorphprep)(ノルウェーのオスロのニコメド・ファーマ社製; 米国においてギブコBRLから市販)を包含する。適当な遠心速度および時間が 製造者により決定されている。一般的には、適当な遠心速度および時間は400 〜500gで室温において20〜35分である。 遠心分離後、典型的には、材料血液試料は少なくとも3層に分離する。該3層 とは、血清および血漿板を含有する上清層;単核細胞層;および無核赤血球えお 含有する凝集ペレットである。有核細胞を含み、大部分の無核赤血球を欠く1ま たはそれ以上の細胞層(例えば、単核細胞層)をグラジエントから取って、有核 細胞が豊富化した試料を得る。 もう1つの具体例において、無核細胞の選択的溶解により、無核細胞を有核細 胞から分離することができる。用語「選択的溶解」は、他の細胞タイプ、例えば 、有核細胞に対して1の細胞タイプ、例えば、無核細胞の優先的破壊をいう。有 効であることが知られており、慣用的には無核赤血球の溶解に使用される多くの 低張バッファーの1つ、例えば、0.17M HN4Cl,0.01M Tris, pH7.3の中で母親の血液試料中の細胞をインキュベーションすることができ る(例えば、チイリカイネン(Tiilikainen)ら、トランスプランテイション(T ransplantation)第17巻、355頁(1974年)およびマセラ(Macera)ら 、リューケミア・リサーチ(Leukemia Research)第13巻、729〜734頁 (1989年)参照)。また、この目的に適するバッファーは市販されている( 例えば、ジェントラック(GenTrak)の「ライズ・アンド・フィックス(Lyse an d Fix))。無核細胞の選択的溶解に適した適切なバッファー中でのインキュベ ーション後、得られる細胞試料は有核細胞を豊富化した試料である。 好ましい具体例において、試料中の胎児細胞、例えば、胎児赤血球系前駆細胞 を豊富化するために、培養する前に母親の血液試料を取り扱う。末梢血試料中に 存在する胎児細胞、例えば、胎児赤血球系前駆細胞の割合を、胎児細胞、例えば 、胎児赤血球系前駆細胞が豊富化された試料を作成する豊富化前の末梢血中に存 在する胎児細胞、例えば、胎児赤血球系前駆細胞の割合に対して増加させること ができる。次いで、胎児細胞が豊富化された試料を培養に用いる。用語「胎児細 胞、 例えば、赤血球系前駆細胞の割合」は、試料中の全細胞、すなわち、有核細胞お よび無核細胞の数に対する胎児細胞のパーセンテージをいう。用語「豊富化前.. ....存在する割合に対して増加」は、試料中に存在する有核細胞のパーセンテー ジが、豊富化処理前の試料中に存在した有核細胞のパーセンテージよりも豊富化 処理後において大きいことを意味する。他の細胞タイプ、例えば、無核細胞およ び他のタイプの有核細胞を試料から除去することにより、および/または特定の タイプの細胞、例えば、赤血球系前駆細胞を無核細胞および他のタイプの有核細 胞から分離することにより、他の細胞タイプを含有する末梢血のような試料中の 特定のタイプの胎児細胞、例えば赤血球系前駆細胞のパーセンテージを出発試料 に対して増加させることができる。用語「胎児細胞、例えば、赤血球系前駆細胞 が豊富化された試料」は、胎児細胞、例えば、試料中に存在する赤血球系前駆細 胞が豊富化処理前の母親の血液試料中に存在するパーセンテージに対して増加し ている母親の血液試料由来の試料を包含する。 選択された細胞タイプおよび他の細胞タイプの細胞サイズおよび密度の相違に 基づく密度勾配遠心分離により、特定のタイプの胎児細胞、例えば、赤血球系前 駆細胞を無核細胞、例えば、成熟赤血球および他のタイプの有核細胞、例えば、 リンパ球および単核細胞から分離することができる。1の具体例において、「2 重密度勾配遠心分離」を行う。用語「2重密度勾配遠心分離」は、細胞混合物、 例えば、血液試料の細胞を遠心チューブのごとき容器に入れ、異なる密度の2種 またはそれ以上の物質を通して異なる細胞タイプを含む層を形成させるか、ある いは別法として、ある密度の1の物質を通して細胞混合物を遠心分離し、1また はそれ以上の層を取り、取った細胞を第2の物質(好ましくは、第1の物質とは 異なる密度である)を通して再遠心分離して異なる細胞タイプを含む層を形成す る方法を包含する。1層の密度勾配遠心分離用と記載されたグラジエント物質( 例えば、フィコール、ヒストパーク、ニコデンズ、ポリモルフプレプ)を用いて 2重密度勾配遠心分離を行うことができる。 ポリモルフプレプ(ニコメド;ギブコBRLカタログ番号100−1971) を用いる密度勾配遠心分離により、胎児細胞、例えば赤血球系前駆細胞が豊富化 された試料を得ることができる。希釈されていない抗凝集処理された母親の血液 試料の全血をグラジエント物質を通して遠心分離して以下の層(チューブの上か ら下へ)を形成させる:血清および血小板を含む上清層;リンパ球および単球を 含む単核細胞層(「バフィーコート(buffycoat)」);多形核白血球、有核赤 血球および赤血球系前駆細胞を含む多形核細胞層;および無核赤血球ペレット。 多形核細胞層を取り、胎児赤血球系前駆細胞が豊富化された試料を得ることがで きる。 さらに、ヒストパークを用いる2層密度勾配遠心分離を用いて赤皿球系前駆細 胞が豊富化された試料を得ることができる。リン酸緩衝化セイライン中に1:1 希釈された母親の血液試料を、ヒストパーク1119(密度=1.119)上に 重層されたヒストパーク1077(密度=1.077g/ml)からなる2重密 度勾配を通して遠心分離して下記の層(チューブの上から下へ)を形成させる: 上清層;単核細胞層(「バフィーコート」);グラジエント1.077と1.11 9との界面の赤血球系前駆細胞を含む有核赤血球細胞層;および無核赤血球ペレ ット。有核赤血球層を取り、赤血球系前駆細胞が豊富化された試料を得ることが できる。さらに、実施例1に記載のごとく、ヒストパーク1077および111 9を連続的に用いて胎児細胞、例えば、胎児赤血球系前駆細胞が豊富化された試 料を得ることができる。 単一または2層密度勾配遠心分離を行う場合、細胞層は常に分離していて同定 可能であるとは限らない。それゆえ、数個の異なる細胞層を取り、胎児細胞、例 えば赤血球系前駆細胞が正しく選択されたことを確認し、かつ比較目的のために 、細胞増殖因子、例えば赤血球系細胞増殖因子、例えばエリスロポエチンを含有 する培地で別々に培養してもよい(すなわち、他の細胞層が対照として役立ち得 る)。 無核細胞および/または他の細胞タイプを母親の血液試料から除去する他の方 法、あるいは赤血球系前駆細胞を豊富化させる他の方法を用いて、胎児細胞、例 えば、胎児赤血球系前駆細胞が豊富化された試料を得ることもできる。例えば、 特定の細胞タイプ上に存在する細胞表面マーカーに特異的な抗体を用いて母親の 血液試料中の特定の細胞タイプを除去または豊富化することができる。選択され た胎児細胞、例えば胎児赤血球系前駆細胞に特異的な抗体を用いて、例えば、フ ローサイトメトリー、パンニング(panning)または免疫磁気分離により赤血球 系前駆細胞を選択することができる(積極的な細胞の選択)。別法として、選択 された胎児細胞以外の細胞タイプ上に存在するマーカーに特異的な抗体を用いて 、例えば、フローサイトメトリー、パンニング(panning)または免疫磁気分離 により(消極的な細胞の選択)、あるい補体により媒介される抗体に結合した細 胞の溶解により、特定の細胞タイプを母親の血液試料から除去することができる 。 細胞増殖因子、例えば、赤血球系細胞増殖因子、例えばエリスロポエチンを含 有する培地中での、母親の血液試料、有核細胞が豊富化された試料または胎児細 胞、例えば赤血球系前駆細胞が豊富化された試料の培養により、好ましくは、胎 児細胞のコロニーが得られるが(例えば、末梢血中の材料赤血球系前駆細胞の不 足およびエリスロポエチンに対する胎児赤血球系前駆細胞の高感受性のため)、 赤血球系細胞または細胞コロニーを形態学的に胎児由来であると同定することは できない。それゆえ、胎児細胞を胎児由来であると同定するために、本発明方法 は、さらに、胎児細胞上またはその中の胎児細胞マーカーを検出することからな っていてもよい。用語「胎児細胞マーカー」は、胎児細胞を母親の細胞から識別 するのに用いることのできる、胎児細胞上またはその中に存在する細胞表面、細 胞質または核の構造もしくは分子を包含する。 