panorama™ – ein nipt mit patentierter technologie · das sind in der regel die chromosomen 13,...
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Vater SNP Mutter SNP
Panorama™ unterscheidet eindeutig zwischen mütterlicher und fetaler DNAMit der SNP-Technologie werden gezielt die relevanten Chromosomenregionen
und SNP-Muster aus mütterlicher und fetaler zellfreier DNA analysiert.
Der Panorama™-Test analysiert diese SNPs mit patentierter Methode. Die Muster
werden anhand des von der Firma Natera, Inc. patentierten NATUS™-Algorithmus
ausgewertet, um festzustellen, ob der Fetus ein erhöhtes Risiko für eine Aneu-
ploidie aufweist. SNPs sind die Unterschiede auf der DNA-Ebene, die Menschen
voneinander unterscheiden. Daher werden SNP-Muster z. B. auch in der Gerichts-
medizin eingesetzt, um einen Täter anhand seiner DNA-Spuren zu identifizieren.
SNP-Muster werden von den Eltern an ihre Kinder weitergegeben und ermögli-
chen dem Panorama™-Test die Unterscheidung zwischen mütterlicher und fetaler
(plazentarer) DNA.
Abb. 1: Der Panorama™-Test nutzt SNPs, die im Genom verteilt sind, ähnlich wie die Gerichtsmedizin
Durch die Unterscheidung zwischen mütterlicher und fetaler DNA
kann der Panorama™-Test mit hoher Sicherheit Triploidien, Vanishing Twins und
vollständige Blasenmolen erkennen. Zusätzlich wird das Risiko minimiert, dass
maternale Mosaike das Ergebnis verfälschen.
Beispielsweise kommt es bei Frauen mit zunehmendem Alter zu einem
partiellen Verlust eines X-Chromosoms. Der Panorama™-Test erkennt das
maternale Mosaik.
Technik vieler anderer NIPT Viele andere Tests verwenden die Counting-, die Zählmethode. Bei diesen Tests kann
nicht zwischen mütterlicher und fetaler DNA unterschieden werden. Vielmehr wird
die Anzahl von DNA-Fragmenten bestimmt, die von den Chromosomen stammen, auf
die gescreent werden soll. Das sind in der Regel die Chromosomen 13, 18, 21 und ggf.
auch X und Y. Die Anzahl der Fragmente wird mit der Anzahl der Fragmente bestimm-
ter Referenzchromosomen (z. B. Chromosom 3) verglichen. Daher spricht man auch
von der „Zählmethode“. Wenn beide Chromosomen in vergleichbarer Anzahl vorlie-
gen, so ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass die untersuchten Chromosomen disom
vorliegen. Liegt das untersuchte Chromosom, z. B. Chromosom 21, in höherer Anzahl
vor, gibt es eine erhöhte Wahrscheinlichkeit für eine Trisomie.
Wäre die gesamte untersuchte DNA fetalen Ursprungs, ließen sich mit der Zählme-
thode Aneuploidien sehr exakt bestimmen. In der Realität ist jedoch nur ein gerin-
ger Prozentsatz der so analysierten DNA fetalen Ursprungs (im Durchschnitt ca.
12 %). Der weitaus größere Anteil ist mütterlichen Ursprungs.
Je größer der Anteil mütterlicher DNA ist, desto schwieriger wird es, mit der Zähl-
methode Aneuploidien zu erkennen.
Wenn nicht genau zwischen mütterlicher und fetaler DNA unterschieden wird,
können anhand der Zählmethode keine Triploidien, Vanishing Twins, maternalen
Mosaike oder Blasenmolen erkannt werden. Dadurch kann es zu zusätzlichen
falsch negativen und falsch positiven Ergebnissen kommen.
Wenn beispielsweise neben einem gesunden Zwilling noch ein weiterer Zwilling
vorliegt, der eine Aneuploidie aufweist, bereits abgestorben ist und im Ultraschall
nicht erkannt wird, kommt es vor, dass der verstorbene Zwilling (Vanishing Twin)
bzw. dessen Plazenta noch DNA an den Blutkreislauf der Mutter abgibt. Wird ein
NIPT basierend auf einer Zählmethode eingesetzt, so bleibt der Vanishing Twin
unentdeckt und es kann zu einem falsch positiven Ergebnis hinsichtlich des
gesunden, überlebenden Zwillings kommen.
