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Diagnostic prénatal des maladies rares : L'aube des méthodes non invasives
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Le diagnostic prénatal définitif repose actuellement sur des techniques invasives, mais cela pourrait changer
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Le 28 février 2019, le monde entier a célébré la Journée des maladies rares afin de sensibiliser le public à plus de 6 000 maladies qui touchent chacune moins de 200 000 citoyens américains. (C'est environ une personne sur 1640.)
Les progrès du diagnostic moléculaire permettent de détecter plus de maladies rares à moindre coût que jamais auparavant. Pour les familles ayant des antécédents de maladie génétique ou lorsque des anomalies de novo sont détectées par dépistage, le diagnostic prénatal fournit aux futurs parents et cliniciens l'information dont ils ont besoin pour choisir les meilleurs soins prénatals et postnatals. Le diagnostic prénatal définitif repose sur des techniques invasives qui comportent un faible risque de fausse couche. Cependant, des techniques non invasives émergent qui pourraient bientôt remplacer les méthodes traditionnelles
Méthodes actuelles de diagnostic et de dépistage
Les tests diagnostiques confirment une maladie génétique avec une précision de près de 100 %. Jusqu'à tout récemment, le diagnostic prénatal définitif n'était possible que par des méthodes invasives telles que le prélèvement de villosités choriales (CVS) ou l'amniocentèse (analyse du liquide amniotique), qui provoquent des fausses couches dans 0,2 et 0,1 % des grossesses respectivement. Les progrès récents de l'analyse moléculaire fournissent maintenant un répertoire de tests pour détecter les maladies rares à partir de l'ADN fœtal
Les tests de dépistage, d'autre part, fournissent un score de risque pour les anomalies congénitales et identifient les grossesses présentant un risque accru de maladies (principalement chromosomiques) ; par conséquent, les tests de dépistage peuvent indiquer si des tests diagnostiques plus précis sont nécessaires
L'échographie est la méthode de dépistage la plus courante, mais la précision dépend de la compétence de l'échographiste. Les défauts physiques majeurs ou l'aneuploïdie peuvent être évalués par cette méthode, mais pas les maladies monogéniques comme la mucoviscidose
Le dépistage prénatal non invasif (NIPS) comprend l'analyse de l'ADN fœtal sans cellules (ADNcff) isolé du sang maternel. Ces fragments de 150-180 paires de bases (bp) provenant de trophoblastes placentaires représentent de 4 à 20 % de l'ADN libre. Les faux positifs et les négatifs sont dus à une faible fraction d'ADNcff, à la mosaïque placentaire, à des anomalies génétiques maternelles et à des fœtus multiples, de sorte que le NIPS n'est pas actuellement recommandé pour le diagnostic
Techniques moléculaires faisant progresser la détection non invasive des maladies rares
L'amélioration de la PCR, des biopuces, du séquençage, de l'haplotyping et d'autres méthodes moléculaires profite à la fois à la recherche sur les maladies rares et à leur détection par des méthodes non invasives à ADNcff.
Les scientifiques ont récemment mis au point une amplification locale ciblée pour simplifier l'haplotyping, ce qui le rend plus pratique pour le diagnostic des maladies monogéniques héréditaires chez les fœtus. Dans d'autres domaines, les technologies de biopuces chromosomiques révèlent la pathologie des microdélétions et de la microduplication ; par exemple, le PrenaTest de la société allemande LifeCodexx utilise la PCR quantitative de cffDNA pour détecter la microdélétion unique du chromosome 22 qui mène au syndrome de DiGeorges. La délétion se produit chez une naissance sur 3 000 et peut causer des difficultés d'apprentissage, des malformations cardiaques et une immunodéficience.
La combinaison du séquençage de nouvelle génération (NGS) avec la bioinformatique avancée améliore la précision du diagnostic ADNcff. Par exemple, l'achondroplasie (un trouble osseux causant un nanisme disproportionné) et la dysplasie thanatophorique (un grave trouble squelettique) ont été confirmées avec une précision de 96,2 % en utilisant l'END
De nouvelles méthodes de PCR permettent également d'améliorer le diagnostic prénatal non invasif. La micropuce Fluidigm, une méthode de PCR numérique sensible qui permet d'amplifier des fragments individuels, peut diagnostiquer l'hémophilie et l'anémie falciforme de l'ADNcff. LifeCodexx a fait état d'une précision, d'une économie et d'une vitesse accrues pour un NIPS utilisant la PCR en temps réel par rapport à un NGS ou à un microarray
D'autres groupes de recherche se concentrent sur l'augmentation du rendement de l'ADNcff à partir d'échantillons de sang maternel, améliorant ainsi la fiabilité du NIDS. Lorsque la fraction d'ADNcff a été enrichie à l'aide d'une sélection de taille de gel d'agarose, les chercheurs ont constaté que la valeur prédictive positive, qui indique la fiabilité d'un test diagnostique, s'était améliorée de six pour cent par rapport au NIDS standard. D'autres stratégies consistent à améliorer la stabilité de la fraction fœtale dans les tubes de prélèvement sanguin afin de maximiser l'ADNcff disponible pour l'analyse
Des recherches récentes ont mis en évidence d'autres caractéristiques susceptibles d'accroître encore la spécificité des NIPS, comme l'hypométhylation des fragments d'ADNcff. Par exemple, le syndrome du X fragile, qui affecte les capacités cognitives, est causé par des répétitions de 1 000 pb qui ne sont pas contenues dans les fragments courts d'ADNcff.