用語「胎児細胞マーカーを検出」は、胎児細胞マーカーそれ自体の検出または 胎児細胞マーカーに結合する別の分子の検出を包含する。例えば、細胞またはそ の一部を胎児細胞マーカーに対して反応する抗体と接触させることにより、胎児 細胞マーカーを胎児細胞上またはその中において検出することができる。抗体を 検出可能な物質で標識することができ、あるいは別の分子、例えば、第1の抗体 に対して反応する、検出可能な物質で標識された第2の抗体とさらに反応させる ことができる。適当な検出可能物質は、酵素、補欠分子族、蛍光物質、発光物質 および放射性物質を包含する。適当な酵素の例は、セイヨウワサビ・ペルオキシ ダーゼ、ビオチン、アルカリ性ホスファターゼ、β−ガラクトシダーゼ、または アセチルコリンエステラーゼを包含し;適当な酵素/補欠分子族複合体の例はス トレプトアビジンとビオチンを包含し;適当な蛍光物質の例は、ウンベリフェロ ン、フルオレセイン、フルオレセインイソチオシアネート、ローダミン、ジクロ ロトリアジニルアミンフルオレセイン、ダンシルクロリドまたはフィコエリスリ ンを包含し;発光物質の例はルミノールを包含し;適当な放射性物質の例は、12 5 I、131I、35Sまたは3Hを包含する。標準的な免疫組織化学的方法を用い、 胎児細胞マーカーに対する抗体を用いて胎児細胞マーカー発現を検出することが できる。 母親の細胞と比較すると胎児細胞上またはその中に優先的にあるいは専ら発現 される蛋白を胎児細胞マーカーとして用いることができ、該蛋白に対する抗体を 用いて検出することができる。胎児細胞マーカーとして用いることのできる適当 な蛋白は、胎児ヘモグロビンおよび胎児ヒストン蛋白H01を包含する。胎児ヘ モグロビンは細胞質蛋白であるが、胎児H01は核蛋白である。さらに、胎児赤 血球系細胞上またはその中に優先的にあるいは専ら発現される抗原決定基を胎児 細胞マーカーとして用いることができる。胎児細胞マーカーとして用いることの できる適当な抗原決定基の例はi抗原決定基である。i抗原決定基は、胎児赤血 球系細胞上に存在する分枝していない膜炭水化物である。一般的には、成人の赤 血球はiを発現しないが、むしろ分枝炭水化物であるI抗原決定基を発現する。 胎児細胞マーカーの他の例は、母親の細胞と比較して胎児細胞に独自の核酸配 列を包含する。男性の胎児由来の胎児細胞の場合には独自の核酸配列の例はY染 色体DNA、および親の多型性またはHLA抗原アリールのごとき多型性アリー ルを含むDNAを包含する。 胎児細胞の培養および単離後、本発明方法は、さらに、単離胎児細胞、例えば 胎児赤血球系細胞の胎児核酸中の対象核酸配列を検出することからなる。用語「 対象核酸配列」は、DNA、例えば染色体DNA、または染色体DNAもしくは 染色体DNAから増幅されたものに含まれる特定の遺伝子フラグメント、並びに RNA、例えばmRNAもしくは核RNAを包含する。用語「胎児核酸」は、胎 児DNAおよびRNA、例えば、胎児染色体DNAおよび胎児mRNAを包含す る。胎児細胞を胎児由来であると同定するために(すなわち、胎児核酸は胎児細 胞マ ーカーでありうる)、さらに胎児の性の決定のごとき分析、胎児における遺伝疾 患の検出および胎児における染色体異常の検出のために、胎児細胞中の核酸にお ける対象核酸の検出を用いることができる。診断または他の目的のために、本明 細書記載のごとく培養され単離された胎児細胞中の胎児核酸を対象核酸の存在に 関して分析することができる。 細胞中に存在する胎児核酸を検出に利用できるように培養された胎児細胞を処 理することができる。例えば、対象核酸を酵素的に増幅することにより、および /または標識核酸プローブを対象核酸配列にハイブリダイズさせることにより、 対象核酸配列を利用可能な胎児核酸において検出することができる。対象核酸配 列を検出するのに用いる標識プローブは、例えば、標識DNAプローブ、標識R NAプローブまたは標識オリゴヌクレオチドであってよい。胎児細胞を煮沸して それらを溶解することにより胎児DNAを利用可能とし、それにより、例えば胎 児DNAの増幅の前に胎児DNAを遊離させることができる。例えば、インシト ゥ(in situ)ハイブリダイゼーションの前に胎児赤血球系細胞または赤血球系 細胞核を顕微鏡スライドに固定することにより、胎児細胞を固体支持体、例えば 、顕微鏡スライドに付着させて胎児核酸を利用可能にすることができる。例えば 、対象核酸配列に相補的な標識核酸プローブのインシトゥハイブリダイゼーショ ンにより、胎児細胞またはその一部(例えば、核)における胎児核酸を直接検出 することができ、あるいは検出の前にポリメラーゼ連鎖反応(PCR)のごとき 既知増幅方法を用いて胎児核酸を増幅することができる。胎児DNA中の対象D NA配列を特異的に増幅するPCR増幅用プライマーを選択する。 胎児赤血球系細胞の胎児核酸中の検出されるべき核酸配列を、本明細書では「 対象核酸配列」という。1の具体例において、対象核酸配列はY染色体DNA配 列である。用語「Y染色体DNA配列」は、繰り返し配列を含むY染色体に独自 のヌクレオチド配列を包含する。胎児細胞マーカーの検出および胎児の性の決定 の両方にY染色体DNA配列の決定を用いることができる。 もう1つの具体例において、対象核酸配列は疾病を引き起こす変異に関連した 遺伝子の配列である。用語「疾病を引き起こす変異に関連した遺伝子の配列」は 、 疾病を引き起こすかまたは疾病に関連した変異を含む可能性のある遺伝子、ある いは疾病を引き起こすかまたは疾病に関連した変異を含む可能性のある遺伝子に 結合した遺伝子の全体または一部を含む核酸配列を包含する。すなわち、検出さ れた遺伝子配列または検出された遺伝子配列に結合した遺伝子配列は、変異が存 在する場合には、疾病を引き起こすかまたは疾病に関連した変異を含む可能性が ある。かかる配列の検出を用いて、胎児が変異により引き起こされる疾病または 変異に関連した疾病を有するかどうかを調べることができる。 さらにもう1つの具体例において、対象核酸配列は染色体異常を検出する。用 語「染色体異常を検出」は、染色体数の変化、染色体欠失、染色体転移および/ または染色体交代を検出しうるヌクレオチド配列を包含する。染色体異常を検出 しうる対象核酸配列は、例えば、特定の染色体由来の繰り返し配列のごとき特定 の染色体の特異的な核酸配列であってよい。染色体異常の検出について試験され る好ましい染色体は、染色体13、18、21、XおよびYを包含する。これら の特定の染色体に関して染色体の三染色体性は最も一般的である。標準的方法に より染色体異常の検出に適した核酸プローブの調製を行うことができる。例えば 、クリンガー・ケイ(Klinger,K.)ら、アメリカン・ジャーナル・オブ・ヒュー マン・ジェネティクス(Am.J.Hum.Genet.)第51巻、55〜65頁(1992 年)参照。 1の具体例において、インシトゥハイブリダイゼーションにより胎児細胞の胎 児核酸において対象核酸を検出する。インシトゥハイブリダイゼーションを用い て染色体DNAを検出し、かつ、細胞質mRNAを検出することができる。例え ば、リヒター,ピー(Lichter,P.)らヒューマン・ジェネティクス(Hum.Genet. )第80巻、224〜234頁(1988年)およびシンガー(Singer)らに付 与された米国特許第4,888,278号参照。インシトゥハイブリダイゼーショ ンを実行する場合、胎児細胞を顕微鏡スライドのごとき固体支持体上で分離して 胎児核酸が検出に使用可能になるようにする。実施例3により詳しく記載するよ うに、インシトゥハイブリダイゼーションを用いて、例えば、胎児DNA中のY 染色体特異的配列を検出して胎児の性の決定を行うことができる。実施例5によ り 詳しく記載するように、インシトゥハイブリダイゼーションを用いて、三染色体 性のごとき染色体異数性、あるいは染色体転移または欠失を包含する胎児におけ る染色体異常を評価することができる。 もう1つの具体例において、対象核酸配列の検出の前に胎児DNAを酵素的に 増幅する。実施例4においてより詳しく記載するように、胎児DNAをPCRに より増幅することができる。増幅を行う場合、胎児赤血球系細胞を煮沸により溶 解することができ、次いで、変性およびアニーリングの適当数(例えば、約24 〜60)のサイクルで胎児DNAを増幅することができる。