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Die Geburtshilfe
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Publiziert am: 01.03.2023

Anwendung genetischer Untersuchungen in der Pränataldiagnostik

Verfasst von: Gwendolin Manegold-Brauer, Olav Lapaire, Irene Hösli-Krais und Isabel Filges
Die pränatale Diagnostik zum Ausschluss von fetalen Fehlbildungen und Chromosomenstörungen wird seit den 1970er-Jahren angewandt und hat heute in der Routinediagnostik bei der Schwangerenvorsorge eine fest verankerte Rolle. Die Ultraschalluntersuchung hat dabei eine zentrale Bedeutung, da die Befunde maßgeblich die Beratung und die Wahl etwaiger zusätzlicher pränataler Screeningverfahren oder diagnostischer Eingriffe bestimmen. Die genetischen Untersuchungen in der Pränataldiagnostik haben sich durch die Etablierung der nicht-invasiven Methoden zur Risikoeinschätzung für Chromosomenstörungen anhand von zellfreier DNA im mütterlichen Blut und durch die Microarray- und Paneldiagnostik an Gewebe aus Chorionzottenbiopsien und Amniozentesen enorm weiterentwickelt. Dieses Kapitel gibt einen Überblick über die Untersuchungsverfahren, die heute für die Pränataldiagnostik klinisch relevant sind.

Einleitung

Die pränatale Diagnostik zum Ausschluss von fetalen Fehlbildungen und Chromosomenstörungen wird seit den 1970er-Jahren angewandt und hat heute in der Routinediagnostik bei der Schwangerenvorsorge eine fest verankerte Rolle. Die Ultraschalluntersuchung hat dabei eine zentrale Bedeutung, da die Befunde maßgeblich die Beratung und die Wahl etwaiger zusätzlicher pränataler Screeningverfahren oder diagnostischer Eingriffe bestimmen. Als weiterführende Methoden in der Pränataldiagnostik existieren prinzipiell nicht-invasive Methoden zur Risikoeinschätzung für Chromosomenstörungen und die invasive Pränataldiagnostik. Bei den nicht-invasiven Pränataltests (NIPT) wird zellfreie DNA im mütterlichen Blut analysiert. Für die invasive Diagnostik werden im Wesentlichen plazentares Gewebe (Chorionzottenbiopsie) oder fetales Fruchtwasser (Amniozentese) verwendet.
Die Entwicklung des NIPT gehört zu den wichtigsten Errungenschaften in unserem Fachgebiet in den letzten zehn Jahren, die in unvergleichlicher Geschwindigkeit Einzug in den klinischen Alltag gefunden hat. Parallel hierzu haben sich aber auch bei der invasiven Diagnostik durch die Etablierung der chromosomalen Microarrays (CMA) und der Hochdurchsatzsequenzierung (next generation sequencing) die Möglichkeiten in der genetischen Analyse aus fetalem Gewebe enorm weiterentwickelt. So ist heute eine Sequenzierung des gesamten Exoms oder Genoms innerhalb von wenigen Wochen möglich, einem Zeitraum, der selbst in der Schwangerschaft akzeptabel und damit klinisch relevant ist.
Wichtiger denn je erscheint es deswegen, die einzelnen Verfahren in ihrem Spektrum, mit den Risiken und den jeweiligen Grenzen zu verstehen, um die Indikationen für die Untersuchungen richtig zu stellen. Dabei ist vor allem auf ein sorgfältiges Abwägen von Nutzen und Risiken zu achten. Die Erwartung der Eltern an die möglichen Untersuchungen muss dabei diskutiert werden und die individuellen Risiken müssen sorgfältig analysiert werden. Insbesondere bei erhöhtem Risiko für strukturelle Chromosomenanomalien und monogenen Erkrankungen, wie z. B. bei einer erhöhten Nackentransparenz oder fetalen Fehlbildungen, ist der NIPT aufgrund des begrenzten Spektrums und der Zuverlässigkeit im Hinblick auf seltenere Chromosomenstörungen nicht indiziert. Beim NIPT handelt es sich um einen Screeningtest, der aufgrund von biologischen und analytischen Limitationen, falls positiv, immer durch eine invasive Diagnostik bestätigt werden muss. In allen deutschsprachigen Ländern ist für pränatale genetische Untersuchungen eine genetische Beratung gesetzlich verpflichtend, die diese Aspekte enthalten und der individuellen Situation der Patientin Rechnung tragen muss.
Im folgenden Kapitel sollen die heutigen genetischen Screeningtests auf Aneuploidien und die diagnostischen Untersuchungen erläutert werden. Ziel ist es, ein Grundverständnis über die Techniken zu vermitteln, die für die Pränataldiagnostik wichtig sind. Die deutsche Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin (DEGUM) hat gemeinsam mit der Fetal-Medicine Foundation (FMF) Deutschland und assoziierten Fachgesellschaften in der Schweiz und Österreich (Schweizerische und Österreichische Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin (SGUM, ÖGUM)) in diesem Zusammenhang Leitlinien konzipiert, an denen sich dieses Kapitel orientiert (Kähler et al. 2013; von Kaisenberg et al. 2016; Kozlowski et al. 2019).

