Evolusi teknologi pemeriksaan prenatal non-invasif

Kunjungan prenatal umumnya merupakan momen yang membahagiakan, tetapi banyak perempuan tetap merasakan kecemasan karena setiap kehamilan memiliki risiko kelainan kromosom. Untungnya, kemajuan teknologi pemeriksaan prenatal non-invasif (NIPT) membuat proses pemeriksaan kini menjadi lebih praktis dan lebih andal daripada sebelumnya.

Maraknya analisis cfDNA untuk NIPT

Sejak diperkenalkan pada tahun 1990-an, pemeriksaan kombinasi trimester pertama (FTS) telah menjadi pendekatan umum dalam pemeriksaan prenatal. Pendekatan ini bergantung pada kombinasi biokimia serum dan translusensi nuka janin, yang biasanya dilakukan pada usia kehamilan antara 11 hingga 13 minggu. Pemeriksaan ini secara andal menyaring [1] kelainan kromosom umum seperti sindrom Down (trisomi 21) dan sindrom Edwards (trisomi 18). FTS menjadi aset yang sangat bermanfaat, namun memiliki tingkat positif palsu yang tinggi dan nilai prediktif positif yang rendah, menurut Dr. Tachjaree Panchalee, seorang dokter di Departemen Obstetri & Ginekologi, Rumah Sakit Siriraj, Thailand, dalam Forum NIPT Asia 2018. FTS terbukti memiliki tingkat deteksi sebesar 84–90% dengan tingkat positif palsu sebesar 5% [2], yang memang lebih baik daripada tidak ada pemeriksaan sama sekali, namun tetap jauh dari optimal. Namun, sejak tahun 2011, metode baru telah muncul dan menjadi pesaing bagi FTS. Metode ini menyaring kelainan kromosom pada janin secara non-invasif berdasarkan analisis DNA bebas sel (cfDNA). “[FTS] telah digantikan oleh pemeriksaan DNA bebas sel,” ujar Profesor Liona Poon, Guru Besar di Departemen Obstetri & Ginekologi, Chinese University of Hong Kong, dalam acara yang sama. Fragmen DNA plasenta membentuk rata-rata 13% [3] dari total cfDNA dalam darah ibu. Fragmen DNA janin berukuran antara 150 hingga 200 pasangan basa [4]  dapat ditemukan dalam darah ibu sejak hari ke-32 kehamilan dan jumlahnya meningkat seiring waktu [5]. Fragmen ini menghilang dari darah ibu mulai dua jam setelah persalinan [3]. Menganalisis cfDNA maternal dan fetal memungkinkan para ahli kedokteran laboratorium untuk menilai janin secara non-invasif dan akurat terhadap kemungkinan kelainan kromosom. Laboratorium yang menguasai analisis cfDNA akan menjadi pemimpin dalam penerapan teknologi baru, dan mampu memberikan nilai tambah bagi dokter kandungan mitra mereka lebih cepat daripada yang lain. Dengan tersedianya pustaka referensi tervalidasi yang terus berkembang, penerapan pemeriksaan cfDNA berpotensi diperluas untuk mendeteksi kelainan kromosom lainnya di masa mendatang. “Penyedia layanan kesehatan bertanggung jawab untuk selalu mengikuti perkembangan alat penyaringan yang tersedia, karena setiap perempuan memiliki hak untuk membuat pilihannya sendiri,” tambah Dr. Panchalee.

Pendekatan terhadap cfDNA

Seperti halnya setiap penemuan baru, sejumlah metode NIPT kini saling bersaing untuk menjadi standar utama. Metode ini mencakup mulai dari perunutan seluruh genom dan kromosom tertentu hingga platform berbasis mikroasai. Salah satu teknologi paling awal yang digunakan adalah perunutan paralel masif (“shotgun”). Metode ini tidak menargetkan daerah tertentu, melainkan menilai seluruh genom dari semua fragmen cfDNA yang terdapat dalam plasma ibu. Dalam perunutan genom menyeluruh [6], puluhan juta pembacaan rangkaian disejajarkan dan dipetakan terhadap pustaka referensi manusia untuk mencocokkan data yang diperoleh dengan kromosom asalnya. Data yang telah dipetakan kemudian dihitung untuk menentukan apakah janin membawa kelainan kromosom.

“Dengan perunutan paralel masif, sekitar 25 juta daftar rangkaian mentah [7] diperlukan per sampel untuk menghasilkan data yang cukup guna analisis akurat pada wilayah yang menjadi perhatian,” ujar Dr. Panchalee. “Pendekatan ini menghasilkan redundansi yang sangat besar, mengingat kromosom yang signifikan secara klinis hanya mewakili 14% dari keseluruhan genom [7].” Teknologi yang lebih baru mulai bermunculan, termasuk teknologi perunutan berbasis semikonduktor seperti platform Ion Torrent. Meskipun terdapat berbagai platform, dalam perbandingan terhadap dua teknologi tersebut, para peneliti menemukan [8] bahwa jumlah pengurutan serta penerapan analisis statistik yang umum dan kuat lebih penting untuk memastikan hasil yang akurat dibandingkan kimia perunutan atau platform yang digunakan. Baru-baru ini, analisis mikroarray telah diadaptasi untuk pemeriksaan cfDNA. Dengan metode ini, area tertentu dapat dianalisis secara digital untuk mendeteksi kelainan kromosom spesifik, termasuk trisomi 21, 18, 13 serta aneuploidi kromosom seks.