対照試料は、偽陽性 増幅をモニターするためのDNA添加しない試験管を包含する。PCR条件を正 しく改変して、1種よりも多い胎児遺伝子を同時に増幅することができる。「マ ルチプレックス(multiplex)」として知られるこの方法は、デュシエンの筋ジ ストロフィー(Duchenne's Muscular Dystrophy)の診断において6セットのプ ライマーとともに用いられている(チャンバーレイン,ジェイ・エス(Chamberl ain,J.S.)ら、プレナタル・ダイアグノシス(Prenat.Diagnosis)第9巻、34 9〜355頁(1989年))。増幅を行う場合、得られた増幅生成物は、対象 配列(すなわち、その存在が検出および/または定量されるDNA)および他の DNA配列からなる増幅された胎児DNAを含んでいる。既知方法、例えば、ゲ ル電気泳動を用いて、増幅された胎児対象DNA配列および他のDNA配列を分 離することができる。制限エンドヌクレアーゼでの消化、臭化エチジウム染色ア ガロースゲルの紫外線による可視化、DNA配列決定、または標識DNAプロー ブ、例えば特異的オリゴヌクレオチドプローブとのハイブリダイゼーション(サ イキ,アール・ケイ(Saiki,R.K.)ら、アメリカン・ジャーナル・オブ・ヒュー マン・ジェネティクス第43巻(補):A35(1988年))のごとき既知方 法を用いて、引き続き増幅DNAの分析を行うことができる。アリール特異的配 列の増幅およびそれに対するハイブリダイゼーションは、増幅された「母親の」 試料と「胎児の」試料との間に多型性の相違が存在するかどうかを調べることが でき、さらに胎児DNAにおける父親の多型性の検出に基づいて女性の胎児を同 定するために該ハイブリダイゼーションを用いることができる。胎児 の常染色体性染色体において父親由来のDNA配列を同定することができる。し たがって、本発明方法を用いて、母親の血液から女性胎児細胞、並びに男性胎児 細胞を分離し同定することができる。よって、羊水穿刺のごとき他の方法で現在 行われているすべての核酸をベースとした診断手順に本発明方法を用いることが できる。 増幅後、増幅混合物を核酸フラグメントのサイズに基づいて分離することがで き、得られたサイズにより分離された胎児核酸を適当な選択核酸プローブまたは プローブ(対象核酸配列に対して十分に相補的であって、使用条件下で胎児核酸 中の対象核酸配列にハイブリダイズする核酸)と接触させることができる。一般 的には、核酸プローブを標識する(例えば、放射性物質、蛍光発色団または他の 検出可能な物質で)。サイズにより分離された胎児核酸および選択核酸プローブ を、相補的核酸配列のハイブリダイゼーションが起こるに適した条件下に十分な 時間維持し、胎児核酸/核酸プローブ複合体を生じさせた後、既知方法を用いて 該複合体の検出を行う。例えば、プローブが標識されている場合、胎児核酸/標 識核酸プローブ複合体を検出および/または定量することができる(例えば、オ ートラジオグラフィー、蛍光標識の検出により)。標準曲線(すなわち、検出さ れる標識量と存在する核酸の量との間の前以て調べられた関係)との比較によっ て標識された複合体の量(および胎児核酸の量)を決定することができる。 次いで、オートラジオグラフィーのごとき既知方法を用いて胎児DNA/標識 プローブ複合体を検出する。対象核酸および胎児DNAに相補的な核酸プローブ のハイブリダイゼーションの有無を簡単に調べることができ、対象核酸配列を含 む胎児DNA量を調べることができる。その結果は、母親の血液試料から得られ た胎児DNAの定性的または定量的評価である。疾病を引き起こす変異を有する 可能性のある多くの遺伝子に関して、遺伝子中の疾病を引き起こす変異の存在を 示す制限部位の多型性を検出するプローブが利用可能である。対象とする疾病に 関連した遺伝子に特異的な核酸プローブを用いる胎児DNA中のかかる制限部位 の多型性の検出は、胎児DNAが遺伝子中に変異を有し、それゆえ、胎児が疾病 を有することを示す。 疾病または症状に関連した胎児核酸の存在を、本発明方法により検出および/ または定量することができる。例えば、プローブSt14(オベール,アイ(Obe rle,I.)ら、ニュー・イングランド・ジャーナル・オブ・メディシン(NewEngl. J.Med.)第312巻、682〜686頁(1985年))、49a(グエリン, ピー(Guerin,P.)ら、ヌクレイック・アシッズ・リサーチ(Nucleic Acids Res .)第16巻、7559頁(1988年))、KM−19(ガスパリーニ,ピー( Gasparini,P.)ら、プレナタル・ダイアグノシス第9巻、349〜355頁(1 989年))、またはデュシエン筋ジストロフィー(DMD)遺伝子に関する欠 失傾向のエキソン(チャンバーレイン,ジェイ・エスら、ヌクレイック・アシッ ズ・リサーチ第16巻、11141〜11156頁(1988年))に由来する 配列をプローブとして用いる。St14は、母親のDNAから女性胎児のDNA を識別するのに用いることのできるX染色体のロングアームから単離された非常 の多型性の配列である。それは因子VIII:Cに関する遺伝子の近くにマッピング され、よって、血友病Aの出産前診断に用いることができる。DMD遺伝子にお ける6種の最も通常に欠失したエキソンに隣接した配列に対応するプライマーで あって、PCRによりうまくDMDの診断に用いられているプライマーを用いる こともできる(チャンバーレイン,ジェイ・エスら、ヌクレイック・アシッズ・ リサーチ第16巻、11141〜11156頁(1988年))。本発明方法に より診断することのできる他の症状は、嚢胞性線維症(ニュートン,シー・アー ル(Newton,C.R.)ら、ランセット(Lancet)第2巻、1481〜1483頁( 1989年));β−地中海貧血(カイ,エス−ピー(Cai,S-P.)ら、ブラッド (Blood)第73巻:372〜374頁(1989年);カイ,エス−ピーら、ア メリカン・ジャーナル・オブ・ヒューマン・ジェネティクス(Am.J.Hum.Genet. )第45巻:112〜114頁(1989年);サイキ,アール・ケイ(Saiki,R .K.)ら、ニュー・イングランド・ジャーナル・オブ・メディシン第319巻、 537〜541頁(1988年))、鎌状細胞貧血(サイキ,アール・ケイら、 ニュー・イングランド・ジャーナル・オブ・メディシン第319巻、537〜5 41頁(1988年))、フェニルケトン尿症(ディレラ,アイ・ジ ー(DiLella,A.G.)ら、ランセット第1巻、497〜499頁(1988年)) 。それぞれの症状の評価のために本発明方法において使用する適当なプローブ( または複数のプローブ)が利用できる(例えば、PCT出願WO91/0766 0参照)。 もう1つの具体例において、本発明は、妊婦からの末梢血試料からの中期の胎 児赤血球系細胞の単離方法に関する。該方法は、妊婦から末梢血試料を得て、赤 血球系細胞増殖因子、例えばエリスロポエチンを含有する培地において末梢血試 料中の細胞を培養し、分裂中の細胞が細胞周期を経ることを抑制するかまたは細 胞の増殖を同調させる薬剤に培養細胞を曝露し、中期の胎児赤血球系細胞を単離 することを包含する。分裂中の細胞が細胞周期を経ることを抑制するかまたは細 胞の増殖を同調させる薬剤は当該分野において知られており、コルセミド、コル ヒチンおよびビンブラスチン塩を包含する。細胞の増殖を同調させる薬剤は当該 分野において知られており、ブロモデオキシウリジン、フルオロデオキシウリジ ンおよび臭化エチジウムを包含する。細胞培養後、標準的方法により中期のスプ レッドを調製することができ、さらなる分析に使用することができる(実施例2 参照)。 もう1つの具体例において、本発明は、経産妊婦からの末梢血試料中の現在の 妊娠に由来する胎児細胞の優先的単離方法を提供する。該方法は、経産妊婦から 末梢血試料を得て、赤血球系細胞増殖因子、例えば、エリスロポエチンを含有す る培地中で末梢血試料中の細胞を培養し、次いで、胎児赤血球系細胞を単離して 現在の妊娠に由来する胎児細胞を単離することからなる。用語「経産妊婦」は、 その現在の妊娠のほかに1回またはそれ以上の妊娠をした妊婦いう。この方法は 、赤血球系前駆細胞の短い寿命に基づいている(ベック,ダブリュ・エス(Beck, W.S.)