Десятиліття змін – уроки, отримані з пренатальної діагностики в регіоні Центральної Данії у 2008-2018 роках

Резюме

Вступ

У 2011 році було прийнято рішення впровадити хромосомний мікрочип у пренатальне тестування в регіоні Центральної Данії, головним чином через очікувану вищу діагностичну результативність. Хромосомний мікрочип впроваджувався поступово для все більшої кількості вагітностей і без перехідного періоду, коли проводилося як каріотипування, так і хромосомний мікрочип: спочатку вади розвитку (2011), потім велика прозорість пуповини (2013), потім високий ризик при комбінованому скринінгу ризику в першому триместрі (2016) і, нарешті, за всіма показниками (2018). Це ретроспективне дослідження підсумовує 11 років використання хромосомних мікрочипів в інвазивному пренатальному тестуванні і представляє вплив на діагностичну результативність і час виконання. Крім того, представлено та обговорено проблеми, які виникають при впровадженні хромосомних мікрочипів.

Матеріали та методи

Дані з Датської бази даних медицини плода, регіональної бази даних медицини плода, Датського центрального цитогенетичного реєстру та локальної лабораторної бази даних Департаменту клінічної генетики були об’єднані, і була створена когорта з 147 158 одноплідних вагітностей, які пройшли принаймні одне ультразвукове дослідження.

Результати

З 147 158 вагітностей інвазивний забір зразків (ворсинок хоріона або амніоцитів) було виконано у 8456, що відповідає загальному показнику інвазивності 5,8%. У період з 2016 по 2018 рік 3,4% (95% довірчий інтервал [ДІ] 2,8-4,2%; n = 86) інвазивних зразків (n = 2533) мали хвороботворний варіант копій, а 5,3% (95% ДІ 4,4-6,2%; n = 133) мали трисомії та інші анеуплоїдії. Час виконання дослідження скоротився більш ніж вдвічі з 14 днів до 5,5 днів в середньому для зразків ворсин хоріона.

Висновки

Хромосомний мікрочип дозволив виявити 5,3% трисомій і 3,4% варіантів кількості копій, що збільшило діагностичний результат на понад 64% порівняно з дослідженням лише каріотипу, а також більш ніж удвічі скоротило час виконання завдання. Деякі попередні побоювання виявилися реальними, наприклад, складність пренатального консультування, але вони були вирішені з часом у клінічному процесі з консультаціями експертів.

Абревіатури

кСРТ

комбінований скринінг ризиків першого триместру

ХМЧ

хромосомний мікрочип

ВЧК

Варіація числа копій

Ключове повідомлення

Діагностичний вихід збільшився на 64%, коли вагітним з ознаками високого ризику під час скринінгу в першому триместрі та вадами розвитку запропонували хромосомний мікрочип замість каріотипування. Загалом у 1:481 вагітності було діагностовано хвороботворні варіанти копій при комбінованому скринінгу першого триместру та скануванні вад розвитку під час вагітності.

1 ВСТУП

Сьогодні широко пропонується пренатальний скринінг на хромосомні аномалії.1, 2 Метою є виявлення вагітностей, які мають підвищений ризик несприятливих перинатальних або дитячих наслідків, щоб забезпечити покращене лікування цих станів і дозволити майбутнім батькам зробити репродуктивний вибір.3

Протягом десятиліть у національній системі охорони здоров’я Данії пропонується інвазивне пренатальне тестування на аномальні каріотипи. З 1978 року для аналізу інвазивних зразків (за всіма показаннями) використовувалося традиційне каріотипування на культурах тканин. З 2000 року каріотипування було доповнено більш швидким аналізом ДНК для виявлення поширених анеуплоїдій. У 2004 році всім вагітним жінкам було запропоновано універсальну програму пренатальної допомоги, що складається з комбінованого скринінгу ризиків у першому триместрі (кСРТ) на трисомії 13, 18 і 21, а також сканування вад розвитку у другому триместрі.3–5 Така зміна підходу до скринінгу значно зменшила кількість інвазивних зразків 5 , але не вплинула на лабораторну практику.

