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Medizin | Fetale Chromosomenstörungen | Diagnostik im Dialog • Ausgabe 59 • 03/2019
Fetale Chromosomenstörungen
Möglichkeiten und Limitationen der NIPT
Dr. Kai Lüthgens, Labor Enders, Stuttgart
shutterstock/GagliardiImages
In den 1960er Jahren gelang durch Einfüh- Die meisten fetalen Chromosomenstörungen Blut zirkulierender fetaler DNA (zellfreie
rung der Amniozentese mit anschließender treten mit zunehmendem Alter der Mutter fetale DNA, cffDNA) neue Möglichkeiten.3
Chromosomenanalyse der im Fruchtwasser häufiger auf. Daher galt lange Zeit das müt- Schließlich wurde im Jahr 2008 erstmals der
enthaltenen fetalen Zellen erstmals der Nach- terliche Alter als Hauptindikation für eine Nachweis einer Trisomie 21 über cffDNA im
weis chromosomaler Störungen beim ungebo- Amniozentese oder Chorionzottenbiopsie. mütterlichen Blut publiziert.4
renen Kind. Allerdings handelt es sich sowohl Durch verbesserte Ultraschall-Diagnostik
bei der Amniozentese als auch bei der etwas und Algorithmen, welche die Ergebnisse von Die „Fetal Fraction“
später entwickelten Chorionzottenbiopsie um Ultraschall-Messungen (z. B. fetale Nacken- Während der Schwangerschaft setzt die Pla-
invasive Methoden mit dem Risiko, den Feten transparenz) mit biochemischen Markern zenta relativ große Mengen cffDNA in das
zu schädigen bzw. einen Abort zu induzieren. und dem Alter der Mutter kombinieren, mütterliche Blut frei.5 Diese zirkulierende
Daher sollte diese Diagnostik möglichst gezielt ließ sich die Treffsicherheit der Screening- fetale DNA besteht aus Bruchstücken mit
nur bei Schwangeren mit erhöhtem Risiko für Methoden als Vorauswahl für eine invasive einer Größe von im Mittel 150 Kilobasen
eine kindliche Chromosomenstörung durch- Diagnostik verbessern. Die Erkennungsrate – groß genug, um sie einem bestimmten
geführt werden. In den 1990er Jahren began- der Trisomie 21, der häufigsten Chromoso- Chromosom bzw. einem bestimmten Gen
nen Versuche, fetales Erbgut nicht-invasiv menstörung, stieg beispielsweise von etwa zuzuordnen. Bei Schwangeren sind im
aus dem mütterlichen Blut zu analysieren. 50 % bei alleiniger Altersindikation auf über Durchschnitt etwa 10 % der im mütterli-
Einen wichtigen Meilenstein stellte 1997 die 90 %.1,2 Gleichzeitig sank die Falsch-Positiv- chen Blut frei zirkulierenden DNA fetalen
Entdeckung von frei im mütterlichen Blut Rate auf etwa 3–5 %. Ursprungs. Diese, sog. „Fetal Fraction“
zirkulierender fetaler DNA dar. 2008 wurde kann auch weniger als 4 % und bis zu 40 %
erstmals der Nachweis einer Trisomie 21 aus Über zwei Jahrzehnte war parallel dazu betragen.
zellfreier fetaler DNA in mütterlichem Blut versucht worden, nicht-invasive Untersu-
publiziert. Das war die Geburtsstunde der chungen an fetalem Erbgut aus dem müt- Die Fetal Fraction wird hauptsächlich durch
nicht-invasiven pränatalen Testung (NIPT*). terlichen Blut zu etablieren. Der Ansatz folgende Faktoren beeinflusst:
Heute stehen hocheffiziente Testmethoden zur einer molekulardiagnostischen Diagnostik O Gestationsalter: Mit fortschreitender
Verfügung, die – sinnvoll und kompetent ein- aus dort zirkulierenden fetalen Zellen blieb Schwangerschaft steigt der Gehalt an
gesetzt – die moderne Schwangerenbetreuung lange erfolglos. Allerdings eröffnete im Jahre zirkulierender cffDNA. Ab etwa der
wertvoll unterstützen. 1997 die Entdeckung frei im mütterlichen 10. Woche ist ihre Konzentration für
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Fetale Chromosomen-
störungen treten mit
zunehmendem Alter der
Mutter häufiger auf.