、ヘマトロジー(Hematology)、第5版、MITプレス(MIT Press): マサチューセッツ州ケンブリッジ(1991年)参照)。赤血球系前駆細胞の寿 命赤血球系前駆細胞の寿命は約3カ月であるので、経産妊婦の末梢血試料から得 た培養胎児赤血球系細胞は、以前の胎児由来ではなく現在の胎児由来であろう。 このことは、母親の血液試料中に存在しうる別の長寿命の胎児細胞タイプの単離 に 優る、胎児赤血球系細胞を単離することの利点である。例えば、胎児リンパ球も 母親の末梢血中に存在するが、末梢血中でリンパ球は数年程度生存しうる(シュ ローダー(Schroder)ら、トランスプランテイション(Transplantation)第1 7巻、346頁(1974年);チャランフィ(Ciaranfi)ら、シュバイツァー リッシェ・メディツィニッシェ・ボッヘンシュリフト(Schweizerische Medizin ische Wochenschrift)第107巻、134〜138頁(1977年))。よっ て、経産妊婦の母親の血液試料中に検出された胎児リンパ球は、現在の胎児由来 または以前の胎児由来のいずれかであり、性別の同定および/または現在の胎児 の診断を困難なものにする。 さらに本発明を下記実施例により説明するが、下記実施例は限定的なものと解 してはならない。本願全体にわたり引用されているすべての参考文献および公表 された特許ならびに特許出願の内容を、参照により本明細書に記載されているも のとみなす。実施例1: 妊婦から得た末梢血試料由来の赤血球系前駆細胞の培養 この実施例において、妊婦から得た末梢血試料由来の赤血球系前駆細胞を培養 した。まず、末梢血試料を密度勾配遠心分離(単層または2層)に供して末梢血 中に豊富にある無核赤血球細胞の大部分を除去し、さらに試料中の母親に由来す る多くの有核細胞タイプを除去しつつ、培養段階に先立って赤血球系前駆細胞を 豊富化させた。これにより、もとの末梢血試料中に存在するよりもはるかに少な い全細胞数での培養が可能となった。 妊娠ソノグラム(超音波)および遺伝学的羊水穿刺を行うというインフォーム ド・コンセントを行って妊婦から静脈穿刺により母親の末梢血試料を得た。各場 合において、羊水穿刺を行う前に母親の血液試料を得た。抗凝集剤としてアシッ ド・シトレート・デキストロース(Acid Citrate Dextrose)溶液A(ACD− A)の入った2本のバクテイナー(Vacutainer)チューブに分注された18ml の全末梢血を、各妊婦から得た。試料を得た翌日に速達便により母親の末梢血試 料を得た。数回転倒させて試料の混合を確実にし、3つの試料それぞれから 5mlの希釈されていない血液を得て、後で説明するポリモルフプレプ(Polymo rphprep)グラジエントの上部に重層した。同体積のリン酸緩衝化セイラインで 残りの血液を希釈し、希釈血液のうち5mlをフィコール−パーク(Ficoll-Paq ue)グラジエント、ヒストパーク(Histopaque)2層グラジエント、およびニコ デンズ(Nicodenz)2層グラジエントの上部に重層した。密度勾配に沿った赤血 球系前駆細胞および有核赤血球の典型的な相対的分配を説明するダイヤグラムを 図1に示す。フィコール−バークグラジエント 15mlの円錐形遠心チューブ中のフィコール−プラーク(1.077g/m l;スウェーデン、ウプサラ(Uppsala)のファルマシア(Pharmacia)製)3. 5mlに5mlの希釈末梢血を重層した。卓上遠心機でチューブを室温で400 xgで30分遠心した。血漿とフィコール−パークとの界面のバフィーコート( buffy coat)層(F1という)を抜き取り、濯ぎ、次いで、下記のごとく培養し た。ヒストパーク2層グラジエント 15mlのチューブ中のヒストパーク1.119g/ml(シグマ・ケミカル (Sigma Chemical)社製)2mlにヒストパーク1.077g/ml(シグマケ ミカル社製)1.5mlを注意深く重層した。次いで、希釈血液5mlをヒスト パークの上部に重層した。卓上遠心機でチューブを室温で400xgで30分遠 心した。パスツールピペットを用いて、血漿と1.077g/mlグラジエント との界面のバフィーコート(H1という)を集めた。有核赤血球を含有する可能 性が最も高いと考えられる領域を集めるために、1.077/1.119界面から 下方の赤血球ペレットまでの全1.119層(H2という)をパスツールピペッ トで吸引した。これら2つの細胞フラクションをきれいな試験管に入れ、濯ぎ、 次いで、下記のごとく培養した。ポリモルフプレプグラジエント 15mlのチューブ中のポリモルフプレプ1.113g/ml(ニコメドギブ コ(NycomedGibco BRL)社製)3.5mlに希釈されていない全血を重層した。 卓上遠心機でチューブを室温で500xgで30分遠心した。全血試料中の赤血 球がポリモルフプレプ媒体と接触したので、それらはデキストラン500により 凝集し、遠心力下でグラジエント中に沈降した。このグラジエント媒体は、高浸 透圧環境に入ると赤血球が水分を失う傾向を利用することにより、2種の細胞集 団を分離するように設計されている。予想どおり、母親の試料は2つの明確に異 なるバンドをポリモルフプレプ上に示した。それぞれの血液試料から得た血漿/ ポリモルフプレプ界面のバフィーコート(P1という)をパスツールピペットで 吸引し、きれいな試験管に移した。次いで、理論的には有核赤血球および赤血球 系前駆細胞を含有している多形核細胞層(P2という)を別のきれいな試験管に 移した。同体積の蒸留水中0.45%NaClを添加して正しい浸透圧に対して 細胞を回復させた。リン酸緩衝化セイラインで細胞を希釈して12mlとし、下 記のごとく培養した。ニコデンズ2層グラジエント ニコデンズ(ギブコ/BRL)を粉末状態で得て、27.6gのニコデンズ粉 末を、蒸留水中の5mM Tris−HCl,pH7.5、3mM KCl、およ び0.3mM EDTAからなる緩衝化媒体中で全体積100mlにまで復元さ せた。この27.6%溶液(密度1.150g/ml)をオートクレーブにより滅 菌した。0.75gのNaClを100mlの上記緩衝化媒体中に混合すること により等張NaCl希釈物(密度1.003g/ml)を作成した。NaCl希 釈物を0.22μmフィルターで滅菌した。27.6%ニコデンズ溶液およびNa Cl希釈物を3:2および1:1の割合で希釈して、それぞれ密度1.090g /mlおよび1.075g/mlの2種の溶液を得た。15mlチューブ中の2 mlのニコデンズ1.090g/mlに1.5mlのニコデンズ1.075g/m lを注意深く重層した。次いで、リン酸緩衝化セイライン中に 1:1希釈された血液5mlをニコデンズ1.075g/mlの上部に注意深く 重層した。卓上遠心機でチューブを室温で1500xgで30分遠心した。この グラジエントの組み合わせにより、他のグラジエントによるものよりもずっと拡 散した細胞バンドが得られた。細胞層は多数の単核赤血球が混入していた。パス ツールピペットを用いて、血漿と1.075g/mlグラジエントとの界面の細 胞層(N1という)を集めた。1.090層の大部分(N2という)をパスツー ルピペットで集めた。非常に多くの細胞がこの層に存在していたので、それら全 部を用いることはなかった。これらの細胞フラクションをきれいな試験管に入れ た。培地の調製 使用基本培地は、イスカブの改変ダルベッコ培地(Iscove's Modified Dulbec co's Medium)(IMDM;シグマ・ケミカル社製)中の1.1%メチルセルロー ス(4000センチポアズ;シグマ・ケミカル社製)、30%ウシ胎児血清(シ グマ・ケミカル社製)、0.1mM 2−メルカプトエタノール(シグマ・ケミカ ル社製)、および1%ウシ・血清アルブミン(BSA,フラクションV;シグマ ・ケミカル社製)からなっていた。培養物に2ユニット/mlのエリスロポエチ ン(シグマ・ケミカル社製)を補足して赤血球系細胞の増殖および成熟を促進し た。 IMDM中3.2%メチルセルロース溶液を調製するために、6.4gのメチル セルロースを、190mlの滅菌済みIMDMを含有する1リットルのオートク レーブ瓶中に秤量した。スターラーバーを瓶に入れたまま溶液をオートクレーブ した。オートクレーブ後、メチルセルロースは堅いピンク色の栓を瓶中に形成し た。