วิวัฒนาการของเทคโนโลยีการตรวจคัดกรองความผิดปกติของทารกในครรภ์แบบไม่รุกล้ำ

April 30, 2019 Bullet บทความ
แชร์สิ่งนี้:

การไปพบแพทย์เพื่อฝากครรภ์โดยทั่วไปเป็นช่วงเวลาที่น่ายินดี แต่ผู้หญิงหลายคนยังคงประสบกับความวิตกกังวลอยู่บ้าง เนื่องจากทุกการตั้งครรภ์มีความเสี่ยงที่จะเกิดความผิดปกติของโครโมโซม โชคดีที่ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีการตรวจคัดกรองความผิดปกติของทารกในครรภ์แบบไม่รุกล้ำ (NIPT) ทำให้กระบวนการตรวจคัดกรองสะดวกและน่าเชื่อถือยิ่งกว่าที่เคย

การเพิ่มขึ้นของการวิเคราะห์ cfDNA สำหรับ NIPT

นับตั้งแต่มีการนำมาใช้ในทศวรรษ 1990 การตรวจคัดกรองรวมไตรมาสแรก (FTS) ได้เป็นแนวทางทั่วไปในการตรวจคัดกรองก่อนคลอด แนวทางนี้อาศัยการผสมผสานระหว่างชีวเคมีในซีรัมและการวัดความหนาของน้ำที่บริเวณต้นคอของทารก ซึ่งโดยทั่วไปจะทำในช่วงอายุครรภ์ 11 ถึง 13 สัปดาห์ โดยสามารถคัดกรอง [1]ความผิดปกติของโครโมโซมที่พบบ่อยได้อย่างน่าเชื่อถือ เช่น กลุ่มอาการดาวน์ (ไตรโซมี 21) และกลุ่มอาการเอ็ดเวิร์ด (ไตรโซมี 18) FTS เป็นประโยชน์อย่างมาก แต่มาพร้อมกับอัตราผลบวกลวงที่สูงและค่าพยากรณ์ผลบวกที่ต่ำ ตามที่ ดร.ทัชชรี ปัญจาลี แพทย์หญิงประจำภาควิชาสูติศาสตร์และนรีเวชวิทยา โรงพยาบาลศิริราช ประเทศไทย กล่าวไว้ในงาน NIPT Forum Asia ปี 2561 FTS ได้แสดงให้เห็นว่าสามารถทำอัตราการตรวจจับได้ 84-90% โดยมีอัตราผลบวกลวงอยู่ที่ 5% [2]ซึ่งดีกว่าไม่มีเลยแต่ก็ยังถือว่ายังไม่เหมาะสมที่สุด อย่างไรก็ตาม นับตั้งแต่ปี 2554 เป็นต้นมา วิธีการใหม่ๆ ได้เกิดขึ้นมาท้าทาย FTS วิธีการเหล่านี้คัดกรองความผิดปกติของโครโมโซมในทารกในครรภ์แบบไม่รุกล้ำโดยอาศัยการวิเคราะห์ดีเอ็นเอที่ปราศจากเซลล์ (cfDNA) ศาสตราจารย์ Liona Poon ศาสตราจารย์ในภาควิชาสูติศาสตร์และนรีเวชวิทยาแห่ง Chinese University of Hong Kong กล่าวในงานเดียวกันว่า FTS ถูกแทนที่ด้วยการตรวจ cell-free DNA แล้ว ชิ้นส่วนของดีเอ็นเอจากรกมีค่าเฉลี่ยอยู่ที่ 13% [3] ของ cfDNA ทั้งหมดในเลือดของมารดา ชิ้นส่วนดีเอ็นเอของทารกในครรภ์ที่มีความยาวระหว่าง 150 ถึง 200 คู่เบส[4] สามารถตรวจพบได้ในเลือดของมารดาตั้งแต่ช่วงต้นของการตั้งครรภ์วันที่ 32 และจะเพิ่มขึ้นตามระยะเวลา [5] ชิ้นส่วนเหล่านี้จะหายไปจากเลือดของมารดาเร็วที่สุดเพียงสองชั่วโมงหลังคลอด [3] การวิเคราะห์ cfDNA ของมารดาและทารกในครรภ์ช่วยให้ผู้เชี่ยวชาญด้านเวชศาสตร์ห้องปฏิบัติการสามารถประเมินทารกในครรภ์เพื่อหาความผิดปกติของโครโมโซมได้อย่างไม่รุกล้ำและแม่นยำ ห้องปฏิบัติการที่มีความเชี่ยวชาญในการวิเคราะห์ cfDNA จะเป็นผู้นำในการประยุกต์ใช้ใหม่ ๆ และจะสามารถเพิ่มคุณค่าให้กับสูติแพทย์ที่เป็นพันธมิตรได้ก่อนใคร ด้วยการเข้าถึงคลังอ้างอิงที่ผ่านการตรวจสอบความถูกต้องซึ่งกำลังเติบโต การประยุกต์ใช้การตรวจ cfDNA อาจขยายไปถึงความผิดปกติของโครโมโซมอื่นๆ ได้ในอนาคต “เป็นความรับผิดชอบของผู้ให้บริการด้านสุขภาพที่จะต้องติดตามเครื่องมือการตรวจคัดกรองที่มีอยู่ให้ทันสมัยอยู่เสมอ เพราะผู้หญิงทุกคนมีสิทธิ์ที่จะเลือกด้วยตนเอง” Dr Panchalee กล่าวเสริม