Nicht-invasive Methoden zur Risikoeinschätzung für Chromosomenstörungen

Zellfreie DNA im mütterlichen Blut und die fetale Fraktion

Biologische Grundlage aller nicht-invasiven Methoden zur Risikoeinschätzung für Chromosomenstörungen, die heute klinisch eingesetzt werden, ist die zellfreie DNA im mütterlichen Blut (Dennis Lo et al. 1997; Huang et al. 2006). Im deutschsprachigen Alltag und bei den Schwangeren hat sich der Begriff des NIPT als Synonym für zellfreie DNA-Analysen durchgesetzt und wird deswegen auch in diesem Kapitel verwendet. Da sich der Begriff NIPT aber als unspezifisch erwiesen hat, wird in Fachkreisen international heute wieder mehr von zellfreien DNA-Analysen gesprochen.
Bei der im NIPT analysierten zellfreien DNA handelt es sich um extrazelluläre DNA-Fragmente, die man im Plasma und Serum der Mutter findet. Der Hauptanteil der zellfreien DNA stammt aus zellulären Umbauprozessen (Apoptose, Nekrose, Mikropartikelsekretion etc.) von der Mutter selbst und nur ungefähr 10–15 % aus der fetoplazentaren Einheit (Palomaki et al. 2011; Ashoor et al. 2013). Bei der sog. fetalen zellfreien DNA handelt es sich also in Wirklichkeit um Fragmente aus den Zellen der Plazenta (Trophoblast), die in das maternale Blut ausgeschüttet werden. Sie können bereits ab der vierten Schwangerschaftswoche nachgewiesen werden und sind einige Stunden nach der Geburt nicht mehr zu detektieren (Thomas et al. 1995; Dennis Lo et al. 1999). Durch die Technik des „next generation sequencing“ (NGS) bzw. des „massive parallel sequencing“ (MPS), die auch im NIPT angewendet wird, werden Millionen von Fragmenten der maternalen und fetalen zellfreien DNA parallel amplifiziert und sequenziert. Da der sog. fetale Anteil nur einen kleinen Bruchteil der gesamten sequenzierten DNA ausmacht, wurden verschiedene komplexe mathematische Methoden entwickelt, um zuverlässige Aussagen im Hinblick auf den Fetus zu treffen (s. Abschn. 2.2).
Der Anteil an fetaler DNA wird in einem separaten Prozess der Qualitätssicherung mit unterschiedlichen laborspezifischen Methoden bestimmt und wird als fetale Fraktion bezeichnet. Damit der NIPT zuverlässig angewendet werden kann, ist ein minimaler Anteil von 4 % an fetaler DNA erforderlich. Hauptursache von NIPT-Testversagen ist neben organisatorischen und technischen Problemen die niedrige fetale Fraktion. Sie liegt in unterschiedlichen Studien zwischen 1,6 %–6,4 % (Yaron 2016). Die fetale Fraktion variiert in Abhängigkeit von maternalen und fetalen Einflussgrößen individuell erheblich und ist z. B. vom Gestationsalter, maternalen Gewicht, von der Einnahme von niedermolekularen Heparinen, von Autoimmunerkrankungen und verschiedenen anderen Faktoren abhängig (Hui und Bianchi 2020). In Bezug auf das maternale Gewicht liegt die fetale Fraktion unter der kritischen Grenze von 4 % bei 7 %,11 % und 50 % der Frauen mit einem Gewicht über 100, 110 und 160 kg (Ashoor et al. 2013).
Wichtig
In einigen Studien scheint auch die Prävalenz von Aneuploidien bei Proben, die kein Ergebnis liefern, erhöht (Pergament et al. 2014; Norton et al. 2015). In einer großen prospektiven Studie mit über 15.000 Teilnehmern lag die Aneuploidierate unter den Testversagern bei 2,7 % versus 0,4 % in der gesamten Kohorte (Norton et al. 2015). Bei einem NIPT, der kein Ergebnis liefern kann sollten die folgenden Ursachen geprüft werden und, falls vorher nicht erfolgt, eine detaillierte Ultraschalluntersuchung im Zentrum durchgeführt werden.
Ursachen von NIPT-Testversagen wegen niedriger fetaler Fraktion:
Hohes maternales Gewicht
Maternale Erkrankungen (Autoimmunerkrankungen)
Sterilitätsbehandlung
Maternale Heparinisierung
Fetale Ursache (Aneuploidie, Zwillinge, zu frühes Gestationsalter, plazentares Mosaik, IUGR etc.)