メチルセルロースが壊れてスラリーになるまで瓶を激しく振盪した。室温ま で冷却するとメチルセルロースは溶液に戻った。 10gのBSAを秤量し、スターラープレート上の小型ビーカー中の約60m lの蒸留水にゆっくりと添加することにより最終濃度10%でpH7.6のBS Aを調製した。一方、10gのNaHCO3を蒸留水中に溶解し、定容フラ スコ中で最終体積を100mlとし、0.22μmフィルターでフィルター滅菌 することにより10%NaHCO3を調製した。pHメーターで連続的に監視し ながらBSA溶液を10%NaHCO3でpH7.6に合わせた。この溶液を定容 フラスコ中に注ぎ、蒸留水で100mlとし、0.45μmフィルターで、次い で、0.22μmフィルターでフィルター滅菌した。 毒物フード内で10μlの2−メルカプトエタノールを1mlのIMDMに添 加した。滅菌組織培養フード内で、この溶液0.75mlを49.5mlのIMD MDに添加し、混合し、0.22μmフィルターでフィルター滅菌した。 オートクレーブされた瓶の3.2%メチルセルロース/IMDMに、ペニシラ ン−ストレプトマイシン抗生物質(5000ユニット/ml、5000μg/m l;ギブコ/BRL)5ml、L−グルタミン(200mM;ギブコ/BRL) 5ml、滅菌熱失活ウシ・胎児血清(シグマ・ケミカル社製)180ml、10 %BSA(pH7.6)60ml、および濾過済みエタノール/IMDM40m lを添加した。瓶内容物を完全に混合し、培地を15ml試験管中に2.3ml ずつ分注した。必要になるまで試験管を−20℃で凍結保存した。細胞のプレーティングおよび培養 2層ヒストパークグエアジエント(1.119g/ml上に1.077g/ml )またはポリモルフプレプグラジエントで密度勾配遠心により全血試料を分離し た後、所望細胞フラクションをリン酸緩衝化セイラインで2回すすぎ、IMDM で1回すすぎ、IMDM中に再懸濁して全体積0.5mlとした。この細胞懸濁 液0.5mlを、30ユニット/mlエリスロポエチン0.2ml(最終濃度2ユ ニット/mlとなる)とともに15ml円錐形遠心チューブ中のメチルセルロー ス培地2.3mlに添加した。 チューブを激しくボルテックス撹拌して成分の完全混合を確実にし、同時に、 コロニー形成と紛らわしいすべての細胞クラスターを破壊した。最終生成物は濃 密粘性シロップであった。細胞含有培地1.5mlを、100mmファルコン(F alcon)プラスチックディッシュ(ベクトン・ディクソン(Becton Dickson) 社製、ニュージャージー州リンカーンパーク)中のカバーのある2個の35mm ファルコンプラスチック組織培養ディッシュ(ベクトン・ディクソン)のそれぞ れに入れた。カバーのない第3の35mmファルコンディッシュを該100mm ファルコンディッシュ中に置き、2mlの滅菌蒸留水で部分的に満たして湿度を 提供した。100mlファルコンディッシュにカバーをして、ディッシュ全体を 、5%CO2を満たした37℃のインキュベーションに移した。より成熟したC FU−E前駆細胞は150個までの細胞からなるはっきりとしたコロニーを4日 以内に形成し、8日目までには培養物中の実質的にすべてのこれらの成熟細胞は 目に見えるヘモグロビンを含有していた。BFU−Eが高レベルの分化を達成す るまではエリスロポエチン受容体は発現されないので、BFU−Eは培養物中に おいてすぐには増殖を開始しなかった。培養8〜10日目までには、大型の分散 したBFU−Eコロニーが見え、14日目までにはこれらのコロニーは強力にヘ モグロビン化した。 CFU−EおよびBFU−Eコロニーの典型例を、それぞれ図2および3に示 す(図示したコロニーは胎児肝臓から単離された)。表1は、妊婦からの血液試 料の各細胞フラクションを培養することにより得られたBFU−EならびにCF U−Eコロニーの数をまとめる。フィコール−プラーク(F)、2層・ヒストバ ーク(H)、ポリモルフプレプ(P)、およびニコデンズ(N)密度勾配を用い て試料を分画した。培養物をぼんやりとさせる多数の赤血球の存在のため、フラ クションN2からの細胞を観察し、あるいは計数することはできなかった。 実施例2: 培養赤血球系細胞コロニーの単離および中期スプレッドの調製 この実施例において、実施例1記載のごとく培養された赤血球系細胞コロニー を単離し、さらなる分析のために顕微鏡スライド上に赤血球系細胞の中期スプレ ッドを調製するために用いた。スライド調製 ラジェンドラ(Rajendra)ら(ヒューマン・ジェネティクス(Human Genetics )(1980年)第55巻:363〜366頁)およびデューブ(Dube)ら(キ ャンサー・ジェネティクス・アンド・サイトジェネティクス(Cancer Genetics and Cytogenetics)(1981年)第4巻:157〜168頁)の基本的方法に より、赤血球系細胞コロニーをテフロン裏打ちされたガラス製スライド(セルー ライン・アソシエイション・インコーポレイテッド(Cel-Line Assoc.Inc.),ニ ューフィールド(Newfield),NI)上に直接集めた。通常は、これらの赤血球 系細胞は非付着性であるので、まずスライドを0.1%ポリ−L−リジンで被覆 してスライドへの細胞付着を誘導し、収集工程において損失がないようにした。 ポ リ−L−リジン処理のために、100mgのポリ−L−リジン(シグマ・ケミカ ル社製)を10mlの蒸留水に溶解して1%ストック溶液を調製した。それぞれ 1mlを使用するまで凍結保存した。0.1%ワーキング溶液を調製するために 、1%ストック溶液100μlを900μlの蒸留水で希釈した。1滴のワーキ ング溶液を各スライドの5mmの部位にそれぞれ置いた。スライドを横しにて覆 いをせずに加湿チャンバー(湿度を提供するための湿ったペーパータオルおよび スライドをペーパータオルに接触させないでおくためのラックを有する密閉プラ シチック箱)に入れ、37℃で2時間インキュベーションした。インキュベーシ ョン後、スライドを個々にビーカー中の蒸留水ですすぎ、室温で風乾した。被覆 されたスライドを使用準備ができるまで−20℃で凍結保存した。コロニーの収穫 増殖のピークが早いので、CFU−Eコロニー由来の細胞は2〜6日目に最も よく収集された。この時期を過ぎると、核が突出しているかまたは濃密、緻密に なっており、分析がさらに困難となった。非常な均質化が起こる前の増殖状態の 10日目において、あるいは多数の非分裂性有核赤血球が所望の場合にはその後 に、BFU−E由来の細胞を収集することができた。コロニーを、ポリ−L−リ ジン被覆スライド上の5mmの部位(スライド1枚あたり4〜6個の部位)にコ ロニーを集めた。多数のコロニーが培養物中に生じ、1つの部位あたり3個また はそれ以上の小さなコロニーが時々得られる場合を除き、コロニーを1個だけ各 部位に置いた。試料間の細胞増殖の相違のため、1試料あたり収集されたコロニ ー総数は3個ないし314個の範囲となった。 倒立顕微鏡下でコロニーを同定し、4μlにセットされた、10μlチップを 装備したギルソン(Gilson)ピペットマン(レイニン・インストルメント(Rain in Instrument)社製、マサチューセッツ州ウォーバーン(Woburn))で培地か ら取り出した。ポリ−L−リジンスライド上の0.1μg/mlコルセミド(ギ ブコ/BRL)を含有する15μlのIMDM液滴中にピペッティングにより1 0〜20回出し入れすることにより各コロニーを分散させた。スライドを 加湿チャンバー中に横にして置き、37℃で15分インキュベーションし、次い で、20μlの0.075M KCl低張溶液を各液滴中に静かに浸透させた。 加湿箱中で37℃でさらに15分インキュベーション後、30% 3:1メタノ ール:氷酢酸固定液/70% 0.075M KClからなる溶液40μlを各部 位に静かに添加した。スライドを室温で5〜10分インキュベーションし、次い で、スライドに付着した細胞をかき乱すことなく過剰の液体を横に取りのけた。 スライドを乾燥する前に、新鮮な3:1メタノール:氷酢酸固定液をパスツール ピペットから各スライドに滴下し、濡れたスライドに風を当てて細胞のスプレッ ディング(spreading)およびをフラットニング(flattening)を容易ならしめ た。