shutterstock
shutterstock
ein valides Screening auf chromosomale erfolgen auch hier Zählung, Vergleich Aufgrund des interindividuell stark unter-
Störungen ausreichend hoch. mit Referenzchromosomen und eine schiedlichen Gehaltes an cffDNA im müt-
O Mütterliches Gewicht: Die Größe der Plausibilitätsprüfung, ob die gefundene terlichen Blut ist die Kenntnis der Fetal
Plazenta ist gewichtsunabhängig, daher zusätzliche Menge an Chromosomen- Fraction für die Testauswertung von großer
verteilt sich die gleiche Menge cffDNA spezifischer DNA mit der zuvor ermit- Bedeutung. Bei einer Fetal Fraction von 10 %
bei Schwangeren mit hohem Körper- telten Fetal Fraction übereinstimmt. beträgt die Zunahme an Chromosomen-spe-
wicht auf ein größeres Volumen als bei Aufgrund der Vorselektion der unter- zifischer Information im Falle einer fetalen
Frauen mit niedrigerem Körpergewicht.6 suchten, Chromosomen-spezifischen Trisomie im mütterlichen Blut noch 5 %.
O Circadianer Rhythmus Sequenzen reduziert sich der Aufwand, Bei abnehmender Fetal Fraction geht die
daher kann die Sequenzierungstiefe Zunahme einer Chromosomen-spezifischen
Methoden der NIPT (Glossar) der targeted NIPT höher sein DNA irgendwann im Grundrauschen unter,
Derzeit sind im Wesentlichen drei Metho- als bei den rMPS-/MPSS-Verfahren, was dies ist typischerweise bei unter 4 % der
den für die cffDNA-Analyse im Einsatz: theoretisch die Genauigkeit der Methode Fall. Wurde die Fetal Fraction zuverlässig
O Beim rMPS- (bzw. MPSS-)Verfahren erhöht. bestimmt, können moderne Algorithmen
(Glossar) werden sämtliche vorhandenen Die Microarray-Technologie den niedrigen cffDNA-Gehalt berücksichti-
DNA-Bruchstücke aus dem mütterli- (Glossar) verwendet dieselben, vor- gen und die Trennschärfe des Tests wesentlich
chen Plasma zunächst vervielfältigt und ab definierten DNA-Sequenzen wie verbessern. Bei fehlender Kenntnis der Fetal
danach sequenziert – ohne Unterschei- früher die Sequenzierung, allerdings Fraction hingegen nimmt die Trennschärfe
dung zwischen fetaler und maternaler erfolgt anstelle der Sequenzierung eine bei niedrigem cffDNA-Gehalt deutlich ab.9
DNA. In einem komplexen biomathe- Microarray-Analyse. Der Vorteil ist
matischen Verfahren werden die DNA- eine deutlich kürzere Analysezeit bei Studien- und Datenlage zur NIPT
Fragmente anschließend einem Chro- offenbar mindestens gleich hoher Trisomie 21: Mittlerweile wurde die sehr
mosom zugeordnet und quantifiziert. Da Aussagekraft.7 gute Performance der NIPT für die Erken-
bei Trisomie drei statt zwei Exemplare O B ei der „SNP-basierten“ NIPT werden nung der Trisomie 21 in zahlenreichen
eines bestimmten Chromosoms vorhan- Variationen einzelner Basenpaare in Publikationen, davon etlichen klinischen,
den sind, steigt der Gehalt der fetalen der DNA, sog. SNPs (single nucleotid prospektiven Studien, dokumentiert. Im kli-
DNA des betreffenden Chromosoms polymorphism) untersucht. Es gibt nischen Alltag bzw. im Beratungsgespräch
um 50 %. Beträgt die Fetal Fraction z. B. Verfahren, die mehr als 10 000 SNPs mit der Schwangeren kann von einer Erken-
10 %, erhöht die fetale Trisomie den analysieren. Das sind deutlich mehr als nungsrate von 99 % ausgegangen werden.
