Panorama™ – ein NIPT mit patentierter TechnologieDer nicht-invasive Pränataltest

TM

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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