Десятилетие изменений – уроки, полученные из пренатальной диагностики в регионе Центральной Дании в 2008-2018 годах

Резюме

Вступление

В 2011 году было принято решение внедрить хромосомный микрочип в пренатальное тестирование в регионе Центральной Дании, главным образом из-за ожидаемой более высокой диагностической результативности. Хромосомный микрочип внедрялся постепенно для все большего количества беременностей и без переходного периода, когда проводилось как кариотипирование, так и хромосомный микрочип: сначала пороки развития (2011), затем большая прозрачность пуповины (2013), затем высокий риск при комбинированном скрининге риска в первом триместре (2016) и, наконец, по всем показателям (2018). Это ретроспективное исследование суммирует 11 лет использования хромосомных микрочипов в инвазивном пренатальном тестировании и представляет влияние на диагностическую результативность и время выполнения. Кроме того, представлены и обсуждены проблемы, которые возникают при внедрении хромосомных микрочипов.

Материалы и методы

Данные из Датской базы данных медицины плода, региональной базы данных медицины плода, Датского центрального цитогенетического реестра и локальной лабораторной базы данных Департамента клинической генетики были объединены, и была создана когорта из 147 158 одноплодных беременностей, которые прошли по крайней мере одно ультразвуковое исследование.

Результаты

Из 147 158 беременностей инвазивный забор образцов (ворсинок хориона или амниоцитов) был выполнен в 8456, что соответствует общему показателю инвазивности 5,8%. В период с 2016 по 2018 год 3,4% (95% доверительный интервал [ДИ] 2,8-4,2%; n = 86) инвазивных образцов (n = 2533) имели болезнетворный вариант копий, а 5,3% (95% ДИ 4,4-6,2%; n = 133) имели трисомии и другие анеуплоидии. Время выполнения исследования сократилось более чем вдвое с 14 дней до 5,5 дней в среднем для образцов ворсин хориона.

Заключение

Хромосомный микрочип позволил выявить 5,3% трисомий и 3,4% вариантов количества копий, что увеличило диагностический результат более чем на 64% по сравнению с исследованием только кариотипа, а также более чем вдвое сократило время выполнения задачи. Некоторые предыдущие опасения оказались реальными, например, сложность пренатального консультирования, но они были решены со временем в клиническом процессе с консультациями экспертов.

Аббревиатуры

кСРТ

комбинированный скрининг рисков первого триместра

ХМЧ

хромосомный микрочип

ВЧК

Вариация числа копий

Ключевое сообщение

Диагностический выход увеличился на 64%, когда беременным с признаками высокого риска во время скрининга в первом триместре и пороками развития предложили хромосомный микрочип вместо кариотипирования. Всего в 1:481 беременности были диагностированы болезнетворные варианты копий при комбинированном скрининге первого триместра и сканировании пороков развития во время беременности.

1 ВСТУПЛЕНИЕ

Сегодня широко предлагается пренатальный скрининг на хромосомные аномалии.1, 2 Целью является выявление беременностей, которые имеют повышенный риск неблагоприятных перинатальных или детских последствий, чтобы обеспечить улучшенное лечение этих состояний и позволить будущим родителям сделать репродуктивный выбор.3

В течение десятилетий в национальной системе здравоохранения Дании предлагается инвазивное пренатальное тестирование на аномальные кариотипы. С 1978 года для анализа инвазивных образцов (по всем показаниям) использовалось традиционное кариотипирование на культурах тканей. С 2000 года кариотипирование было дополнено более быстрым анализом ДНК для выявления распространенных анеуплоидий. В 2004 году всем беременным женщинам была предложена универсальная программа пренатальной помощи, состоящая из комбинированного скрининга рисков в первом триместре (кСРТ) на трисомии 13, 18 и 21, а также сканирования пороков развития во втором триместре.3–5 Такое изменение подхода к скринингу значительно уменьшило количество инвазивных образцов 5 , но не повлияла на лабораторную практику.

В то же время в постнатальную клиническую практику был внедрен хромосомный микрочип для анализа на основе ДНК (ХМЧ). Преимуществом этого метода было сокращение времени получения результатов и более высокая чувствительность к вариантам с меньшим количеством копий (ВЧК). Этот метод превосходил кариотипирование для выявления синдромов микроделеции и дупликации, вызванных патогенными ВЧК.6 ХМЧ постепенно внедрялся в нашей лаборатории с 2006 по 2008 год как тест первого уровня для детей и взрослых с задержкой развития и основными врожденными пороками.7 Первоначально ХМЧ не внедряли в пренатальную диагностику, главным образом из-за опасений относительно потенциального выявления ВЧК неопределенной значимости. Однако, после нескольких случаев, когда синдромный диагноз был установлен постнатально с помощью ХМЧ после нормального пренатального кариотипирования, переход на пренатальный ХМЧ был окончательно осуществлен в 2011 году в нашем учреждении.