cffDNA-Gehalt für dieses Chromosom z. B. im Harmony-Test (Ariosa/Roche) Gleichzeitig erreicht die NIPT mit ca. 0,1 %
im mütterlichen Blut um 5 %. welcher 576 SNPs verwendet. Die höhere für die Trisomie 21 eine etwa 50-fach niedri-
O Bei der zielgerichteten (targeted) NIPT Anzahl untersuchter SNPs führt jedoch gere Falsch-Positiv-Rate auf, verglichen mit
werden nur DNA-Abschnitte vervielfäl- nicht zu einer weiteren Verbesserung der dem klassischen Ersttrimester-Screening
tigt, welche für ein bestimmtes Chro- ohnehin schon hohen Genauigkeit der (Nackentransparenz, PAPP-A und freies
mosom spezifisch sind. Anschließend Testverfahren.8 ß-hCG).
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persistierenden Plazenta weiterhin im müt-
terlichen Kreislauf zirkuliert, ist die Trenn-
schärfe bei diesen Schwangerschaften deut-
lich reduziert. Hier ist das sonographische
Trisomie 21 – Ersttrimester-Screening zu bevorzugen.
häufigste fetale Grenzen der NIPT
Chromosomenstörung. Chromosomale Störungen des Feten
machen bei Geburt nur etwa 8 % der
schweren Fehlbildungen aus.16 Selbst eine
shutterstock
sehr ausgereifte Screening-Technologie
wie die NIPT erfasst daher insgesamt nur
einen kleinen Teil der schweren kongeni-
Bislang gibt es nur wenige Studien in Kol- tionsrate ausreicht, trifft das auf die Triso- talen Fehlbildungen. Aus diesem Grunde
lektiven mit normalem Risiko für eine Triso- mie 13 bislang nicht zu, da aufgrund des kann die NIPT eine ausführliche pränatale
mie 21.10,11 In der ersten ausreichend großen relativ seltenen Auftretens dieser Chro- bildgebende Diagnostik, wie sie zurzeit im
Normalrisiko-Kollektiv-Studie („NEXT“- mosomenstörung Studien mit ausreichend Rahmen des Ersttrimester-Screenings oder
Studie) mit 15 841 auswertbaren Schwan- großen Fallzahlen fehlen. im Rahmen des feindiagnostischen Ultra-
gerschaften11 zeigte der Harmony-Test schalls erfolgt, nicht ersetzen.
O eine Falsch-Positiv-Rate von nur 0,06 %, Ein Grund für die im Vergleich zur Triso-
O in der ROC-Analyse eine AUC von 0,999 mie 21 niedrigeren Erkennungsraten ist die Erkennung von Mikrodeletionen
(Glossar). Tatsache, dass die Trisomien 13 und 18 zu Bei chromosomalen Mikrodeletionen han-
etwa 70 % als plazentare Mosaike (Glossar) delt es sich um den Verlust von einigen
Trotz der nahezu 100%igen Trennschärfe für vorliegen,12 welche durch NIPT grundsätz- hunderttausend bis wenigen Millionen
das Erkennen einer fetalen Trisomie 21 sollte lich schlechter als vollständige Trisomien Basenpaaren des Chromosoms. Die resul-
die NIPT nicht als diagnostisches, sondern erkannt werden. Da die Quelle der cffDNA tierenden Syndrome stellen in der Regel
als Screening-Verfahren angesehen wer- die Plazenta ist, führt ein dort vorliegendes seltene, komplexe Erkrankungen dar. Der
den, da falsch-positive und falsch-negative Mosaik zu einem eventuellen Übersehen Nachweis von Mikrodeletionen erfolgt bei
Ergebnisse (wenn auch selten) vorkommen einer beim Feten vollständig ausgeprägten begründetem klinischem Verdacht mittels
können. Trisomie. FISH (Glossar) oder Array-CGH (Glossar)
aus dem Fruchtwasser.