Die essentielle Bedeutung der fetalen Fraktion Die Genauigkeit der Zählmethode hängt sehr stark von der fetalen Frakti-
on ab. Studien haben gezeigt, dass ihre Genauigkeit bei einer fetalen Fraktion von
unter 8 % abnimmt und es gehäuft zu falsch negativen Ergebnissen kommt 25, 26
(vgl. Abb. 2).
Abb. 2: Die Anwendung der Zählmethode wird mit abnehmender fetaler Fraktion zunehmend ungenauer. Die Anzahl
der Fragmente bei Disomie (vgl. jeweils linken Balken) lässt sich bei einer fetalen Fraktion von 15 % oder 10 % noch
relativ gut von der Anzahl der Fragmente bei Trisomie (vgl. jeweils rechten Balken) unterscheiden.
Bei fetalen Fraktionen wird der Unterschied in der Anzahl der Fragmente (vgl. Pfeil) so gering, dass eine
Unterscheidung zwischen Trisomie und Disomie mit der Zählmethode schwierig ist.
0 3000Chromosom 21 (Reads x 1000)
400
7X
2600
22q (Reads x 1000)
WGS-2NIPT
WGS-2NIPT27
0 500250 750 1000
25
29X
720
1000 2000
Panorama™ beieiner fetalen
Fraktion < 5 %28
Es kann gravierende Konsequenzen haben, wenn die fetale Fraktion, wie
bei manchen NIPTs üblich, nicht gemessen wird oder Methoden eingesetzt wer-
den, die sehr ungenau sind. Wenn der Fetus eine Aneuploidie aufweist und eine
niedrige fetale Fraktion hat, so wird mit der Zählmethode lediglich die DNA der
Mutter gemessen. Da der Arzt jedoch keine Aussage über die fetale Fraktion hat
und davon ausgeht, dass er den Chromosomenstatus des Fetus ermittelt, gibt er
das falsch negative Ergebnis an die Eltern weiter, die dann ein Kind mit Aneuploidie
bekommen, im Glauben, es sei alles in Ordnung.
Die Problematik des Verzichts auf eine Messung der fetalen Fraktion bzw. der
Verwendung ungenauer Methoden zu deren Bestimmung wird in einer Arbeit ver-
deutlicht, bei der Proben von nicht schwangeren Frauen an verschiedene Anbieter
von NIPTs versandt wurden. Lediglich jene Anbieter, welche die SNP- Technologie
zur Bestimmung der fetalen Fraktion einsetzten, kamen zum korrekten Ergebnis
(fetale Fraktion liegt unter dem Schwellenwert für eine Analyse).
Die Anbieter hingegen, die keine Bestimmung der fetalen Fraktion durchführten
oder ungenaue Methoden verwendeten, diagnostizierten einen gesunden, weib-
lichen Fetus, denn sie hatten lediglich die DNA der Mutter gemessen und gingen
davon aus, dass es sich dabei um die gemischte mütterliche und fetale DNA
handelt.
Der gleiche Fehler ist zu erwarten, wenn die Blutprobe eine niedrige fetale
Fraktion hat (was bei bestimmten Chromosomenstörungen gehäuft der Fall ist): Es
wird eine falsch negative Diagnose gestellt 33.
Die Genauigkeit der Erkennung von Anomalien ist bei Zählmethoden bei ei-
ner fetalen Fraktion unter 8 % reduziert, was zu falsch negativen Ergebnissen
führen kann 25, 26. Der NATUS™-Algorithmus des Panorama™-Tests umfasst
Messungen der fetalen Fraktion. Wenn eine niedrige fetale Fraktion gemessen
wird (unter 5 %), erfolgt eine erneute Messung, wobei dann wesentlich mehr
DNA-Fragmente ausgewertet werden („Reflex“-Messung).
Abb. 3: Reflex-Messung mit dem Panorama™-Tests bei fetalen Fraktionen unter 5 %. Mit dem Panorama™-Test
werden 2,6 Millionen DNA-Fragmen-
te von Chromosom 21 ausgewertet,
während z. B. mit Tests, die ei-
nen Whole-genome-Ansatz ha-
ben (Zählmethode), nur 400.000
Fragmente ausgewertet werden.