Prinzipien von random massively parallel sequencing (rMPS) und targeted massively parallel sequencing (tMPS) basierten NIPTs

Beim random massively parallel sequencing (rMPS) (oder massive parallel shotgun sequencing [MPSS]) werden Millionen von maternalen und fetalen DNA-Fragmenten zusammen aus dem Plasma der Mutter sequenziert. Jedes Fragment kann einem Chromosom zugeordnet und quantifiziert werden (Abb. 1). Die Zahl der zugeordneten Fragmente wird, vereinfacht gesprochen, mit einer euploiden Probe als Referenz verglichen. Um eine klare Differenzierung zwischen aneuploiden und euploiden Feten sicherzustellen, werden 12–15 × 106 zugeordnete Chromosomenfragmente benötigt („reads“). Bei einem Fetus mit einer Trisomie 21 wird der Anteil von Fragmenten des Chromosoms 21 überrepräsentiert sein. Bei einer Monosomie wird dementsprechend ein Defizit an Chromosomenfragmenten für das entsprechende Chromosom vorhanden sein (Fan et al. 2008; Chiu et al. 2008). Bei dieser Methode können grundsätzlich Informationen über alle Chromosomen und subchromosomale Veränderungen gewonnen werden.
Das targeted massively parallel sequencing (tMPS) ist dem rMPS ähnlich, da ebenfalls die Chromosomenfragmente im Vergleich zu einem Referenzgenom ausgewertet werden. Im Unterschied zum rMPS werden selektierte, Analyse-relevante Regionen der Chromosomen gezielt amplifiziert und anschließend sequenziert. Diese Methode wird auch als digital analysis of selected regions (DANSR) bezeichnet. Dies sind meistens spezifische Regionen der Chromosomen 21,13, und 18. Mit dieser Methode werden nur 420.000 reads/Probe benötigt. Die zu sequenzierende Menge ist also deutlich geringer und die Analyse ist damit zeit- und kosteneffektiver (Sparks et al. 2012). Der Anteil an Proben, die kein Ergebnis liefern, scheint nach einer aktuellen Metaanalyse beim tMPS höher zu sein als beim rMPS (3,56 % versus 1,58 %) (Yaron 2016).
Da bei diesen beiden o. g. Zählmethoden Unterschiede zwischen den einzelnen Chromosomen berechnet werden, können Triploidien, bei denen jedes Chromosom 3-mal vorhanden ist, in der Regel nicht identifiziert werden.

Prinzipien des single nucleotide polymorphism (SNP)-basierten NIPTs

Beim sog. SNP-basierten NIPT werden SNPs amplifiziert und sequenziert. Basis der Analyse ist eine Unterscheidung der SNPs zwischen Mutter, Fetus sowie optional dem Vater. SNPs treten etwa einmal/300 Basenpaare auf, sind zwischen Individuen hoch variabel und werden beispielsweise auch in der Forensik (genetischer Fingerabdruck) benutzt. Bei der Zentrifugation von maternalem Blut werden der Buffy coat (maternale Leukozyten und Thrombozyten) vom Plasma (enthält maternale und fetale zellfreie DNA) getrennt analysiert und in einer Reaktion von ca. 20.000 SNPS amplifiziert und sequenziert. Unter Berücksichtigung des mütterlichen Genotyps, der fetalen Fraktion und der fetalen Chromosomenkopienzahl werden mögliche Genotypen für eine spezifischen Genort berechnet und die tatsächliche Verteilung wird mit der erwarteten Verteilung der Allele verglichen. Dadurch kann die Allelzugehörigkeit und die Chromosomenanzahl mithilfe komplexer, informatik-basierter Algorithmen ausgewertet werden. Diese Verfahren hat den Vorteil, dass es Triploidien, maternale Mosaike und theoretisch die Zygosität von dichorialen Zwillingen sowie uniparentale Disomien erkennen kann. Der Nachteil ist, dass er bei Eizellspenden oder nach Stammzelltransplantationen und bei Konsanguinität nicht verlässlich angewendet werden kann (Dar et al. 2016).

