غربالگری نوزادان

غربالگری نوزادان در عصر ژنومیک

دکتر حمید زارع

توالی‌یابی نسل جدید Next-generation sequencing (NGS) تشخیص بیماری‌های نادر ژنتیکی را به‌ویژه در کودکان در حد غیرقابل‌ تصوری ممکن ساخته است. در سال 2011 با توالی‌یابی همه ژنوم  whole genome sequencing(WGS) در یک کودک مراحل اولیه شروع بیماری التهاب روده تشخیص داده شد. از آن زمان تاکنون بیماری‌های قابل درمان که با روش  (WES) Whole Exome Sequencing تشخیص داده می‌شوند به‌طور روزافزون افزایش یافته است (6-1).

همه آزمایشات WGS یا WES چنین نتایج بالینی مثبتی را به همراه ندارند اما تقریباً همیشه رسیدن به تشخیص برای خانواده‌ها سودمند است. تشخیص مولکولی در کنار سایر مزایایی که دارد امکان تشخیص پس از تولد را هم در حاملگی‌های بعدی فراهم می‌ساز‌د.

علاوه بر اینکه خیال خانواده از تشخیص نهایی طفل آسوده می‌شود، خود کودک هم از تشخیص توسط WGS یا WES سود می‌برد چراکه 50% کودکانی که با این روش بیماری‌شان تشخیص داده می‌شود در نحوه برخورد با بیماری‌شان تغییراتی انجام می‌شود. حتی در مواردی تشخیص زودهنگام می‌تواند به درمان قطعی منجر شود (7 و3).

گرچه تحقیقات نشان می‌دهند که WGS در تشخیص بیماری‌های ژنتیک می‌تواند منجر به تغییر روش اداره و برخورد با نوزادان بدحال شده و سرنوشت آنها را تغییر دهد، اما گسترش این فناوری به حیطه مهدکودک‌ها یا غربالگری وسیع‌تر نامشخص است (8 و7).

 

تغییرات در غربالگری نوزادان

غربالگری نوزادان در 50 سال اخیر تحولات شگرفی در کاهش و حذف مرگ‌ومیر داشته است. این غربالگری منجر به کشف بیماری در کودکانی شده که به‌ظاهر بدون علامت بوده‌اند و پس از کشف بیماری در مواردی با اقدامات درمانی سرنوشت آنها قابل‌تغییر می‌تواند باشد. فنیل کتونوری اولین مثالی است که در این راستا می‌توان از آن نام برد. این بیماری هدف خوبی برای غربالگری است چراکه خطرناک اما قابل درمان می‌باشد و اقدام درمانی سریع برای پیشگیری از عواقب آن لازم است (9).

کمیته‌ای در کالج آمریکایی ژنتیک و ژنومیک مأمور شد که بیماری‌هایی را که نیازمند غربالگری هستند مشـــــــــــــــــــــخص نماید. این گروه 29 بیماری را مشخص کردند که اکنـون آن را به نام (RUSP) Recommended Uniform Screening Panel می‌شناسند (11). 25 بیماری دیگر هم وجود دارند که برای غربالگری آنها اجماعی وجود ندارد چراکه یا در حال حاضر قابل‌درمان نیستند و یا اینکه بسیار نادر می‌باشند. کمیته مذکور این دسته از بیماری‌ها را در اولویت دوم قرار داده است.

انضمام اهدافی خارج از آنچه که تاکنون در غربالگری نوزادان متداول بود  اساس غربالگری نوزادان را متحول می‌نماید. غربالگری بر مبنای NGS این توان را دارد که اختلالات بسیار زیادی را کشف کند که در روش سنتی قابل‌شناسایی نبودند و نیز اطلاعات جانبی بسیاری درخصوص این اختلالات ارائه دهد. پیش‌بینی می‌شود که در چند دهه آینده کل ژنوم نوزاد توالی‌یابی شود و این گام نهادن در مسیر طب شخصی‌شده می‌باشد (13).