У той же час у постнатальну клінічну практику було впроваджено хромосомний мікрочип для аналізу на основі ДНК (ХМЧ). Перевагою цього методу було скорочення часу отримання результатів та вища чутливість до варіантів з меншою кількістю копій (ВЧК). Цей метод перевершував каріотипування для виявлення синдромів мікроделеції та дуплікації, викликаних патогенними ВЧК.6 ХМЧ поступово впроваджувався в нашій лабораторії з 2006 по 2008 рік як тест першого рівня для дітей та дорослих із затримкою розвитку та основними вродженими вадами.7 Спочатку ХМЧ не впроваджували в пренатальну діагностику, головним чином через побоювання щодо потенційного виявлення ВЧК невизначеної значущості. Однак, після кількох випадків, коли синдромний діагноз був встановлений постнатально за допомогою ХМЧ після нормального пренатального каріотипування, перехід на пренатальний ХМЧ був остаточно здійснений у 2011 році в нашому закладі.

Це дослідження підсумовує наші результати, мотивацію та міркування протягом 11 років пренатальної діагностики в регіоні Центральної Данії, одному з п’яти регіонів Данії, із загальною кількістю населення 1,3 мільйона (23% від загальної кількості населення Данії). Ми представляємо вплив на результативність діагностики та час виконання, а також обговорюємо початкові занепокоєння та перший досвід впровадження ХМЧ в інвазивному пренатальному тестуванні.

2 МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ

Досліджувана популяція складалася з когорти 147 158 вагітностей з регіону Центральної Данії з передбачуваним терміном пологів на основі довжини тім’ячка плода в першому триместрі в період з 1 січня 2008 року по 31 грудня 2018 року. Регіон Центральної Данії складає 23% населення Данії.

Дані про всі генетичні аналізи, виконані протягом періоду дослідження, були отримані з Датського центрального цитогенетичного реєстру, Датської бази даних медицини плода та місцевої бази даних діагностичних лабораторій (Langtved DB) у відділенні клінічної генетики Університетської лікарні Орхуса, регіон Центральна Данія. Генетичні дані були пов’язані між собою за допомогою датського унікального номера реєстрації актів цивільного стану (РАЦС-номер), який присвоюється всім громадянам Данії.

Зразки ембріонального походження (викидні та перервані вагітності) та результати неінвазивного тестування не були основним предметом дослідження.

У 95 випадках забір ворсин хоріона супроводжувався амніоцентезом під час тієї ж вагітності, що вказувало на можливий обмежений плацентарний мозаїцизм. Оскільки набір даних був скорочений до “лише одного результату”, 78 випадків з нормальними результатами амніоцентезу були зараховані як нормальний каріотип плода. Аномальний результат амніоцентезу підтвердив ураження плода у 17 випадках (18%), і ці випадки були зараховані як аномальні.

Каріотипування з роздільною здатністю 450-550 Q-діапазону, швидкий скринінг анеуплоїдії за допомогою напівкількісної флуоресцентної ПЛР та ХМЧ з використанням масивної порівняльної геномної гібридизації виконували, як описано в попередніх дослідженнях.8, 9 Всі лабораторні методи залишалися незмінними протягом періоду дослідження. Межа виявлення каріотипу-ВЧК за розміром становила 5 Мб, а межа виявлення ХМЧ-ВЧК за розміром – 40-80 кб. Для ВЧК невідомого клінічного значення аналізували зразки батьків, щоб виключити рідкісні, доброякісні ВЧК.

Вибір методу для різних показань змінювався протягом періоду дослідження (Таблиця 1). Якщо коротко, то наприкінці 2011 року ХМЧ пропонували лише при вагітності з вадами розвитку плода, з 2013 року у вагітних з великою прозорістю шийки матки, а з 2016 року – як тест першого рівня у випадку підвищеного ризику анеуплоїдії, як описано в настанові Датського товариства медицини плода.8 Після середини 2018 року вагітним з ризиком моногенних порушень пропонували ХМЧ замість кількісної флуоресцентної ПЛР, а також специфічне тестування на відповідні генетичні варіанти.

Таблиця 1. Огляд змін у лабораторних методах першого вибору для пренатальної діагностики в регіоні Центральної Данії, 2008-2018.

• a Високий ризик за даними скринінгу першого триместру АБО історії вагітності АБО вад розвитку, виявлених під час сканування аномалій другого триместру.
• b Ризик кСРТ для синдрому Дауна >1:300 АБО ризик для синдрому Едварда або Патау >1:150.
• c Оцінка середнього (>1:1000) та високого ризику (>1:300) для синдрому Дауна.

3 РЕЗУЛЬТАТИ

Загалом було включено 147 158 одноплідних вагітностей між 2008 та 2018 роками. Протягом періоду дослідження абсолютна кількість вагітностей була стабільною, з медіаною 13 729 (діапазон: 12360-14 173) щорічних вагітностей.