Dalam analisis langsung dengan perunutan generasi berikutnya (NGS), analisis mikroarray terbukti menghasilkan analisis cfDNA yang lebih cepat dan lebih presisi [9] dibandingkan NGS. Setiap sampel dianalisis secara singleplex pada setiap sub-array, sehingga menciptakan proses analisis sampel yang sederhana dan hemat biaya. Metode ini telah divalidasi secara ekstensif dalam uji klinis prospektif pada berbagai populasi obstetri. “Validasi internal terhadap sistem tersebut menunjukkan akurasi dan spesifisitas yang tinggi, tanpa positif palsu maupun negatif palsu,” tegas Dr. Panchalee. Teknologi terbaru yang muncul adalah proses enam langkah yang memvisualisasikan molekul DNA tunggal [10], sehingga mengurangi kompleksitas uji cfDNA. Teknologi ini menggabungkan probe molekuler inovatif untuk memberi label pada kromosom target dengan format pembacaan baru yang menggunakan nanofilter. Hal ini memungkinkan pengayaan molekul tunggal untuk proses pencitraan dan penghitungan tanpa perlu amplifikasi DNA, mikroarray, atau perunutan. Hingga saat ini, teknologi ini belum divalidasi secara luas dalam studi klinis prospektif, tidak seperti NGS atau mikroarray.

Apa dampak potensial dari cfDNA?

Sebagai pemeriksaan penyaringan yang hanya ditawarkan pada kehamilan berisiko tinggi atau menengah, pemeriksaan cfDNA telah mengubah pilihan perempuan dan mengurangi risiko keguguran terkait prosedur serta kecemasan. Sebuah studi terhadap perempuan hamil di Hong Kong [11] menemukan bahwa tingkat pemeriksaan invasif menurun secara signifikan setelah diperkenalkannya pemeriksaan cfDNA. Laboratorium yang dapat menawarkan metode pemeriksaan non-invasif tambahan kepada dokter kandungan akan memberdayakan perempuan hamil untuk mengambil keputusan yang tepat dengan lebih yakin, serta pada akhirnya menghindari prosedur invasif yang tidak diperlukan.

Referensi:

[1] Malone, D.F., et al., (2005). First-Trimester or Second-Trimester Screening, or Both, for Down’s Syndrome. The New England Journal of Medicine. 353(19), pp.2001-2011.
[2] Li, S. W., et al., (2015). The assessment of combined first trimester screening in women of advanced maternal age in an Asian cohort. Singapore medical journal, 56(1), pp.47–52.
[3] Kotsopoulou, I., et al., (2015). Non-invasive prenatal testing (NIPT): limitations on the way to become diagnosis, Diagnosis, 2(3), pp.141-158.
[4] Taglauer, E. S., et al., (2014). Review: cell-free fetal DNA in the maternal circulation as an indication of placental health and disease. Placenta, 35 Suppl(Suppl), S64–S68.
[5] Wataganara, T., et al., (2004). Cell-free fetal DNA levels in maternal plasma after elective first-trimester termination of pregnancy. Fertility and Sterility, 81(3), pp.638-644.
[6] Swanson, A., et al., (2013). Non-invasive Prenatal Testing: Technologies, Clinical Assays and Implementation Strategies for Women’s Healthcare Practitioners. Current genetic medicine reports, 1(2), pp.113–121.
[7] Norwitz, E. R., & Levy, B. (2013). Noninvasive prenatal testing: the future is now. Reviews in obstetrics & gynecology, 6(2), pp.48–62.
[8] Kim, S., et L., (2016). Comparison of two high-throughput semiconductor chip sequencing platforms in noninvasive prenatal testing for Down syndrome in early pregnancy. BMC medical genomics, 9(1), pp.22.
[9] Juneau, K., et al., (2014). Microarray-Based Cell-Free DNA Analysis Improved Noninvasive Prenatal Testing. Fetal Diagnosis and Therapy, 36, pp.282-286.
[10] Dahl, F., et al., (2018). Imaging single DNA molecules for high precision NIPT. Scientific Reports, 8, 4549.
[11] Cheng YKY., eet al., (2018).  Women’s preference for non-invasive prenatal DNA testing versus chromosomal microarray after screening for Down syndrome: a prospective study. BJOG, 125, pp.451–459.

---

Artikel ini didasarkan pada presentasi “Evolution of clinically relevant NIPT technology” dan “Updated evidence and implementation models of cfDNA testing” pada 2018 NIPT Forum Asia di Bangkok, Thailand.