Diagnostic à base de cellules fœtales
La présence de cellules fœtales intactes dans le sang maternel a été découverte à la fin des années 1960. Depuis lors, on a tenté d'exploiter ces cellules à des fins de diagnostic, car elles fournissent des génomes foetaux entiers séparés de l'ADN maternel, plutôt que des fragments. Malheureusement, ces cellules, dont la plupart sont des globules rouges nucléés, des trophoblastes et des leucocytes, sont extrêmement rares à environ une cellule par millilitre de sang. Cette rareté et l'absence de marqueurs cellulaires spécifiques au fœtus ont retardé la technologie. La liste qui suit ne comprend qu'une partie de la recherche menée dans le but de mettre au point des tests diagnostiques non invasifs et réalisables sur les cellules fœtales :
Une méthode de diagnostic basée sur les cellules fœtales récemment mise au point fait appel à une combinaison de lyse des globules rouges, de triage cellulaire par activation magnétique (MACS), de tri cellulaire par activation fluorescente (FACS) et de séparation manuelle des cellules fœtales. Le MACS et le FACS reposent sur des anticorps monoclonaux dirigés contre les marqueurs de surface cellulaire, mais la contamination est un problème parce que les cellules fœtales et maternelles partagent les mêmes marqueurs. Ainsi, cette méthode implique la sélection manuelle de cellules pour séparer les cellules fœtales et maternelles comme étape finale ; cependant, la sélection manuelle de cellules peut être trop laborieuse pour un laboratoire de diagnostic moyen.
Pour résoudre le problème de la capture d'anticorps non spécifiques, on a mis au point une technique qui utilise la centrifugation par gradient de densité pour commencer la séparation cellulaire, suivie de l'isolement des érythroblastes à base de lectine, de la coloration chimique des cellules sanguines et de la microdissection par capture d'images automatisée et par capture laser (LCM). Cette technique a été utilisée avec succès pour isoler les NRBCs
Les fondateurs de Fetolumina Technologies Corp. espèrent que leurs micropuces nanoVelcro pour enrichir les trophoblastes fœtaux à partir du sang maternel conduiront à un diagnostic fiable et non invasif. Les puces sont imprimées avec des anticorps pour capturer les trophoblastes. L'étiquetage immunocytochimique distingue les trophoblastes des globules blancs maternels pour le LCM. Non seulement le nombre de cellules capturées à l'aide de ces puces était suffisant, mais la technique d'hybridation génomique comparative en réseau (aCGH) a également permis de diagnostiquer avec succès la trisomie 13, 18 et X, et une rare délétion et duplication chromosomique.
Les scientifiques mettent au point Cell Reveal™, une puce microfluidique recouverte d'anticorps marqueurs cellulaires pour les CBNRN et les trophoblastes. Le système comprend un microscope à fluorescence équipé d'un analyseur d'images automatisé qui sélectionne les cellules. L'automatisation complète de la technique rend le diagnostic plus facile à réaliser, à condition qu'elle soit rentable. Étant donné que la cellule Reveal™ capture les CBNRN ainsi que les trophoblastes dérivés du placenta, tout faux positif causé par la mosaïque placentaire peut être confirmé, bien que cela reste encore à démontrer.
La fondatrice de Rarecells Diagnostics, Patrizia Paterlini-Bréchot, a annoncé l'an dernier que l'entreprise avait mis au point un test entièrement automatisé à base de cellules fœtales qui isole les cellules par taille et non par anticorps, évitant ainsi la capture cellulaire maternelle. Le produit, appelé ISET, prélève en moyenne de 25 à 35 trophoblastes fœtaux sur 10 millilitres de sang
Les scientifiques ont récemment mis au point une sélection de cellules capillaires pour séparer les trophoblastes fœtaux enrichis et colorés avec des anticorps dirigés contre les marqueurs de surface des cellules. En utilisant le séquençage du génome entier et l'aCGH, le test identifie avec précision l'aneuploïdie, les translocations, les délétions et les duplications. Arcedi Biotech a lancé le produit dans la région centrale du Danemark en mai 2018 et vise à créer une version à grand volume et entièrement automatisée.
Conclusions
Les maladies rares, dans leur ensemble, touchent 25 à 30 millions de personnes aux États-Unis. Environ 80 pour cent des maladies rares ont une origine génétique, et la prédisposition à une maladie signifie que les membres de la famille sont souvent intéressés par un diagnostic prénatal. Le diagnostic aide les cliniciens et les parents à planifier le traitement et les soins et, dans un petit nombre de cas, le traitement in utero est disponible. Cependant, les perspectives de qualité de vie sont parfois si mauvaises que l'interruption de grossesse est la meilleure option. Dans tous les cas, un diagnostic précoce et précis est la clé du meilleur résultat possible
La mise en œuvre du diagnostic des maladies rares dépendra des initiatives gouvernementales, ainsi que des entreprises de biotechnologie et des laboratoires cliniques qui feront passer la santé de la population avant les gains économiques. L'évolution constante des méthodes NIPS, l'émergence de tests basés sur les cellules fœtales et de nouvelles méthodes de détection des anomalies génétiques rares signifient que les futurs parents dans le monde entier pourraient bientôt bénéficier d'un diagnostic prénatal précis et non invasif.