Пренатальне тестування було проведено у 9637 (6,55%) вагітностях: 8456 (87,7%) – інвазивні зразки, 957 (9,93%) – неінвазивні тести на безклітинну ДНК і 224 (2,32%) – тести на тканинах плода після втрати вагітності або переривання вагітності. Неінвазивне тестування та тестування на тканинах плода не включено.

Частота інвазивних досліджень становила 5,8% (8456/147158). З 8456 інвазивних досліджень 6710 (79,4%) були зразками ворсин хоріона, а 1746 (20,6%) – амніоцентезом. Частка інвазивних досліджень зросла з 4,8% у 2008 році до 6,0% у 2011 році, а потім стабілізувалася (Зобр. 1). Частка пренатальних інвазивних зразків, проаналізованих за допомогою ХМЧ, поступово зростала по мірі збільшення кількості показань (Таблиця 1, Зобр. 2). Середній час виконання ХМЧ становив 5,5 робочих днів, незалежно від типу зразка, порівняно з 14 (забір зразків ворсин хоріона) та 21 (амніоцентез) днями при каріотипуванні.

ЗОБРАЖЕННЯ 1

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

ЗОБРАЖЕННЯ 2

Частка інвазивних зразків, проаналізованих за допомогою хромосомних мікрочипів (ХМЧ) з моменту впровадження методу в 2011 році. Зразки, отримані для аналізу відомих сімейних варіантів, не були автоматично запропоновані ХМЧ до середини 2018 року, тому кумулятивна частка не досягає 100%.

На Зобр. 3 показано розподіл хвороботворних ВЧК порівняно з будь-якими іншими аномаліями каріотипу, які можна виявити за допомогою звичайного каріотипування (переважно трисомії, а також аномалії статевих хромосом, триплоїдії, анеуплоїдії та структурні аберації), про які повідомлялося протягом досліджуваного періоду. За останні 3 роки дослідження (2016-2018 рр., див. Зобр. 3) 5,3% всіх інвазивних зразків (95% довірчий інтервал [ДІ] 4,4-6,2%; n = 133/2533) мали трисомії та інші анеуплоїдії (включаючи анеуплоїдію статевих хромосом і незбалансовані транслокації), а в 3,4% (95% ДІ 2,8-4,2%; n = 86/2533) було виявлено хвороботворний ВЧК. Це свідчить про те, що ХМЧ може виявляти асоційовані з хворобою ВЧК, які не були б виявлені за допомогою каріотипування протягом періоду дослідження.

ЗОБРАЖЕННЯ 3

Варіація числа копій (ВЧК) у загальній кількості хромосомних аберацій.

Загалом, 39,3% (86/219) цитогенетично аномальних знахідок були хвороботворними ВЧК з розміром <5 МБ, що зробило б переважну більшість (92%) з них невизначеними за допомогою каріотипування. З них 9,3% (8/86) були ВЧК у локусах сприйнятливості зі зниженою пенетрантністю, таких як мікродуплікація 16p11.2, мікроделеція 1q21.1 і мікродуплікація 22q11.2.10 Решта асоційованих із захворюванням ВЧК складалися з високопенетрантних хромосомних порушень, таких як мікроделеція 22q11.2, мікроделеція 1p36 і синдром Вольфа-Гіршхорна.

Загалом у 86/41355 (всі вагітності з 2016 по 2018 рік) або 1:481 було пренатально діагностовано ВЧК під час скринінгу за допомогою кСРТ та сканування вад розвитку у другому триместрі вагітності.

4 ОБГОВОРЕННЯ

Перехід від каріотипування до ХМЧ як тесту першого рівня у випадках високого ризику кСРТ або вад розвитку підвищив рівень діагностики. Це збільшення було досягнуто завдяки зміні лабораторних методів, а не збільшенню рівня інвазивності або зміні показників. Приблизно третина аномальних результатів були хвороботворними ВЧК, які в більшості випадків не були б виявлені за допомогою каріотипування, а решта дві третини були поширеними анеуплоїдіями.