Это исследование суммирует наши результаты, мотивацию и рассуждения в течение 11 лет пренатальной диагностики в регионе Центральной Дании, одном из пяти регионов Дании, с общим количеством населения 1,3 миллиона (23% от общей численности населения Дании). Мы представляем влияние на результативность диагностики и время выполнения, а также обсуждаем первоначальные беспокойства и первый опыт внедрения ХМЧ в инвазивном пренатальном тестировании.

2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследуемая популяция состояла из когорты 147 158 беременностей из региона Центральной Дании с предполагаемым сроком родов на основе длины родничка плода в первом триместре в период с 1 января 2008 года по 31 декабря 2018 года. Регион Центральной Дании составляет 23% населения Дании.

Данные обо всех генетических анализах, выполненных в течение периода исследования, были получены из Датского центрального цитогенетического реестра, Датской базы данных медицины плода и местной базы данных диагностических лабораторий (Langtved DB) в отделении клинической генетики Университетской больницы Орхуса, регион Центральная Дания. Генетические данные были связаны между собой с помощью датского уникального номера регистрации актов гражданского состояния (РАГС-номер), который присваивается всем гражданам Дании.

Образцы эмбрионального происхождения (выкидыши и прерванные беременности) и результаты неинвазивного тестирования не были основным предметом исследования.

В 95 случаях забор ворсин хориона сопровождался амниоцентезом во время той же беременности, что указывало на возможный ограниченный плацентарный мозаицизм. Поскольку набор данных был сокращен до “только одного результата”, 78 случаев с нормальными результатами амниоцентеза были засчитаны как нормальный кариотип плода. Аномальный результат амниоцентеза подтвердил поражение плода в 17 случаях (18%), и эти случаи были засчитаны как аномальные.

Кариотипирование с разрешением 450-550 Q-диапазона, быстрый скрининг анеуплоидии с помощью полуколичественной флуоресцентной ПЦР и ХМЧ с использованием массивной сравнительной геномной гибридизации выполняли, как описано в предыдущих исследованиях.8, 9 Все лабораторные методы оставались неизменными в течение периода исследования. Предел выявления кариотипа-ВЧК по размеру составлял 5 Мб, а предел выявления ХМЧ-ВЧК по размеру – 40-80 кб. Для ВЧК неизвестного клинического значения анализировали образцы родителей, чтобы исключить редкие, доброкачественные ВЧК.

Выбор метода для различных показаний менялся в течение периода исследования (Таблица 1).Если коротко, то в конце 2011 года ХМЧ предлагали только при беременности с пороками развития плода, с 2013 года у беременных с большой прозрачностью шейки матки, а с 2016 года – как тест первого уровня в случае повышенного риска анеуплоидии, как описано в руководстве Датского общества медицины плода.8 После середины 2018 года беременным с риском моногенных нарушений предлагали ХМЧ вместо количественной флуоресцентной ПЦР, а также специфическое тестирование на соответствующие генетические варианты.

Таблица 1. Обзор изменений в лабораторных методах первого выбора для пренатальной диагностики в регионе Центральной Дании, 2008-2018.

• a Высокий риск по данным скрининга первого триместра ИЛИ истории беременности ИЛИ пороков развития, выявленных во время сканирования аномалий второго триместра.
• b Риск кСРТ для синдрома Дауна >1:300 ИЛИ риск для синдрома Эдвардса или Патау >1:150.
• c Оценка среднего (>1:1000) и высокого риска (>1:300) для синдрома Дауна.

3 РЕЗУЛЬТАТЫ

Всего было включено 147 158 одноплодных беременностей между 2008 и 2018 годами. В течение периода исследования абсолютное количество беременностей было стабильным, с медианой 13 729 (диапазон: 12360-14 173) ежегодных беременностей.

Пренатальное тестирование было проведено в 9637 (6,55%) беременностях: 8456 (87,7%) – инвазивные образцы, 957 (9,93%) – неинвазивные тесты на бесклеточную ДНК и 224 (2,32%) – тесты на тканях плода после потери беременности или прерывания беременности. Неинвазивное тестирование и тестирование на тканях плода не включено.