แนวทางสำหรับ cfDNA

เช่นเดียวกับการค้นพบใหม่ๆ วิธีการ NIPT (การตรวจคัดกรองทารกในครรภ์แบบไม่รุกล้ำ) หลายวิธีก็กำลังแข่งขันกันเพื่อสถานะมาตรฐานทองคำ วิธีการเหล่านี้มีตั้งแต่ การหาลำดับเบสของจีโนมทั้งหมด และ การหาลำดับเบสของโครโมโซมที่จำเพาะ ไปจนถึงแพลตฟอร์มที่ใช้ไมโครแอสเซย์ หนึ่งในเทคโนหนึ่งในเทคโนโลยีแรกๆ ที่ใช้คือ การหาลำดับเบสแบบขนานขนาดใหญ่ (“shotgun”) วิธีการนี้ไม่ได้มุ่งเป้าไปที่บริเวณที่สนใจ แต่จะประเมินจีโนมทั้งหมดของเศษ cfDNA (ดีเอ็นเออิสระจากเซลล์) ทั้งหมดที่มีอยู่ในพลาสมาของมารดา ในการหาลำดับเบสของจีโนมทั้งหมด [6] ลำดับเบสที่อ่านได้หลายสิบล้านลำดับจะถูกจัดเรียงและจับคู่กับคลังอ้างอิงของมนุษย์ เพื่อเปรียบเทียบข้อมูลที่ได้กับโครโมโซมต้นกำเนิด จากนั้นข้อมูลที่ถูกแมพจะถูกนับเพื่อพิจารณาว่าทารกในครรภ์มีความผิดปกติของโครโมโซมหรือไม่