スライドを風乾後、スライドをオプチステインII−A(Optistain IIA)( ガム・レッド(Gam Red)社製、カリフォルニア州カピストラノ(Capistrano) )中に5分間浸漬し、次いで、3:1メタノール:氷酢酸固定液中に10分間浸 漬した。スライドをエタノールシリーズで脱水するか、または即座にさらなる分 析に使用するか、あるいは研究できるようになるまで−20℃で凍結保存した。 このようにして調製した顕微鏡スライド上の赤血球系細胞を、核酸プローブに対 する細胞のハイブリダイゼーション、ライト(Wright's)染色、バンディング( banding)または保存に用いることができる。細胞含有溶液にコルセミドを添加 しないことにより、同じやり方で、中期段階で停止していない赤血球系細胞を顕 微鏡スライド上に調製した。実施例3: インシトゥ(in situ)ハイブリダイゼーションによる培養赤血球系細胞中の 胎児DNAの検出この実施例において、蛍光インシトゥハイブリダイゼーション (FISH)を用いて、培養され単離さた赤血球系前駆細胞中の胎児DNAを検 出した。赤血球系細胞由来のDNAのハイブリダイゼーションを、Y染色体特異 的プローブおよびX染色体特異的プローブの両方を用いて行った。2つのプロー ブを異なる蛍光マーカーで標識し、異なる色によりそれらを識別できるようにし た。赤血球系細胞由来のDNAにおけるY特異的配列は胎児由来でなければなら ないので、このプローブの赤血球系細胞由来のDNAへのハイブリダイゼーショ ンは胎児起源の細胞のインジケーターとして用いられる。蛍光インシトゥハイブリダイゼーション 赤血球系前駆細胞を実施例1のごとく培養し、実施例2のごとくコロニーを単 離し、顕微鏡スライド上に置いた。X染色体のセントロメア周辺の繰り返し配列 を含むコスミド由来のX染色体特異的プローブおよび反復配列を含むコスミドp DP97由来のY特異的プローブを用いてFISHを行った。該プローブは、ク リンガー(Klinger)ら、アメリカン・ジャーナル・オブ・ヒューマン・ジェネ ティクス(Am.J.Hum.Genet.)第51巻、55〜65頁(1992年)において さらに詳細に記載されている。X特異的プローブをビオチンで標識したが、Y特 異的プローブをジゴキシゲニンで標識した。ビオチン化X染色体プローブを2. 5ng/μlの濃度で使用し、ジゴキシゲニン標識Y染色体プローブを5ng/ μlの濃度で使用した。 用いたハイブリダイゼーション、洗浄、および検出のプロトコールは、クリン ガーら、アメリカン・ジャーナル・オブ・ヒューマン・ジェネティクス第51巻 、55〜65頁(1992年)の変法であり、以下のごとし。ハイブリダイゼー ション直前に、70%−80%−90%−100%エタノールシリーズ(1分浸 漬、次いで、1分風乾)によりスライドを脱水した。8μg/μlの超音波処理 したサケ・精子DNA(シグマ・ケミカル社製)および2μg/μlのヒト・C ot−1 DNA(ギブコ/BRL)を含有する50%ホルムアミド/10%デ キストラン硫酸/6X SSC(標準クエン酸ナトリウム)中にXおよびY両染 色体に対するプローブDNAを懸濁した。2.5μlのプローブカクテル液滴を スライドの5mmの部位に添加し、ガラスカバースリップをかぶせた。カバース リップをスライドに密封固定しなかった。スライドを80℃のスライドウォーマ ー上に5〜6分置くことにより、スライドガラス上のプローブおよび標的核DN Aを同時に変性させた。スライドを加湿箱中、37℃で一晩インキュベーション した。翌日、カバースリップを取り、スライドを、42℃において50%ホルム アミド /2X SSC(pH7.0)で10分間、1回洗浄し、60℃において0.1X SSCで10分間、1回洗浄した。42℃において、3% BSA/4XSSC /0.1% ツイン20(ポリオキシエチレン−ソルビタンモノラウレート;シグ マ・ケミカル社製)中、5分間のブロッキング工程後、μg/mlの抗ジゴキシ ゲニンフルオレセインイソチオシアネート(FITC)抗体(ジゴキシゲニンを 認識し、緑色蛍光を発する)(ベーリンガー・マンハイム(Boehringer Mannhei m)社製、インディアナ州(IN)、インディアナポリス(Indianapolis))およ び2μg/mlのCy−3ストレプトアビジン(ビオチン標識プローブに強固に 結合し、赤色蛍光を発する)(ジャクソン・イムノリサーチ・ラボラトリーズ・ インコーポレイテッド(Jackson ImmunoResearch Labs,Inc.)、ペンシルベニア 州ウェスト・グローブ(West Grove))を含有する1% BSA/4X SSC 中、37℃で15分インキュベーションすることによりスライド上の核にハイブ リダイゼーションした標識プローブを検出した。次いで、スライドを、42℃に おいて、4X SSC/0.1% ツイン−20で10分間、1回洗浄して除去し なければ偽のシグナルバックグラウンドを生じる過剰の未結合フルオロクローム を除去した。 2.33%DABCOアンチフェード(1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オ クタン;シグマ・ケミカル社製)、100mM Tris pH8.0、および 0.1μg/ml DAPI(4,6−ジアミノ−2−フェニル−インドール;シ グマ・ケミカル社製)を含有する、スライド上の90%グリセロールの薄層の上 にカバースリップを置いた。フルオロクロームであるDAPIは、インタクトな DNAの小さな溝のAT豊富領域に結合した場合、紫外光下で青色蛍光を発し、 それゆえ、核対比染色剤として有用である(シュバイツァー(Schweizer)、ア ムブローズ(Ambrose)およびアンドルル(Andrle)、1978年)。適当な蛍 光フィルター(オメガ・オプチカル・インコーポレイテッド(Omega Optical In c.)、ブラットルボロ(Brattleboro)、VT)を装備したツァイス・アキシオ プラン(Zeiss Axioplan)エピ蛍光顕微鏡(カール・ツァイス,インコーポレイ テッド(Carl Zeiss,Inc.))で40倍および100倍の油浸レンズを用いて スライドを観察した。DAPI蛍光に使用するフィルターは365nm励起フィ ルター、410nm二色フィルター、および420LPnmエミッションフィル ターであり;FITC用には、485/20nm励起フィルター、510nm二 色フィルター、および520〜560nmエミッションフィルターを用い;Cy −3蛍光用には、515〜560nm励起フィルター、580nm二色フィルタ ー、および590LPnmエミッションフィルターを用いた。コダック・ゴール ド400フィルムを用い、100倍油浸対物レンズ、顕微鏡に直接固定された3 5mmカメラを用いてハイブリダイゼーションした核を写真にとった。母親の血液試料の分析 全部で37個の末梢血試料を、同意を得た妊婦から、妊娠10 5/7ないし 22週の間において採取した。2層ヒストパーク1.077/1.119g/ml 密度勾配(21個の試料)またはポリモルフプレプグラジエント(14個の試料 )のいずれかを用いて細胞を全血から分画した。2つの試料(試料11および1 2)を、2層ヒストパーク、ポリモルフプレプ、フィコールーパークおよび2層 ニコデンズグラジエントで分画した。分画された細胞を実施例1記載のごとくエ リスロポエチンとともに培養した。大部分の場合、H1またはP1およびH2ま たはP2細胞フラクションを培養した。CFU−E形態のコロニーがH2または P2フラクションから収集されたが、時々、H1またはP1フラクションからも 収集された。コロニーを上記のごとくFISHにより分析した。細胞遺伝学的分 析により決定される胎児の実際の核型を最終欄に示す(46,XY=男性、46, XX=女性)。結果を表2にまとめる。 超音波および/または細胞遺伝学的分析により胎児が男性であると証明された 妊婦からの21個の培養試料のうち(一方が男性でもう一方が女性である双生児 である試料17を含む)、7個の試料においてFISHによりXYコロニーが同 定され、男性検出率は33.3%となった。1つの試料あたりのXYコロニー数 は1ないし8個であった(これらの場合については、分析されたコロニー総数の 2.1%ないし33.3%)。