 

اشکالات احتمالی (NGS)

یکی از مزایایی که برای غربالگری نوزادان با NGS فرض می‌شود این است که آزمایشگاه‌ها می‌توانند بیماری‌های بیشتری را غربالگری نمایند، بی‌آنکه هزینه بیشتری را تحمیل کنند. از نظر تکنیکی این فرض تاحدودی درست است. معذلک اگرچه هزینه WGS در مواردی تا 1000 دلار هم کاهش یافته، اما این عدد شامل هزینه‌های اضافه همچون تجزیه و تحلیل، تفسیر مدیریت و نگهداری داده‌ها، مشاوره، عودت نتایج و یا انجام آزمایش‌های تکمیلی جهت موارد مبهم نمی‌باشد. هزینه آزمایش‌های غربالگری نوزادان با تکنیک MS/MS در ایالت‌های مختلف آمریکا بین 30 تا 100 دلار می‌باشد. در برخی ایالات هم انجام این غربالگری برای خانواده‌ها رایگان است (14).

هزینه غربالگری با روش NGS برای سیستم‌های بهداشتی و بیمه‌ها باید به‌دقت بررسی شود و به نظر نمی‌رسد که در حال حاضر بودجه بهداشت عمومی توان پرداخت آن را داشته باشد (15).

برخی از اطلاعاتی که توسط WGS و WES بدست می‌آیند به‌طور مستقیم به درد نوزاد نمی‌خورند، اما امکان ابتلای وی را در آینده به بیماری‌های سخت و یا ناقل یک بیماری بودن را مشخص می‌نمایند.

اخیراً در برخی ایالت‌ها با استفاده از روش‌های WGS و WES بیماری‌هایی را ردیابی می‌کنند که جزو مواردی که به‌طور روتین باید غربال شوند نیستند؛ به‌عنوان مثال در دو ایالت اختلالات ذخیره لیزوزومی شامل بیماری Krabbe غربالگری می‌شوند. این اقدام در حالی انجام می‌شود که اطلاعاتی که حاکی از مفید بودن این کار باشد کم است و تفسیر نتایج نیز مشکل می‌باشد (17).

در حال حاضر آزمایشگاه‌ها قادر به تفسیر اکثر نتایج WGS نیستند و پی بردن به اهمیت بسیاری از تغییرات در ناحیه کدکننده بسیار مشکل است. این ناحیه فقط 20% ژنوم را تشکیل می‌دهد. نواحی غیرکدکننده بسیار وسیع‌تر بوده و چالش‌های بزرگ‌تری دارند. یک گزینه این است که تغییرات پاتوژنیک یا احتمالاً پاتوژنیک گزارش شوند تا موارد مثبت کاذب کاهش یافته و شناسایی افراد مبتلا به حداکثر برسد، اما در حال حاضر در خصوص اینکه چه تغییراتی باید گزارش شوند اجماعی وجود ندارد. از طرفی ارتباط ژنوتیپ و فنوتیپ همیشه سرراست و ساده نیست و تشخیص اینکه چرا و چه زمانی یک فرد با یک پروفایل ژنتیکی خاص علائم بیماری را بروز می‌دهد بندرت همچون فنیل کتونوری ساده و شفاف می‌باشد.

سؤال دیگری که مطرح می‌شود این است که بکارگیری روش‌های NGS چه میزان سرمایه مادی و انسانی بر آزمایشگاه‌های بهداشتی دولتی تحمیل خواهد کرد. در حال حاضر غربالگری نوزادان در آزمایشگاه‌های ایالتی و تحت شرایط استاندارد با اندازه‌گیری فعالیت آنزیم‌ها، متابولیت‌ها و سایر مولکول‌ها انجام می‌شود. آزمایش DNA روتین نیست و تنها در موارد معدودی انجام می‌شود (22،21)، اما راه‌اندازی آزمایشات NGS محتاج سرمایه‌گذاری وسیع در خصوص نیروی انسانی و تجهیزات می‌باشد. درحال حاضر تعداد معدودی آزمایشگاه در آمریکا قادر به انجام آزمایشات NGS در مقیاس قابل‌قبول می‌باشند (24). باید دید که آیا آزمایشگاه‌ها می‌توانند از نظر تجهیزات و نفرات خود را با NGS انطباق دهند یا اینکه پارادایم دیگری همچون تمرکز بر آزمایشگاه‌های مرکزی ضرورت می‌یابد.

نکته دیگری که در توسعه غربالگری نوزادان توسط NGS باید مدنظر باشد مسئله رضایت والدین است. با فرض اینکه غربالگری موجب کاهش مرگ‌ومیر کودکان می‌گردد، عده‌ای معتقدند که نیازی به اخذ رضایت والدین جهت امور غربالگری نیست اما درخصوص استفاده از WGS یا WES برای غربالگری الزاماً باید رضایت والدین لحاظ شود و این مسئله‌ای است که می‌تواند در مسیر گسترش این نوع غربالگری مانع ایجاد نماید.