Screening für Trisomie 21,18 und 13

Die Qualitätsparameter für die häufigsten Chromosomenstörungen (Trisomie 21, 18 und 13) stammen heute aus einer Reihe verschiedener großer klinischer Studien aus Hoch- und Niedrig-Risikokollektiven von über 200.000 Schwangeren. Für Einlingsschwangerschaften liegt die Detektionsrate für Trisomie 21 bei 99,7 %. Für die Trisomie 18 und Trisomie 13 sind die Verfahren ähnlich gut mit einer Sensitivität von 97,9 % und 99,0 %. Alle NIPT-Screening-Verfahren haben im Vergleich zum kombinierten Ersttrimesterscreening signifikant niedrigere Falsch-positiv-Raten um 0,04 % (Tab. 1) (Gil et al. 2017).
Tab. 1
Detektionsraten des NIPT für die häufigsten Aneuploidien nach einer Metaanalyse von Gil et al. (2017)
Aneuploidie
Anzahl Betroffener Feten
Anzahl nicht betroffener Feten
Detektionsrate (95 % CI)
Falsch-positiv-Rate (95 % CI)
Trisomie 21
1963
223.932
99,7 % (99,1–99,9 %)
0,04 % (0,02–0,07 %)
Trisomie 18
563
222.013
97,9 % (94,9–99,1 %)
0,04 % (0,03–0,07 %)
Trisomie 13
119
212.883
99,0 % (65,8–100,0 %)
0,04 % (0,02–0,07 %)
36
7676
95,8 % (70,3–99,5 %)
0,004 % (0,05–0,38 %)
Andere gonosomale Aneuploidien
17
5403
100 % (83,6–100,0 %)
0,004 % (0,00–0,08 %)

Screening für gonosomale Aneuploidien

Die Prävalenz von gonosomalen Aneuploidien liegt zwischen 0,8–1 % (Kozlowski et al. 2019). Zu den häufigsten gonosomalen Aneuploidien gehören die Monosomie X (Turner-Syndrom), 47, XXY (Klinefelter-Syndrom), 47, XXX (Triple-X-Syndrom) und 47, XYY (Jacob-Syndrom). Die Monosomie X macht 8 % und die anderen gonosomalen Aneuploidien 5 % aller Chromosomenstörungen aus (Wellesley et al. 2012). Eine Analyse im Hinblick auf gonosomale Aneuploidien ist bei den meisten kommerziellen Testanbietern heute möglich. Ob eine solche Analyse im Screening klinisch angeboten werden sollte, ist allerdings aufgrund der weiterhin limitierten Datenlage aus prospektiven klinischen Studien und ethischen Aspekten umstritten (Benn und Chapman 2016). Aktuell wird eine Implementierung des NIPT auf gonosomale Aneuploidien im Rahmen der allgemeinen Schwangerenvorsorge in keinem der deutschsprachigen Länder diskutiert.
Zwar zeigt der NIPT bei Einlingen nach einer aktuellen Metaanalyse Detektionsraten von 96 % für die Monosomie X und 100 % für anderen gonosomale Aneuploidien bei einer falsch-positiv Rate von 0,14 % für Monosomie X und 0,004 % für die anderen gonosomalen Aneuploidien, jedoch basieren diese Daten auf sehr kleinen Fallzahlen (n = 36 für Monosomie X, n = 17 für andere gonosomale Aneuploidien) (Gil et al. 2017). Unterschiede zu den häufigeren Chromosomenstörungen ergeben sich vor allem beim positiv-prädiktiven Wert, also der Wahrscheinlichkeit, bei der ein auffälliges Testergebnis schließlich beim Kind bestätigt wird (Abb. 2). In einer aktuellen Studie mit 144 Fällen einer gonosomalen Aneuploidie im NIPT und bestätigtem Outcome wurden nur 56 Fälle (38,9 %) bestätigt (Lüthgens et al. 2021). Andere Studien haben ebenfalls gezeigt, dass der positiv-prädiktive Wert bei der Monosomie X zwischen 14 % und 67 % und bei den übrigen gonosomalen Aneuploidien zwischen 30 % und 100 %, also deutlich unter den Werten für die Trisomie 21, 18 und 13 liegt (Bianchi et al. 2015; Reiss et al. 2017; Bevilacqua et al. 2018; Kornman et al. 2018; Suo et al. 2018; Garshasbi et al. 2020; Zheng et al. 2020). Gründe für den niedrigeren PPV sind der höhere Anteil an plazentaren Mosaiken, der bei der Monosomie X bei ca. 60 % liegt (Grati et al. 2015), sowie mögliche vorher nicht bekannte maternale Mosaike.