Andere chromosomale Störungen: Weitere Auch für geschlechtschromosomale Stö-
fetale Aneuploidien betreffen die Chromo- rungen liegen aktuell noch zu wenige Stu- Prinzipiell ist ein diesbezügliches Screening
somen 18 und 13 sowie geschlechtschromo- diendaten vor. Erste Publikationen zeigten mittels NIPT aus dem mütterlichen Blut
somale Störungen. Die durchschnittlichen eine durchschnittliche Erkennungsrate von möglich, wenn Genlocus und Aberration
Erkennungsraten der NIPT betragen: ca. 93 % bei einer Falsch-Positiv-Rate von klar umschrieben sind und die Krankheits-
O ca. 97 % für die Trisomie 18 0,14 %.13,14 prävalenz ausreichend hoch ist. Die meis-
O ca. 92 % für die Trisomie 13 ten Mikrodeletions-Syndrome sind jedoch
O ca. 93 % für X/Y-chromosomale Bei dichorialen (zweieiigen) Zwillings- sehr selten, daher muss die Sinnhaftigkeit
Störungen. schwangerschaften rechtfertigt die derzei- eines entsprechenden Screenings hinter-
tige Datenlage kein Aneuploidie-Screening fragt werden. Liegt beispielsweise die Prä-
Die Falsch-Positiv-Raten für die Triso- mittels NIPT.15 Für dichoriale Geminigra- valenz eines Syndroms bei 1:50 000 (d. h.
mien 13 und 18 lagen in der NEXT-Studie viditäten mit einem abgestorbenen Fetus bei 50 000 Schwangerschaften ist ein Kind
für den Harmony-Test mit 0,01 % und 0,02 % („vanishing twin“) bietet das NIPT-basierte betroffen), treten bei 50 000 untersuchten
ebenfalls extrem niedrig.11 Screening ebenfalls nicht die gleiche Ergeb- Schwangeren und einer Falsch-Positiv-Rate
nisqualität wie bei einer Einlingsschwanger- von 0,2 % 100 falsch auffällige Testergebnisse
Während die Gesamtzahl der in publizier- schaft. Da die zellfreie DNA des abgestor- auf. Somit läge bei 101 auffälligen Tests nur
ten Studien untersuchten Trisomie-18-Fälle benen, nicht selten von einer Aneuploidie bei einem Feten tatsächlich eine Erkrankung
für eine zuverlässige Aussage zur Detek- betroffenen Feten aufgrund der teilweise vor (positiver Vorhersagewert 0,99 %). Als
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Amniozentese mit
Chromosomenanalyse aus
dem Fruchtwasser.
shutterstock/JRattiya Thongdumhyu NIPT reduziert die
shutterstock/JSoda_O2
Notwendigkeit invasiver
Eingriffe drastisch.
Konsequenz sollte derzeit allenfalls auf die sen, die Kosten müssen von gesetzlich ver- * NIPT: Synonym verwendete Abkürzung für nicht-
Syndrome gescreent werden, deren Präva- sicherten Schwangeren in aller Regel selbst invasiven pränatalen Test, nicht-invasive pränatale
Testung und non-invasive prenatal testing
lenz ≥ 1:5 000 beträgt. Dies ist z. B. für das getragen werden.
DiGeorge-Syndrom (22q11.2) der Fall.