Частота инвазивных исследований составила 5,8% (8456/147158). Из 8456 инвазивных исследований 6710 (79,4%) были образцами ворсин хориона, а 1746 (20,6%) – амниоцентезом. Доля инвазивных исследований выросла с 4,8% в 2008 году до 6,0% в 2011 году, а затем стабилизировалась (Рис. 1). Доля пренатальных инвазивных образцов, проанализированных с помощью ХМЧ, постепенно возрастала по мере увеличения количества показаний (Таблица 1, Рис. 2). Среднее время выполнения ХМЧ составило 5,5 рабочих дней, независимо от типа образца, по сравнению с 14 (забор образцов ворсин хориона) и 21 (амниоцентез) днями при кариотипировании.

РИСУНОК 1

Частка жінок, які проходили інвазивне тестування під час вагітності. Загальна кількість вагітностей була стабільною протягом досліджуваного періоду.

РИСУНОК  2

Доля инвазивных образцов, проанализированных с помощью хромосомных микрочипов (ХМЧ) с момента внедрения метода в 2011 году. Образцы, полученные для анализа известных семейных вариантов, не были автоматически предложены ХМЧ до середины 2018 года, поэтому кумулятивная доля не достигает 100%.

На Рис. 3 показано распределение болезнетворных ВЧК по сравнению с любыми другими аномалиями кариотипа, которые можно обнаружить с помощью обычного кариотипирования (преимущественно трисомии, а также аномалии половых хромосом, триплоидии, анеуплоидии и структурные аберрации), о которых сообщалось в течение исследуемого периода. За последние 3 года исследования (2016-2018 гг., см. Рис. 3) 5,3% всех инвазивных образцов (95% доверительный интервал [ДИ] 4,4-6,2%; n = 133/2533) имели трисомии и другие анеуплоидии (включая анеуплоидию половых хромосом и несбалансированные транслокации), а в 3,4% (95% ДИ 2,8-4,2%; n = 86/2533) был обнаружен болезнетворный ВЧК. Это свидетельствует о том, что ХМЧ может выявлять болезнетворные ВЧК, которые не были бы обнаружены с помощью кариотипирования в течение периода исследования.

РИСУНОК 3

Вариация числа копий (ВЧК) в общем количестве хромосомных аберраций.

В общем, 39,3% (86/219) цитогенетически аномальных находок были болезнетворными ВЧК с размером <5 МБ, что сделало бы подавляющее большинство (92%) из них неопределяемыми с помощью кариотипирования. Из них 9,3% (8/86) были ВЧК в локусах восприимчивости с пониженной пенетрантностью, таких как микродупликация 16p11.2, микроделеция 1q21.1 и микродупликация 22q11.2.10 Остальные ассоциированные с заболеванием ВЧК состояли из высокопенетрантных хромосомных нарушений, таких как микроделеция 22q11.2, микроделеция 1p36 и синдром Вольфа-Хиршхорна.

Всего в 86/41355 (все беременности с 2016 по 2018 год) или 1:481 было пренатально диагностировано ВЧК во время скрининга с помощью кСРТ и сканирования пороков развития во втором триместре беременности.

4 ОБСУЖДЕНИЕ

Переход от кариотипирования к ХМЧ как тесту первого уровня в случаях высокого риска кСРТ или пороков развития повысил уровень диагностики. Это увеличение было достигнуто благодаря изменению лабораторных методов, а не увеличению уровня инвазивности или изменению показателей. Примерно треть аномальных результатов были болезнетворными ВЧК, которые в большинстве случаев не были бы обнаружены с помощью кариотипирования, а остальные две трети были распространенными анеуплоидиями.

Повышение диагностической эффективности ХМЧ не является неожиданностью 11 , и использование ХМЧ сегодня рекомендуется Американским колледжем акушерства и гинекологии (ACOG) в случае выявления структурных пороков развития с помощью УЗИ.12 Однако, ACOG рекомендует проводить кариотипирование или ХМЧ для плодов без пороков развития. В данном исследовании большинство образцов были образцами ворсин хориона с высоким риском кСРТ (без пороков развития), что свидетельствует в пользу использования ХМЧ при всех показаниях. Результаты также показывают, что в 1:481 беременности пренатально диагностировали болезнетворный ВЧК при скрининге с помощью кСРТ и сканирования пороков развития во время беременности. Этот показатель был ниже в исследованиях Srebniak и соавт., которые обнаружили субмикроскопические ВЧК в 1:270 в когорте женщин, проходивших пренатальную диагностику, которая зависела от возраста матери и ее тревожности.13 Эту разницу можно объяснить разницей в показаниях к обследованию.