 

چگونگی برخورد با نتایج نامطمئن

غربالگری نوزادان به شناسایی افراد مبتلا کمک می‌کند و در عین‌حال تلاش دارد که از موارد مثبت کاذب اجتناب کند، ولی یک آزمایش غربالگری صرف‌نظر از روش انجام آن حتماً موارد مثبت کاذب هم دارد. در یک بررسی آینده‌نگر که بر روی 1696 نوزاد سالم انجام شد، نتایج غربالگری مرسوم با غربالگری نوزاد و والدین به‌وسیله WGS مقایسه گردید. غربالگری با WGS برای 163 اختلال متداول بود. میزان موارد نامطمئن با روش WGS در مقایسه با غربالگری متداول بسیار زیاد بود (90% در مقایسه با 0/013%). بیشتر این یافته‌ها مربوط به تغییراتی بودند که اهمیت آنها مشخص نیست [Variants of Unknown Significance (VUS)] . یک راه‌حل این است که VUSها گزارش نشوند اما این اقدام به‌منزله از قلم افتادن تغییراتی می‌تواند باشد که واقعاً پاتوژنیک هستند.

در این مطالعه بخصوص غربالگری روتین از WGS در میزان تشخیص موارد مبتلا پیشی گرفت. با غربالگری روتین 4 نوزاد از پنج نوزاد مبتلا شناسایی شدند درحالی‌که با روش WGS، 2 تن از آنها تشخیص داده شدند. این یافته‌ها حکایت از برخی اشکالات در غربالگری نوزادان توسط NGS می‌نماید که می‌تواند به علت وجود آلل‌های غیرقابل شناسایی یا غیرقابل تفسیر و سایر اشکالات در توالی‌یابی ژن‌ها باشد.

اما از طرف دیگر مقدار مثبت کاذب در روش WGS کمتر بوده و قادر به شناسایی علت ایجاد اختلال می‌باشد و به نمونه کمتری هم نیاز دارد.

سؤالی که هنوز پاسخ داده نشده این است که محدوده اختلالاتی که توسط غربالگری به‌وسیله NGS قابل کشف هستند ولی روش غربالگری روتین قادر به کشف آنها نیست کجا قرار دارد. پیشنهاد نویسندگان این است که این دو روش به‌طور توأمان بکار گرفته شوند تا بتوان به پاسخ این سؤال دست یافت. گرچه محدودیت‌های مالی مانع بزرگی در این مسیر محسوب می‌شود.

 

گام‌های بعدی برای دولتمردان و دانشمندان

غربالگری نوزادان به روش NGS احتمالاً در آینده جایگزین روش فعلی غربالگری شده و یا در کنار آن بکار گرفته خواهد شد. چالش‌هایی همچون هزینه آزمایش، استانداردهایی برای اینکه کدام ژن‌ها بررسی شوند، زیرساخت‌ها و آموزش جامعه پزشکی در این مسیر شکل خواهند گرفت.

 

مقاله اصلی:

Newborn Screening in the Age of Genomics: Innovation Versus Evidence

Author: Carol J. Saunders, PhD, FACMG  // Date: MAR.1.2017  // Source: Clinical Laboratory News

منابع:

1. Bainbridge MN, Wiszniewski W, Murdock DR, et al. Whole-genome sequencing for optimized patient management. Sci Transl Med 2011;3:87re3.
2. Dinwiddie DL, Bracken JM, Bass JA, et al. Molecular diagnosis of infantile onset inflammatory bowel disease by exome sequencing. Genomics 2013;102:442–7.
3. Soden SE, Saunders CJ, Willig LK, et al. Effectiveness of exome and genome sequencing guided by acuity of illness for diagnosis of neurodevelopmental disorders. Sci Transl Med 2014;6:265ra168.
4. Dixon-Salazar TJ, Silhavy JL, Udpa N, et al. Exome sequencing can improve diagnosis and alter patient management. Sci Transl Med 2012;4:138ra78.
5. Tarailo-Graovac M, Shyr C, Ross CJ, et al. Exome sequencing and the management of neurometabolic disorders. N Engl J Med 2016;374:2246–55.
6. Worthey EA, Mayer AN, Syverson GD, et al. Making a definitive diagnosis: Successful clinical application of whole exome sequencing in a child with intractable inflammatory bowel disease. Genet Med 2011;13:255–62.
7. Willig LK, Petrikin JE, Smith LD, et al. Whole-genome sequencing for identification of mendelian disorders in critically ill infants: A retrospective analysis of diagnostic and clinical findings. Lancet Respir Med 2015;3:377–87.
8. Saunders CJ, Miller NA, Soden SE, et al. Rapid whole-genome sequencing for genetic disease diagnosis in neonatal intensive care units. Sci Transl Med 2012;4:154ra35.
9. Wilson JM, Jungner YG. Principles and practice of mass screening for disease. Bol Oficina Sanit Panam 1968;65:281–393.
10. Chace DH, Kalas TA, Naylor EW. Use of tandem mass spectrometry for multianalyte screening of dried blood specimens from newborns. Clin Chem 2003;49:1797–817.
11. Newborn screening: Toward a uniform screening panel and system. Genet Med 2006;8 Suppl 1:1S–252S.
12. Holm IA. Newborn sequencing in genomic medicine and public health (NSIGHT): Genomic sequencing and newborn screening disorders u19 projects. https://www.nbstrn.org/sites/default/files/holm_nbstrn_2014-09-22_pdf.pdf (Accessed January 2017).
13. Collins F. Francis Collins says medicine in the future will be tailored to your genes. Wall Street Journal 2014 July 7.
14. National newborn screening & global resource center. http://genes-r-us.uthscsa.edu/resources/consumer/statemap.htm (Accessed October 2016).
15. Beckmann JS. Can we afford to sequence every newborn baby’s genome? Hum Mutat 2015;36:283–6.
16. The changing moral focus of newborn screening: An ethical analysis by the president’s council on bioethics. http://hdl.handle.net/10822/559367 (Accessed January 2017).
17. Dimmock DP. Should states adopt newborn screening for early infantile Krabbe disease? Genet Med 2016;18:217–20.
18. Perrin JM, Knapp AA, Browning MF, et al. An evidence development process for newborn screening. Genet Med 2010;12:131–4.
19. Clinvar. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/clinvar/ (Accessed November 2016).
20. Richards S, Aziz N, Bale S, et al. Standards and guidelines for the interpretation of sequence variants: A joint consensus recommendation of the American College of Medical Genetics and Genomics and the Association for Molecular Pathology. Genet Med 2015;17:405–24.
21. Ranieri E, Lewis BD, Gerace RL, et al. Neonatal screening for cystic fibrosis using immunoreactive trypsinogen and direct gene analysis: Four years’ experience. BMJ 1994;308:1469–72.
22. Gregg RG, Wilfond BS, Farrell PM, et al. Application of DNA analysis in a population-screening program for neonatal diagnosis of cystic fibrosis (cf): Comparison of screening protocols. Am J Hum Genet 1993;52:616–26.
23. Verbsky JW, Baker MW, Grossman WJ, et al. Newborn screening for severe combined immunodeficiency; the Wisconsin experience (2008-2011). J Clin Immunol 2012;32:82–8.
24. Kwan A, Abraham RS, Currier R, et al. Newborn screening for severe combined immunodeficiency in 11 screening programs in the United States. JAMA 2014;312:729–38.
25. Levy HL. Newborn screening: The genomic challenge. Mol Genet Genomic Med 2014;2:81–4.
26. Kerruish N. Parents’ experiences 12 years after newborn screening for genetic susceptibility to type 1 diabetes and their attitudes to whole-genome sequencing in newborns. Genet Med 2016;18:249–58.
27. Goldenberg AJ, Sharp RR. The ethical hazards and programmatic challenges of genomic newborn screening. JAMA 2012;307:461–2.
28. Waisbren SE, Back DK, Liu C, et al. Parents are interested in newborn genomic testing during the early postpartum period. Genet Med 2015;17:501–4.
29. Bodian DL, Klein E, Iyer RK, et al. Utility of whole-genome sequencing for detection of newborn screening disorders in a population cohort of 1,696 neonates. Genet Med 2016;18:221–30.

مقایسه بین سه مدل غربالگری contingent ،sequential و Full Integrated

غربالگری سرطان تخمدان

 

برای دانلود فایل pdf  بر روی لینک زیر کلیک کنید