Literatur
Eine NIPT sollte in eine ausführliche Ultra-
1 Nicolaides KH: Am J Obstet Gynecol (2004); 191:45–67
NIPT in der Praxis schalluntersuchung eingebettet werden. 2 Kagan KO et al: Ultrasound Obstet Gynecol (2009);
34:14–18
Aufgrund des zeitlichen Zusammenhangs mit Durch das heutige Ersttrimester-Screening 3 Lo YM et al: Lancet (1997); 350:485–487
dem Ersttrimester-Screening wird die NIPT lässt sich etwa die Hälfte der schweren 4 Fan HC et al: Proc Natl Acad Sci USA (2008); 105:
16266–16271
derzeit überwiegend gegen Ende des ersten Fehlbildungen erkennen. Eine Beschrän- 5 Alberry M et al: Prenat Diagn (2007); 27:415–418
6 Wang E et al: Prenatal Diagnosis (2013); 33:662–666
Trimenons durchgeführt. Grundsätzlich wäre kung auf das NIPT-basierte Screening 7 Juneau K et al: Fetal Diagn Ther (2014); 36:282–286
auch eine spätere Anwendung denkbar – z. B. würde der modernen Schwangerschafts- 8 Kozlowski P: Ultraschall in Med (2018);
doi:10.1055/a-0631–8898 [Epub ahead of print])
bei Auffälligkeiten im Feinultraschall um die betreuung nicht gerecht.18 Dennoch stellt 9 Kagan KO et al: Ultraschall Med (2014); 35:229–236
10 Bianchi DW et al: N Engl J Med (2014); 370:799–808
20. Schwangerschaftswoche. Die meisten die NIPT durch ihre hohe Sensitivität und 11 Norton ME et al: N Engl J Med (2015); 372:1589–1597
Schwangeren wollen jedoch das Screening auf Spezifität, gerade für die Trisomie 21, ein 12 Kalousek DK et al: Am J Hum Genet (1989); 44:338–343
13 Gil MM et al: Ultrasound Obstet Gynecol 2017; 50:
Chromosomenstörungen nach Abschluss des aus der Pränataldiagnostik nicht mehr 302–3143
ersten Trimenons beendet sehen.17 wegzudenkendes Verfahren dar. Mit ihrer 14 Nicolaides KH et al: Fetal Diagn Ther (2014); 35:1–6
15 Gil MM et al: Fetal Diagn Ther (2014); 35:204–211
Hilfe lässt sich insbesondere die Zahl der 16 Eurocat-Register: www.eurocat-network.eu/accesspreva-
lencedata/prevalencetables
NIPT ist in Deutschland derzeit keine regel- notwendigen invasiven Eingriffe drastisch 17 Bartlett LA et al: Obstet Gynecol (2004); 103:729–737
hafte Leistung der gesetzlichen Krankenkas- reduzieren. 18 Nicolaides KH: Prenat Diagn (2011); 31:3–6
Glossar Korrespondenzadresse
O Array-CGH (array-based comparative geno- mehreren tausend Einzelnachweisen in
mic hybridisation): Simultane Hybridisierung biologischem Probenmaterial.
von fluoreszenzmarkierter Patienten- und O MPSS (massively parallel shotgun sequen-
Kontroll-DNA auf einem Trägerchip mit cing) / rMPS (random massively parallel
DNA-Fragmenten sequencing): Hochdurchsatzmethoden
O AUC (area under the curve) in der ROC (next-generation sequencing / NGS) der
(receiver-operating characteristics)-Analyse: DNA-Sequenzierung.
Maß für die Güte eines Trennverfahrens. O Plazentare Mosaike: Unterschiedliche Chro-
AUC=1 bedeutet vollständige Differenzierung mosomenausstattung von Zellen innerhalb
zwischen Betroffenen/Kranken und Nicht- der Plazenta bzw. zwischen Plazenta und
Betroffenen/Gesunden. AUC=0 bedeutet, Fetus als Resultat von Mutationen nach Bil- Dr. med. Kai Lüthgens
dass das Verfahren keinerlei Aussage besitzt. dung der Zygote. Leiter Endokrinologie und
O FISH: Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung, O Sequenzierungstiefe: Häufigkeit, mit der der- Pränatales Screening im
um Nukleinsäuren z.B. auf Metaphase- selbe DNA-Abschnitt während einer Sequen- Labor Prof. G. Enders und Kollegen, MVZ
Chromosomen nachzuweisen. zierung abgelesen wird („reads“). Sie beträgt Rosenbergstraße 85
O Micro-Arrays: „Genchips“ mit angebrachten mehrere Millionen Mal und kann bei der NIPT 70193 Stuttgart
Sonden. Ermöglicht die parallele Analyse von typischerweise bis zu 30 Mio. Reads betragen. luethgens@labor-enders.de
www.labor-enders.de
13Sie können auch lesen