Dadurch erhöht sich die
Genauigkeit des Panorama™-
Tests auch bei niedriger fetaler Fraktion.
PanoramaNatera1,2,3
WGS-2NIPT9,10,11
WGS-2NIPT9,10,11
WGS-1NIPT5,6,7
WGS-1NIPT5,6,7
Array- NIPT4
PanoramaNatera1,2,3
0% 0,5% 1,0% 1,5% 2,0% 2,5% 0% 0,05% 0,10% 0,15% 0,20% 0,25%
2,4%0,17%
1,89%
0,20%
1,33%
0,6%0,03%
Kombinierte FNR in Validierungsstudien (T21, T18, T13)
Kombinierte FPR in Validierungsstudien (T21, T18, T13, MX)
Array-NIPTs sind im FPR-Diagramm nicht aufgeführt, da Daten zu Monosomie X in der geprüften Literatur nicht zu finden sind.4 In der
Praxis kommt es bei Verwendung der Zählmethode gelegentlich zu falsch positiven Ergebnissen aufgrund von maternalen Mosaiken.
*Darstellung eines SNP-Plots zur Veranschaulichung
13.392 SNPs 576 SNPs
1,33% 1,89%
Panorama1,2,3 WGS-2 NIPT9,10,11WGS-1 NIPT5,6,7,24
0,60% 2,40%
Array-NIPT1,2,3
Verteilungkurzer (< 150 bp)cfDNA Fragmente
Keine Daten verfügbar zur Methodik oder Leistung
Methode der Messung der fetalen Fraktion
Kombinierte Rate falsch negativer Ergebnisse in
Validierungsstudien (Trisomie 21, 18, 13)
Genauigkeit des Panorama™-TestsDurch die spezielle und patentierte Analysemethode reduziert Panorama™ sowohl
die Rate falsch negativer Ergebnisse (Falsch-negativ-Rate, FNR) als auch die
falsch positiver Ergebnisse12-16 (Falsch-positiv-Rate, FPR) und ist damit sichere-
Abb. 4: Falsch-positiv- und Falsch–negativ-Raten des Panorama™-Tests im Vergleich
Trotz der hohen Genauigkeit des Panorama™-Tests ist es wichtig zu
beachten, dass es sich bei diesem Test, wie auch bei allen anderen NIPTs, um
einen Screening-Test handelt. Daher ist es notwendig, jedes positive Ergeb-
nis durch einen diagnostischen, invasiven Test (Amniozentese) bestätigen zu
lassen.
Der Grund dafür ist, dass NIPTs plazentare DNA analysieren. Plazentare
DNA weist aber mehr Aneuploidien auf als fetale DNA. Daher gibt es bei
NIPTs, auch dem Panorama™-Test, eine höhere Falsch-positiv-Rate als bei
diagnostischen Tests.
Abb. 5: Vergleich der Bestimmung der fetalen Fraktion und der Falsch-negativ-Raten
0 0,2% 0,4% 0,6% 0,8% 1,0% 1,2% 1,4%
Null Fehler
0,6%
1,3%
Sensitivität
Keine Daten verfügbar
PanoramaNatera1,2,3
WGS-2NIPT17
WGS-1NIPT7,8
Array- NIPT4
Exakte GeschlechtsbestimmungDie SNP-basierte Technologie von Panorama™ hat eine sehr hohe Genauigkeit bei
der fetalen Geschlechtsbestimmung von allen NIPTs1-4,8,9,17. Panorama™ nutzt einen
spezifischen Algorithmus für Geschlechtschromosomen, bei dem SNPs von X- und
Y-Chromosomen verglichen werden, um das Vorhandensein und die Anzahl der
Kopien des Y-Chromosoms zu bestimmen.18
Wenn das Testergebnis zu einem Ergebnis kommt, das der Geschlechtsbestim-
mung im Ultraschall widerspricht, kann ein gravierendes medizinisches Problem die
Ursache sein. Eine falsche Geschlechtsbestimmung durch den NIPT kann dann zu
unnötigen klinischen Untersuchungen führen und die Patientin sehr stark beunru-
higen.
Abb. 7: Fehlerrate bei der fetalen Geschlechtsbestimmung: Zusammenfassung von Validierungsstudien
Der Panorama™-Test hat höchste Genauigkeit bei der Bestimmung des fetalen
Geschlechts.
