Free DNA – new potential analyte in clinical laboratory diagnostics?

Abstract

The existence of cell free DNA in the human circulatory system has been known since the 1950s, however, intensive research in this area has been conducted for the last ten years. This review paper brings a short overview of the existing literature concerning the cell free DNA research in various clinical fields and pathological states and considers the application possibilities of this new analyte in clinical laboratory diagnostics.

At the moment, cell free DNA is most widely used for the purpose of non-invasive prenatal diagnosis of fetal sex or fetal RhD status. The recent discovery of epigenetic changes in placental/fetal DNA and the detection of fetal/placental-specific RNAs have made it possible to use this technology in all pregnancies irrespective of the gender of the fetus. With the application of new techniques such as next generation sequencing, digital PCR and mass spectrometry, it is now possible to detect very small amounts of specific DNA in the presence of excess of other nonspecific nucleic acids. Second most probable application is in oncology, where detection and monitoring of tumors is now possible by the detection of tumor-derived nucleic acids. Third promising field for near future implementation of this analyte is transplantation medicine, where free DNA level could serve as a marker of transplant rejection.

Before any further utilization of this new biomarker, pre-analytical and analytical aspects of free DNA analysis remain to be standardized. In the field of noninvasive prenatal diagnosis, important ethical, legal and social questions remain to be discussed.

Sažetak

Postojanje slobodne DNA (engl. cell free DNA) u cirkulaciji čovjeka poznato je još od pedesetih godina prošlog stoljeća, međutim, intenzivnija istraživanja u ovom području provode se tek posljednjih desetak godina. Ovaj pregledni članak donosi kratak osvrt na dosadašnja istraživanja slobodne DNA u različitim kliničkim područjima i patološkim stanjima te razmatra mogućnosti primjene novog potencijalnog analita u kliničkoj laboratorijskoj dijagnostici.

Analiza slobodne DNA najčešće se primjenjuje u području neinvazivne prenatalne dijagnostike u svrhu određivanja spola ili RhD statusa ploda. Posljednja otkrića epigenetskih promjena DNA posteljice/ploda i detekcija RNA specifi čne za posteljicu/plod, omogućile su primjenu ove tehnologije kod svih trudnoća, neovisno o spolu ploda. Primjenom novih tehnika kao što su sekvencioniranje druge generacije, digitalna lančana reakcija polimerazom i masena spektrometrija, moguće je otkriti već i vrlo male količine specifi čne DNA u prisutnosti velike količine preostalih nespecifičnih nukleinskih kiselina.

Druga najvjerojatnija mogućnost primjene ovog analita je u području onkologije gdje je otkrivanje i praćenje tumora omogućeno otkrićem nukleinskih kiselina porijeklom iz stanica tumora.

Treće potencijalno područje primjene ovog analita jest transplantacijska medicina gdje bi koncentracija slobodne DNA mogla biti biljeg odbacivanja transplantata.

Prije bilo koje daljnje primjene ovog biološkog biljega, potrebno je standardizirati prijeanalitičke i analitičke postupke u analizi slobodne DNA. U području neinvazivne prenatalne dijagnostike pojavit će se važna etička, pravna i sociološka pitanja na koja će trebati odgovoriti.