Время ожидания значительно улучшилось с изменением метода: с 14 до 21 дня при кариотипировании 9 до лишь 5,5 дней при ХМЧ. Это сокращение является важным, поскольку задокументировано, что время ожидания результата воспринимается беременной парой как очень тяжелое испытание.14, 15

Мы продолжаем терять выдающееся причинно-следственное понимание, которое дает кариотипирование в редких случаях. Оглядываясь назад, можно сказать, что это прежде всего касается тех редких случаев, когда обнаруживают мозаицизм при половых хромосомных нарушениях или мозаицизм при ВЧК. Со временем мы исследовали, как культивирование может влиять на аберрации 16, 17, и в этом случае одновременное проведение анализа ДНК и культивирования облегчило бы изучение.

В данной установке используется ХМЧ на основе сравнительной геномной гибридизации, а не массив на основе однонуклеотидного полиморфизма, и этот метод не может выявить триплоидию. Количество обнаруженных триплоидий было стабильным на протяжении всего периода исследования. Это хорошо согласуется с нашим повседневным опытом. Наши специалисты по фетальной медицине имеют опыт повышения подозрения на триплоидию на основе выявления очень низких уровней биомаркеров или повышенного соотношения между размерами головы и тела, и они регулярно требуют проведения специальных тестов (количественная флуоресцентная ПЦР) по этим показаниям.18

Со временем мы прекратили сообщать о вариантах с неопределенной значимостью и теперь редко просим образцы родителей, чтобы проверить, является ли ВЧК неизвестной значимости семейной ВЧК. Если ВЧК повторно появляется во время следующей беременности, то он действительно является семейным, и категория ВЧК во внутренней базе данных меняется на “вероятно доброкачественный”. В частности, выявление локусов контроля (например, дупликация 22q11.2) стало рутинной практикой с соответствующими рекомендациями и опытными консультантами. Некоторые локусы контроля за этот период времени были интерпретированы как имеющие настолько низкую распространенность (15%), что о них больше не сообщают.10 Примером является делеция и дупликация 15q11.19 Отчетность и консультирование по локусам контроля описаны в других источниках.20–22.

Таким образом, мы выступаем за предоставление более качественных услуг после перехода от пренатального кариотипирования к ХМЧ. Приобретая опыт во время перехода, мы поняли, что нам нужны люди с различными навыками, которые пересекаются, такие как специалисты по медицине плода, генетики, лабораторные генетики и биотехники, чтобы обеспечить наилучшую интерпретацию данных и консультирование, а также мы явно получили пользу от помощи антропологов и больничного капеллана.

5 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Оглядываясь на десятилетие, в течение которого хромосомные микрочипы были внедрены в пренатальную медицину, мы извлекли много уроков. В наших условиях мы обнаружили 5,3% трисомий и 3,4% ВЧК с помощью ХМЧ, что означает, что мы повысили диагностический результат более чем на 64% по сравнению с кариотипированием (100% × 3,4/5,3). Параллельно с изменением метода более чем вдвое сократилось время выполнения. Беспокойство относительно сложности пренатального консультирования было реальным, но клинический путь был найден вместе с экспертами-консультантами. Другие беспокойства, такие как варианты с неопределенной значимостью, со временем уменьшились.

Клиническая генетика и медицина плода стремительно развиваются; секвенирование всего генома является следующим технологическим прорывом в пренатальной диагностике. Опираясь на наш опыт внедрения ХМЧ за последнее десятилетие, мы готовы к следующему переходу.