細胞遺伝学的分析により実際に女性の胎児を有して いる16人の妊婦からは(一方が男性でもう一方が女性である双生児である試料 17を含まず)、XYコロニーは検出されず、偽陽性率は0%であった。分析し た37人の妊婦の妊娠期間は10 5/7週ないし22週の範囲であった。 105/7週の試料1は、分析した男性の胎児を有する最も初期の妊娠であり、 120個のコロニーのうち4個において男性細胞を示した。試料から男性コロニ ーが培養された最もおそい妊娠期間は17週であった(試料18)。 表3は、血液試料が得られた妊娠期間(週)を、培養コロニーが得られたグラ ジエントフラクション、収集前に細胞が培養された期間(日)、およびFISH により男性細胞を示した収集コロニーの総数とそのパーセント値と関連づける。 実施例4: 培養赤血球系前駆細胞における遺伝子配列を増幅するためのポリメ ラーゼ連鎖反応の使用 この実施例において、母親の末梢血由来の培養胎児赤血球系前駆細胞中に存在 するY特異的DNA配列を増幅するために、ポリメラーゼ連鎖反応を用いた。1 06コピーの標的遺伝子配列を作る能力のあるポリメラーゼ連鎖反応、あるいは PCRを用いて、培養赤血球系前駆細胞中に存在する遺伝子配列を増幅する。胎 児の性別の決定のために、Y染色体上に存在する繰り返し配列に特異的なPCR プライマーを用いる。まれに存在する男性胎児細胞から、より強力な増幅シグナ ルを生じるという理由で、繰り返し配列を選択する。プローブY411(マサチ ューセッツ州ボストンのチルドレンズ・ホスピタル(Children's Hospital)の ウルリヒ・ミュラー(Ulrich Muller)博士により提供された)によって包含さ れるY染色体の短アームの領域にハイブリダイゼーションするプライマーを使用 する。Y411はY156(ミュラー,ユー(Muller,U.)ら、ヌクレイック・ア シッズ・リサーチ(Nucleic Acids Res.)、第14巻、1325〜1329頁( 1986年))と同一であり、10〜60回反復されており、サザンブロットに おいて絶対的にY特異的である。Y染色体特異的プローブY411を用いて検出 可能な222塩基対(bp)の配列を増幅するために設計された2つのY411 領域特異的プライマー、プライマー411−01および411−03を用いる。 該プライマー配列は、ビアンキ,ディー・ダブリュ(Bianchi,D.W.)ら、プロシー ディングス・オブ・ナショナル・アカデミー・オブ・サイエンシズ・ユーエスエ イ、第87巻、3279〜3283頁(1990年)に記載されている。他の適 当なプライマーは、バハテル,エス(Wachtel,S.)ら、ヒューマン・リプロダク ション(Hum.Reprod.)、第6巻、1446〜1469頁(1991年)に記載 されている。 細胞試料中の検出可能なDNAの最小量を決定するために、一連の標準化実験 を行う。男性および女性の個体からのDNAを10倍希釈で調製し(1pg〜1 mg)、反応バッファーを包含する標準的試薬を用い、パーキン−エルマーDN Aサーマルサイクラー(Perkin-Elmer DNA Thermal Cycler)によるジーン アンプキット(GeneAmpkit)(パーキン−エルマー・シタスのカタログ番号N8 01−0055)において増幅する。測定値を得て、男性DNAについての試料 のエアロゾルコンタミネーションを防止する。滅菌条件下で、手袋をはめて、交 換可能ピペットを用いてすべてのPCRを行った。すべての試薬を滅菌的方法で 調製し、PCR前に、標的配列中の1の消化部位を有する制限エンドヌクレアー ゼとともに一晩インキュベーションする。これらの予防措置は、DNAを用いず にすべての試薬を用いて対照実験を行った場合に、偽陽性増幅の有意な減少およ び実質的な不存在を提供する。増幅サイクル数は18ないし30の間で変更され る。各増幅サイクルは、94℃1分、60℃2分、次いで、72℃3分からなり 、最後のサイクルにおいては10分の鎖伸長を伴う。増幅されたDNA試料をア ガロースゲル電気泳動し、ナイロンフィルターに移し、次いで、32P標識Y41 1プローブとハイブリダイゼーションさせる。 実施例1のごとく赤血球系前駆細胞を培養し、単離する。増幅の前に、細胞を 煮沸により溶解し、それにより赤血球系細胞DNAが増幅に使用可能となる。細 胞が男性の妊娠胎児に由来することのデモンストレーションとして、プローブY 411中の222bpの配列に関して赤血球系細胞DNAを増幅する。使用した 上記条件は、最小100pgの胎児DNA、または15個の細胞の等価物を検出 することを可能にする。PCRに使用するサイクル数を増加させることにより感 度限界を改善することができる。さらに偽陽性増幅を減少させ、アガロースゲル 上で単一細胞レベルでの胎児DNAの検出を可能にするためには、Y染色体の長 アームに特異的な配列の単一コピーに由来するプライマー、PY49a(グエリ ン,ピー(Guerin,P.)ら、ヌクレイック・アシッズ・リサーチ、第16巻、77 59頁(1988年))を用いてPCRを行う。実施例5 : 母親の血液由来の培養赤血球系前駆細胞における染色体異常の検出 この実施例において、母親の血液由来の培養胎児赤血球系前駆細胞について、 染色体特異的プローブのセットを用いるインシトゥハイブリダイゼーションを行 って胎児細胞中の染色体異常を検出する。ノイズに対する良好なシグナル比およ び 蛍光シグナルの良好な空間的変化を提供する特定の染色体に対するDNAプロー ブのセットをインシトゥハイブリダイゼーションに用いる。特別なプローブのセ ットを、しばしばライブボーン(liveborn)異数体として見られる5個の染色体 (染色体13、18、21、X、およびY)用に開発した。染色体1用プローブ を対照として使用する。プローブの構築において、一般的方法は、多くの遺伝学 的ならびに物理学的方法によって所望染色体にマッピングされる出発クローンを 同定し、次いで、そのクローンを用いて、さらにハイブリダイゼーションプロー ブとして用いられる合致コスミド「整列群」を同定することである。染色体21 用プローブセットは、80kbの重複していないDNAを含む3つのコスミド整 列群である。染色体18用プローブセットは、109kbの重複していないDN Aを含む3つのコスミド整列群である。染色体13用プローブセットは、約97 kbの重複していないDNAを含む3つのコスミド整列群である。X染色体用プ ローブはセントロメア周辺の繰り返し配列を含むコスミドである。Y染色体用プ ローブはpDP97であり、反復配列のクローンである(pUC−13のEco RI部位中にサブクローン化されたコスミドY97由来の5.3kbのEcoR I Yフラグメント)。すべてのプローブは、クリンガーら、アメリカン・ジャ ーナル・オブ・ヒューマン・ジェネティクス、第51巻、55〜65頁(199 2年)にさらに詳細に記載されている。 胎児における染色体異常を診断するために、実施例1に記載のごとく赤血球系 前駆細胞を母親の血液から得て培養し、上記のごとき染色体特異的プローブを用 いてインシトゥハイブリダイゼーションを行うことにより染色体異常を評価する 。インシトゥハイブリダイゼーションを、抑圧条件下(クレマー(Cremer)ら、 ヒューマン・ジェネティクス(Human Genet.)、第80巻、325〜246頁( 1988年);リヒター(Lichter)ら、ヒューマン・ジェネティクス、第80 巻、224〜234頁)にて、実施例3およびクリンガーら、アメリカン・ジャ ーナル・オブ・ヒューマン・ジェネティクス、第51巻、55〜65頁(199 2年)に記載のごとく行う。高コピー数の繰り返し配列のハイブリダイゼーショ ンを、全ゲノムヒト・DNAの包含により抑圧し、染色体特異性を中期 スプレッドへのハイブリダイゼーションにより証明する。プローブをビオチン− UTPで標識し、抑圧条件下でハイブリダイゼーションさせ、次いで、結合した ストレプトアビジン−FITCにより特異的ハイブリダイゼーションを検出し、 それは顕微鏡分析においてFITCイメージ中の単一「小点」として示される。 別法として、複数のプローブを用いてインシトゥハイブリダイゼーションを行う 場合には、個々のプローブを別個に標識してそれらが蛍光により識別されるよう にすることもできる。例えば、1のプローブをビオチン−UTPで標識し、もう 1つのプローブをジゴキシゲニン−UTPで標識することができる。