Abb. 6: Qualitätsparameter des Pa-
norama™-Tests in der Übersicht
Gendefekt Sensitivität (95% CI) Spezi�tät (95% CI) PVW NVW
Trisomie 21 >99% (CI 97.8-99.9) >99 (CI 99.7-100) 91% >99.99%*
Trisomie 18 98.2% (CI 90.4-99.9) >99% (CI 99.7-100) 93% >99.99%*
Trisomie 13 >99% (CI 87.2-100) >99% (CI 99.8-100) 38% >99.99%*
Monosomie X 94.7% (CI 74.0-99.9) >99% (CI 99.7-100) 50% >99.99%*
Triploidie >99% (CI 66.4-100)
k. A. k. A. k. A.
>99% (CI 99.5-100) 5.3% >99.99%*
XXX, XXY, XYY 89%
22q11.2 Mikrodeletion 95.7% (CI 85.5-99.5) >99% (CI 98.6-99.9) 20%** 99.97-99.99%***
1p36 Mikrodeletion >99% (CI 2.5-100) >99% (CI 99.1-100) 7-17%*** 99.98-99.99%***
Angelman Syndrom 95.5% (CI 77.2-99.9) >99% (CI 99.1-100) 4% >99.99%
Cri-du-chat Syndrom >99% (CI 85.8-100) >99% (CI 99.1-100) 2-5%*** >99.99%
Prader-Willi Syndrom 93.8% (CI 69.8-99.8) >99% (CI 99.1-100) 5% >99.99%
Weibliches Geschlecht >99.9% (CI 99.4-100) >99.9% (CI 99.5-100)
Männliches Geschlecht >99.9% (CI 99.5-100) >99.9% (CI 99.4-100)
0 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Keine Daten verfügbar
95,7%
Keine Daten verfügbar
0–70%
Sensitivität
PanoramaNatera19
WGS-2NIPT17
WGS-1NIPT20
Array- NIPT21
0
20
40
60
80
100
120
140
Abb. 9: Häufigkeit verschiedener
Mutationen
Für Frauen jeden Alters geeignetDer American Congress of Obstetricians and Gynecologists (ACOG) sowie
das American College of Medical Genetics and Genomics (ACMG) erkennen
neben anderen Gesellschaften inzwischen den Einsatz von NIPT für alle Einlings-
schwangerschaften an, und zwar unabhängig von Alter oder Risiko.29, 30
Der Panorama™-Test ist für Frauen mit hohem, aber auch mit geringem Risiko
validiert.
Validierung T21, T18, T13 und MX2
Hohes Risiko: Sensitivität: 98,0 % Spezifität: 99,5 %
Geringes Risiko: Sensitivität: 100 % Spezifität: 100 %
Abb. 8: Panorama™-Test: Genauigkeit in Abhängigkeit von der Risikostufe
Detektion von 22q11.2Die Mikrodeletion 22q11.2 (DiGeorge-Syndrom) ist
die häufigste Mikrodeletion (Inzidenz: ca. 1:2.000).
Sie tritt deutlich häufiger auf als Trisomie 13 oder 18.
Der SNP-basierte Ansatz von Panorama™ hat die
höchste Sensitivität für 22q11.219-21.
Durch die Auswertung von ca. 600.000 DNA-
Fragmenten innerhalb der chromosomalen Region
22q11.2 hat Panorama™ eine höhere Erkennungsra-
te als Zählmethoden, bei denen lediglich 5.400 bzw.
20.000 Fragmente ausgewertet werden.
Dieselbe Technik ermöglicht dem Panorama™-Test die Detektion von weiteren
Mikrodeletionen: Prader-Willi-Syndrom, Angelman-Syndrom, 1p36 und Katzen-
schreisyndrom. Durch eine Verbesserung der Methode wurden verbesserte posi-
tive Vorhersagewerte (PVW) für eine Reihe von Mikrodeletionen erreicht: 22q11.2
erreicht einen PVW von 44 %, 1p36 einen PVW von 50 % und das
Katzenschreisyndrom einen PVW von 67 %.
Abb. 10: Panorama™ hat die höchste Sensitivität beim Screening auf 22q11.2
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