ССЫЛКИ НА ИСТОЧНИКИ

1. Gadsboll K, Petersen OB, Gatinois V, et al. Current use of noninvasive prenatal testing in Europe, Australia and the USA: a graphical presentation. Acta Obstet Gynecol Scand. 2020; 99: 722- 730.
2. Boyd PA, Devigan C, Khoshnood B, et al. Survey of prenatal screening policies in Europe for structural malformations and chromosome anomalies, and their impact on detection and termination rates for neural tube defects and Down’s syndrome. BJOG. 2008; 115: 689- 696.
3. Danish Health Authority. Retningslinjer for fosterdiagnostik.Prænatal information, risikovurdering, rådgivning og diagnostik. [Guidelines for fetal diagnostics. Prenatal information, risk assessment, counseling and diagnostics]. In: (Sundhedsstyrelsen) DHA, ed. 2017.
4. Ekelund CK, Jorgensen FS, Petersen OB, Sundberg K, Tabor A, Danish Fetal Medicine Research G. Impact of a new national screening policy for Down’s syndrome in Denmark: population based cohort study. BMJ. 2008; 337:a2547.
5. Lou S, Petersen OB, Jorgensen FS, et al. National screening guidelines and developments in prenatal diagnoses and live births of own syndrome in 1973-2016 in Denmark. Acta Obstet Gynecol Scand. 2018; 97: 195- 203.
6. Vissers LE, de Vries BB, Osoegawa K, et al. Array-based comparative genomic hybridization for the genomewide detection of submicroscopic chromosomal abnormalities. Am J Hum Genet. 2003; 73: 1261- 1270.
7. Miller DT, Adam MP, Aradhya S, et al. Consensus Statement: chromosomal microarray is a first-tier clinical diagnostic test for individuals with developmental disabilities or congenital anomalies. Am J Hum Genet. 2010; 86: 749- 764.
8. Vogel I, Petersen OB, Christensen R, Hyett J, Lou S, Vestergaard EM. Chromosomal microarray as primary diagnostic genomic tool for pregnancies at increased risk within a population-based combined first-trimester screening program. Ultrasound Obstet Gynecol. 2018; 51: 480- 486.
9. Lildballe DL, Vogel I, Petersen OB, Vestergaard EM. Diagnostic performance of quantitative fluorescence PCR analysis in high-risk pregnancies after combined first-trimester screening. Dan Med J. 2014; 61:A4964.
10. Rosenfeld JA, Coe BP, Eichler EE, Cuckle H, Shaffer LG. Estimates of penetrance for recurrent pathogenic copy-number variations. Genet Med. 2013; 15: 478- 481.
11. Wapner RJ, Martin CL, Levy B, et al. Chromosomal microarray versus karyotyping for prenatal diagnosis. N Engl J Med. 2012; 367: 2175- 2184.
12. ACOG_Committee_on_Genetics, The_Society_for_Maternal-Fetal_Medicine. Committee opinion No.682: microarrays and next-generation sequencing technology: the use of advanced genetic diagnostic tools in obstetrics and gynecology. Obstet Gynecol. 2016; 128: e262- e268.
13. Srebniak MI, Joosten M, Knapen MFCM, et al. Frequency of submicroscopic chromosomal aberrations in pregnancies without increased risk for structural chromosomal aberrations: systematic review and meta-analysis. Ultrasound Obstet Gynecol. 2018; 51: 445- 452.
14. Hammond J, Klapwijk JE, Riedijk S, et al. Assessing women’s preferences towards tests that may reveal uncertain results from prenatal genomic testing: development of attributes for a discrete choice experiment, using a mixed-methods design. PLoS One. 2022; 17:e0261898.
15. Lou SN, Nielsen CP, Hvidman L, Petersen OB, Risor MB. Coping with worry while waiting for diagnostic results: a qualitative study of the experiences of pregnant couples following a high-risk prenatal screening result. BMC Pregnancy Childbirth. 2016; 16: 321.
16. Moellgaard MH, Lund ICB, Becher N, et al. Incidental finding of maternal malignancy in an unusual non-invasive prenatal test and a review of similar cases. Clin Case Rep. 2022; 10:e6280.
17. Lund ICB, Becher N, Graakjaer J, et al. Mosaicism for copy number variations in the placenta is even more difficult to interpret than mosaicism for whole chromosome aneuploidy. Eur J Hum Genet. 2022; 30: 103.
18. Engelbrechtsen L, Brondum-Nielsen K, Ekelund C, Tabor A, Skibsted L, Grp DFMS. Detection of triploidy at 11-14 weeks’ gestation: a cohort study of 198 000 pregnant women. Ultrasound Obstet Gynecol. 2013; 42: 530- 535.
19. Jonch AE, Douard E, Moreau C, et al. Estimating the effect size of the 15Q11.2 BP1-BP2 deletion and its contribution to neurodevelopmental symptoms: recommendations for practice. J Med Genet. 2019; 56: 701- 710.
20. Lou S, Jensen AH, Vogel I. How are uncertain prenatal genetic results perceived and managed two years after they were received? A qualitative interview study. J Genet Couns. 2021; 30: 1191- 1202.
21. Lou S, Lomborg K, Lewis C, Riedijk S, Petersen OB, Vogel I. “It’s probably nothing, but…” Couples’ experiences of pregnancy following an uncertain prenatal genetic result. Acta Obstet Gynecol Scand. 2020; 99: 791- 801.
22. Lou S, Petersen OB, Lomborg K, Vogel I. How do geneticists and prospective parents interpret and negotiate an uncertain prenatal genetic result? An analysis of clinical interactions. J Genet Couns. 2020; 29: 1221- 1233.