前者のプロ ーブをCy−3ストレプトアビジンで検出し、後者のプローブを抗ジゴキシゲニ ン−FITCで検出することができる。プローブは、容易に識別され計数される 間期細胞において鋭敏かつ厳密な蛍光シグナルを生じる。 胎児赤血球系細胞由来のDNAに対する染色体特異的プローブのハイブリダイ ゼーションを、正常細胞由来のDNAに対する同じプローブのハイブリダイゼー ション(正常対照)と比較することにより、染色体異常の診断を行う。例えば、 母親の細胞を正常対照として使用することができる。別法として、前以て確立さ れた正常対照を比較のために使用することもできる。胎児赤血球系細胞における 特定の染色体、例えば、通常には染色体21、18または13についての3つの 蛍光シグナルを正常対照の同じ染色体についてのわずか2つの蛍光シグナルと比 較することにより、ありふれた染色体異常である三染色体性(特定染色体の3つ (2つではなく)のコピーが細胞中に存在する)を診断することができる。十分 な数のハイブリダイゼーションした細胞を試験して、細胞1個あたりに存在する 蛍光シグナル数について統計学的に有意な測定を行う。均等物 もはや日常的実験を行うことなく、当業者は、本明細書記載の発明の特別な具 体例に対する多くの均等物を認識するであろうし、あるいは確認することができ よう。かかる均等物は下記請求の範囲に包含されると思われる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリンガー,キャサリン・ダブリュー アメリカ合衆国01776マサチューセッツ州 サッドベリー、ボーディッチ・ロード54 番

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.妊婦から得た末梢血試料中の胎児細胞の胎児DNAにおける対象核酸配列 を検出する方法であって、 妊婦から末梢血試料を得て; 細胞増殖因子を含有する培地中で末梢血試料中の細胞を培養し; 培地から胎児細胞を単離し;次いで、 培地から単離された胎児細胞の胎児DNAにおける対象核酸配列を検出するこ とからなる方法。 2.細胞増殖因子が造血細胞増殖因子である請求項1の方法。 3.細胞増殖因子が赤血球系細胞増殖因子である請求項1の方法。 4.妊婦から得た末梢血試料中の胎児赤血球系細胞の胎児DNAにおける対象 核酸配列を検出する方法であって、 妊婦から末梢血試料を得て; エリスロポエチンを含有する培地中で末梢血試料中の細胞を培養し; 培地から胎児赤血球系細胞を単離し;次いで、 培地から単離された胎児赤血球系細胞の胎児DNAにおける対象核酸配列を検 出することからなる方法。 5.対象核酸配列がY染色体DNA配列である請求項4の方法。 6.対象核酸配列が、疾病を引き起こす変異に関連した遺伝子の配列である請 求項4の方法。 7.対象核酸配列が染色体異常を検出するものである請求項4の方法。 8.妊婦から得た末梢血試料から胎児細胞を単離する方法であって、 妊婦から末梢血試料を得て; 細胞増殖因子を含有する培地中で末梢血試料中の細胞を培養し;次いで、 培地から胎児細胞を単離することからなる方法。 9.細胞増殖因子が造血細胞増殖因子である請求項8の方法。 10.細胞増殖因子が赤血球系細胞増殖因子である請求項8の方法。 11.妊婦から得た末梢血試料から胎児赤血球系細胞を単離する方法であって 、 妊婦から末梢血試料を得て; エリスロポエチンを含有する培地中で末梢血試料中の細胞を培養し;次いで、 培地から胎児赤血球系細胞を単離することからなる方法。 12.妊婦から得た末梢血試料中に存在する有核細胞の割合が、有核細胞に富 む試料の培養の前に、有核細胞に富む試料を得る豊富化以前の末梢血試料中に存 在する有核細胞の割合と比較すると増加させられている請求項11の方法。 13.有核細胞に富む試料を得る末梢血試料中の有核細胞から無核細胞を分離 することにより有核細胞に富む試料が得られる請求項12の方法。 14.密度勾配遠心分離により無核細胞が有核細胞から分離される請求項13 の方法。 15.フィコールを用いて密度勾配遠心分離を行う請求項14の方法。 16.ヒストパークを用いて密度勾配遠心分離を行う請求項14の方法。 17.ニコデンズを用いて密度勾配遠心分離を行う請求項14の方法。 18.ポリモルフプレプを用いて密度勾配遠心分離を行う請求項14の方法。 19.無核細胞の選択的溶解により無核細胞が有核細胞から分離される請求項 13の方法。 20.妊婦から得た末梢血試料中に存在する赤血球系前駆細胞の割合が、赤血 球系前駆細胞に富む試料の培養前に、赤血球系前駆細胞に富む試料を得る豊富化 前の末梢血試料中に存在する赤血球系前駆細胞の割合と比較すると増加させられ ている請求項11の方法。 21.赤血球系前駆細胞に富む試料を得る末梢血試料中の無核細胞および他の 有核細胞から赤血球系前駆細胞を分離することにより赤血球系前駆細胞に富む試 料が得られる請求項20の方法。 22.密度勾配遠心分離により、末梢血試料中の無核細胞および他の有核細胞 から赤血球系前駆細胞が分離される請求項21の方法。 23.2層密度勾配を用いて密度勾配遠心分離を行う請求項22の方法。 24.フィコールを用いて密度勾配遠心分離を行う請求項22の方法。 25.ヒストパークを用いて密度勾配遠心分離を行う請求項22の方法。 26.ニコデンズを用いて密度勾配遠心分離を行う請求項22の方法。 27.ポリモルフプレプを用いて密度勾配遠心分離を行う請求項22の方法。 28.培地が半固体マトリックス材料を含有している請求項11の方法。 29.半固体マトリックス材料が、該半固体マトリックス材料へ細胞を付着さ せるものである請求項28の方法。 30.半固体材料がメチルセルロースである請求項29の方法。 31.半固体材料が寒天ゲルまたは血漿クロットである請求項29の方法。 32.さらに、胎児赤血球系細胞上または胎児赤血球系細胞中の胎児細胞マー カーを検出してそれらを胎児由来であると同定することからなる請求項11の方 法。 33.胎児細胞マーカーが胎児ヘモグロビンである請求項32の方法。 34.胎児細胞マーカーが胎児ヒストン蛋白H10である請求項32の方法。 35.胎児細胞マーカーが胎児抗原決定基である請求項32の方法。 36.胎児抗原決定基が抗原決定基iである請求項35の方法。 37.1個またはそれ以上の胎児赤血球系細胞のコロニーを培地からピックア ップすることにより胎児赤血球系細胞が培地から単離される請求項11の方法。 38.1個またはそれ以上の赤血球系細胞のコロニーを培地から顕微鏡スライ ドへと移すことにより、胎児赤血球系細胞がさらに単離される請求項37の方法 。 39.さらに、単離された胎児赤血球系細胞の胎児核酸中の対象核酸配列を検 出することからなる請求項11の方法。 40.対象核酸配列がY染色体DNA配列である請求項39の方法。 41.対象核酸配列が、疾病を引き起こす変異に関連した遺伝子の配列である 請求項39の方法。 42.対象核酸配列が染色体異常を検出するものである請求項39の方法。 43.妊婦から得た末梢血試料から中期の胎児赤血球系細胞を単離する方法で あって、 妊婦から末梢血試料を得て; エリスロポエチンを含有する培地中で末梢血試料中の細胞を培養し; 分裂中の細胞が細胞周期を経ることを阻害するかまたは細胞の増殖を同調させ る薬剤に細胞を曝露し;次いで、 中期の胎児細胞を単離することからなる方法。 44.分裂中の細胞が細胞周期を経ることを阻害する薬剤がコルセミドである 請求項43の方法。 45.分裂中の細胞が細胞周期を経ることを阻害する薬剤がコルヒチンである 請求項43の方法。 46.分裂中の細胞が細胞周期を経ることを阻害する薬剤がビンブラスチン塩 である請求項43の方法。 47.細胞の増殖を同調させる薬剤がブロモデオキシウリジンまたはフルオロ デオキシウリジンである請求項43の方法。 48.細胞の増殖を同調させる薬剤が臭化エチジウムである請求項43の方法 。 49.経産妊婦からの末梢血試料における現在の妊娠に由来する胎児細胞を優 先的に単離する方法であって、 経産妊婦から末梢血試料を得て; エリスロポエチン含有する培地中で末梢血試料中の細胞を培養し;次いで、 胎児赤血球系細胞を単離して現在の妊娠に由来する胎児細胞を優先的に単離す ることからなる方法。
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