1
หาลำดับเบสขนานขนาดใหญ่ประเมินทั้งจีโนมของ cfDNA ในเลือดของมารดา
“ด้วยการจัดลำดับแบบขนานมาก ต้องใช้รายการหาลำดับดิบประมาณ 25 ล้านรายการ [7] ต่อตัวอย่างเพื่อให้ข้อมูลที่เพียงพอสำหรับการวิเคราะห์บริเวณที่สนใจที่ถูกต้อง” Dr. Panchalee กล่าว  “วิธีการนี้แสดงให้เห็นถึงความซ้ำซ้อนอย่างมาก เนื่องจากโครโมโซมที่มีความสำคัญทางคลินิกคิดเป็นเพียง 14% ของจีโนมเท่านั้น [7]” เทคโนโลยีใหม่ ๆ กำลังเกิดขึ้น รวมถึง เทคโนโลยีการหาลำดับเบสแบบสารกึ่งตัวนำ เช่น แพลตฟอร์มไอออนทอร์เรนต์ ในขณะที่มีหลายแพลตฟอร์มอยู่ ในการเปรียบเทียบเทคโนโลยีดังกล่าวสองชนิด นักวิจัยพบว่า [8] ปริมาณของการหาลำดับเบส และการประยุกต์ใช้การวิเคราะห์ทางสถิติที่เป็นที่ยอมรับและมีความน่าเชื่อถือนั้นมีความสำคัญมากกว่าในการรับรองผลลัพธ์ที่แม่นยำ เมื่อเทียบกับเคมีหรือแพลตฟอร์มการหาลำดับเบสที่จำเพาะ เมื่อไม่นานมานี้ การวิเคราะห์ไมโครแอสเซย์ได้ถูกนำมาปรับใช้สำหรับการตรวจ cfDNA ด้วยวิธีนี้ บริเวณที่เลือกสามารถนำมาวิเคราะห์แบบดิจิทัลเพื่อหาความผิดปกติของโครโมโซมที่จำเพาะ รวมถึงภาวะ ทริโซมี 21, 18, 13 ตลอดจนภาวะแอนยูพลอยดีของโครโมโซมเพศ
2
การวิเคราะห์ไมโครแอสเซย์เทียบกับการหาลำดับเบสสำหรับการวิเคราะห์ดิจิทัลของบริเวณที่เลือก
ในการวิเคราะห์เปรียบเทียบโดยตรงกับ Next Generation Sequencing (NGS) พบว่าการวิเคราะห์ไมโครแอสเซย์ส่งผลให้การวิเคราะห์ cfDNA รวดเร็วและแม่นยำยิ่งขึ้น [9] กว่า NGS ตัวอย่างแต่ละตัวอย่างจะถูกวิเคราะห์ในแบบซิงเกิลเพล็กซ์ในซับแอเรย์แต่ละตัว ทำให้เกิดกระบวนการที่เรียบง่ายและคุ้มค่าในการวิเคราะห์ตัวอย่าง วิธีการนี้ได้รับการตรวจสอบอย่างกว้างขวางในการวิจัยทางคลินิกที่คาดหวังในประชากรสูติกรรมต่างๆ “การตรวจสอบภายในของระบบแสดงให้เห็นถึงความแม่นยำและความจำเพาะสูง โดยไม่มีผลบวกปลอมหรือผลลบเท็จ” Dr Panchalee ยืนยัน เทคโนโลยีล่าสุดที่จะปรากฏเป็นกระบวนการหกขั้นตอนที่แสดงโมเลกุล DNA เดียว [10] ที่ลดความซับซ้อนในการวิเคราะห์ cfDNA โดยจะรวมเทคโนโลยีโพรบเชิงโมเลกุลใหม่เพื่อติดฉลากโครโมโซมเป้าหมายด้วยรูปแบบการอ่านใหม่โดยใช้ตัวกรองนาโน สิ่งนี้ยอมให้อุดมสมบูรณ์ของโมเลกุลเดี่ยวสำหรับการถ่ายรูปภาพและการนับโดยไม่มีการขยาย DNA ไมโครอะเรย์หรือการจัดลำดับ จวบจนทุกวันนี้ เทคโนโลยีนี้ยังไม่ได้รับการตรวจสอบอย่างกว้างขวางในการศึกษาวิจัยทางคลินิกที่มุ่งไป ซึ่งแตกต่างจาก NGS หรือ Microarray

อะไรคือผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นได้จากดีเอ็นเอ

เนื่องจากการทดสอบการตรวจคัดกรองจะให้เฉพาะในการตั้งครรภ์ที่มีความเสี่ยงสูงหรือปานกลางเท่านั้น การทดสอบ CFdna ได้เปลี่ยนทางเลือกของผู้หญิงแล้ว และลดขั้นตอนที่เกี่ยวข้องกับความเสี่ยงต่อการแท้งบุตรและความวิตกกังวล การศึกษาหญิงตั้งครรภ์ในฮ่องกง [11] พบว่าอัตราการทดสอบการลุกลามได้ลดลงอย่างมีนัยสำคัญหลังจากเริ่มการทดสอบดีเอ็นเอของเชื้อ ห้องปฏิบัติการที่สามารถให้สูติแพทย์อีกวิธีการทดสอบอื่นที่ไม่รุกล้ำจะช่วยให้หญิงตั้งครรภ์ตัดสินใจอย่างเด็ดขาดและในที่สุดให้หลีกเลี่ยงขั้นตอนที่ไม่จำเป็น

ข้อมูลอ้างอิง:

[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.


บทความนี้อ้างอิงจากการนำเสนอ “วิวัฒนาการของเทคโนโลยีสารสนเทศที่เกี่ยวข้องทางคลินิก” และ “หลักฐานที่อัปเดตและแบบจำลองการนำไปทดสอบ cfDNA” ที่ 2018 NIPT Forum Asia in Bangkok ประเทศไทย

แชร์สิ่งนี้:

เพิ่มเติมในหัวข้อเดียวกัน

เลือกบทความที่เกี่ยวข้องจากตัวเลือกด้านล่าง

หัวข้อแนะนำ

การวิเคราะห์หาลำดับ สีแดง 2020โรคหายาก
สิ่งที่ต้องอ่านถัดไป
Scroll to Top