Підвищення діагностичної ефективності ХМЧ не є несподіванкою 11 , і використання ХМЧ сьогодні рекомендується Американським коледжем акушерства і гінекології (ACOG) у разі виявлення структурних вад розвитку за допомогою УЗД.12 Однак, ACOG рекомендує проводити каріотипування або ХМЧ для плодів без вад розвитку. У даному дослідженні більшість зразків були зразками ворсин хоріона з високим ризиком кСРТ (без вад розвитку), що свідчить на користь використання ХМЧ при всіх показаннях. Результати також показують, що в 1:481 вагітності пренатально діагностували хвороботворний ВЧК при скринінгу за допомогою кСРТ та сканування вад розвитку під час вагітності. Цей показник був нижчим у дослідженнях Srebniak та співавт., які виявили субмікроскопічні ВЧК у 1:270 у когорті жінок, які проходили пренатальну діагностику, що залежала від віку матері та її тривожності.13 Цю різницю можна пояснити різницею у показаннях до обстеження.

Час очікування значно покращився зі зміною методу: з 14 до 21 дня при каріотипуванні 9 до лише 5,5 днів при ХМЧ. Це скорочення є важливим, оскільки задокументовано, що час очікування результату сприймається вагітною парою як дуже важке випробування.14, 15

Ми продовжуємо втрачати видатне причинно-наслідкове розуміння, яке дає каріотипування в рідкісних випадках. Озираючись назад, можна сказати, що це насамперед стосується тих рідкісних випадків, коли виявляють мозаїцизм при статевих хромосомних порушеннях або мозаїцизм при ВЧК. З часом ми дослідили, як культивування може впливати на аберації 16, 17, і в цьому випадку одночасне проведення аналізу ДНК і культивування полегшило б вивчення.

В даній установці використовується ХМЧ на основі порівняльної геномної гібридизації, а не масив на основі однонуклеотидного поліморфізму, і цей метод не може виявити триплоїдію. Кількість виявлених триплоїдій була стабільною протягом усього періоду дослідження. Це добре узгоджується з нашим повсякденним досвідом. Наші фахівці з фетальної медицини мають досвід підвищення підозри на триплоїдію на основі виявлення дуже низьких рівнів біомаркерів або підвищеного співвідношення між розмірами голови і тіла, і вони регулярно вимагають проведення спеціальних тестів (кількісна флуоресцентна ПЛР) за цими показаннями.18

З часом ми припинили повідомляти про варіанти з невизначеною значимістю і тепер рідко просимо зразки батьків, щоб перевірити, чи є ВЧК невідомої значимості сімейною ВЧК. Якщо ВЧК повторно з’являється під час наступної вагітності, то він дійсно є сімейним, і категорія ВЧК у внутрішній базі даних змінюється на “ймовірно доброякісний”. Зокрема, виявлення локусів контролю (наприклад, дуплікація 22q11.2) стало рутинною практикою з відповідними рекомендаціями та досвідченими консультантами. Деякі локуси контролю за цей період часу були інтерпретовані як такі, що мають настільки низьку поширеність (15%), що про них більше не повідомляють.10 Прикладом є делеція і дуплікація 15q11.19 Звітність і консультування щодо локусів контролю описані в інших джерелах.20–22.

Таким чином, ми виступаємо за надання більш якісних послуг після переходу від пренатального каріотипування до ХМЧ. Набуваючи досвіду під час переходу, ми зрозуміли, що нам потрібні люди з різноманітними навичками, які перетинаються, такі як фахівці з медицини плода, генетики, лабораторні генетики та біотехніки, щоб забезпечити найкращу інтерпретацію даних і консультування, а також ми явно отримали користь від допомоги антропологів і лікарняного капелана.

5 ВИСНОВОК

Озираючись на десятиліття, протягом якого хромосомні мікрочипи були впроваджені в пренатальну медицину, ми отримали багато уроків. У наших умовах ми виявили 5,3% трисомій і 3,4% ВЧК за допомогою ХМЧ, що означає, що ми підвищили діагностичний результат на понад 64% порівняно з каріотипуванням (100% × 3,4/5,3). Паралельно зі зміною методу більш ніж удвічі скоротився час виконання. Занепокоєння щодо складності пренатального консультування були реальними, але клінічний шлях був знайдений разом з експертами-консультантами. Інші занепокоєння, такі як варіанти з невизначеною значущістю, з часом зменшилися.

Клінічна генетика та медицина плода стрімко розвиваються; секвенування всього геному є наступним технологічним проривом у пренатальній діагностиці. Спираючись на наш досвід впровадження ХМЧ за останнє десятиліття, ми готові до наступного переходу.

ПОСИЛАННЯ НА ДЖЕРЕЛА

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.