Screening für Mikrodeletionen

Zu den Mikrodeletionen, die heute klinisch mittels zellfreier DNA-Analyse angeboten werden, gehören im Wesentlichen das Di-George-Syndrom (Locus 22q11.2), die Monosomie 1p36 (Locus 1p36), das Angelmann-Syndrom/Prader-Willi-Syndrom (Locus 15q11.2-q13), das 5p-/Cri-du-chat-Syndrom (Locus 5p15) und das 4p-/Wolff-Hirschhorn-Syndrom (Locus 4p 16.3). Die echte pränatale Prävalenz von Mikrodeletionen ist schwer zu schätzen. In einer größeren Studie konnten in 1,7 % der Fälle aus ca. 2000 Proben, die aufgrund von fortgeschrittenem mütterlichem Alter durchgeführt wurden, klinisch relevante Mikrodeletionen/-duplikationen im Microarray gefunden werden (Wapner et al. 2012). Die Deletionsgröße, die mit der NIPT-Methodik erkannt werden kann, liegt bei ca. 3 Mb und viele Deletionen sind kleiner als die genannte kritische Größe (Yaron et al. 2015). In einer aktuellen Metaanalyse aus sieben Studien von über 470.000 NIPT-Analysen und 210 bestätigten Mikrodeletions- und -duplikationssyndromen lag der positiv-prädiktive Wert bei 40 % (29–91 %) und die Falsch-positiv-Rate bei <0,1 % (Familiari et al. 2021) (Abb. 2). Eine Detektionsrate und falsch-negativ Rate konnte in der Metaanalyse nicht ermittelt werden, da in der Mehrheit der unauffälligen Proben keine postnatale Bestätigung durchgeführt wurde und viele Erkrankungen nicht unmittelbar am klinischen Bild nach der Geburt erkannt werden können (Familiari et al. 2021). Die genannten Werte müssen deshalb mit großer Vorsicht interpretiert werden. In einem größeren Hochrisikokollektiv wurde kürzlich die Mikrodeletion 22q11 untersucht (Bevilacqua et al. 2021). Für 735 inkludierte Analysen lag die Detektionsrate bei 70 % (32/46 Fälle) und die Falsch-positiv-Rate bei 0 % (Bevilacqua et al. 2021). Zum aktuellen Zeitpunkt bleibt eine Empfehlung zum klinischen Einsatz des NIPT auf Mikrodeletionen aufgrund der begrenzten Datenlage umstritten. Bei einer klinischen Indikation zur Testung, z. B. aufgrund einer positiven Familienanamnese oder bei einer Fehlbildung ist aktuell die invasive Diagnostik empfohlen. Aktuell würde ein breit angelegtes Screening aufgrund der niedrigen Prävalenz und des niedrigen PPVs zu einer großen Verunsicherung der Patientin und vielen vermeidbaren invasiven Eingriffen führen. Damit würde hier der eigentliche Vorteil des NIPT wieder minimiert. Es ist jedoch denkbar, dass sich in Zukunft die Datenlage verbessert, die Analyseverfahren verfeinern und sich die Empfehlungen ändern könnten.

Screening bei Zwillingen

Die Anwendung genetischer Untersuchungen bei Zwillingen ist eine Herausforderung, da keine der bekannten Screening Methoden so genau ist wie bei Einlingen. Die Detektionsrate des NIPT scheint in einer aktuellen Metaanalyse für Trisomie 21 niedriger als bei Einlingen, aber besser als bei anderen Screeningverfahren zu sein (Tab. 2). Für die Trisomie 18 und 13 bleibt die Aussage im Hinblick auf die Zuverlässigkeit aufgrund der Datenlage limitiert (Judah et al. 2021). Die Analyse ist komplexer, weil das mütterliche Blut nun DNA-Fragmente von drei Individuen enthält. Bei monozygoten Zwillingen, die in der Regel den gleichen Karyotyp haben, kann die Analyse analog zu Einlingen erfolgen. Bei dizygoten Zwillingen ist es wahrscheinlich, dass nur einer der beiden Feten von einer Aneuploidie betroffen wäre. Die fetale Fraktion ist insgesamt höher als bei Einlingen, aber pro Fetus geringer. Wenn die zellfreie DNA im mütterlichen Blut nicht gleichmäßig von beiden Feten abgegeben und die fetale Fraktion des aneuploiden Feten kleiner ist als die des gesunden Feten, kann eine Aneuploidie unter Umständen nicht erkannt werden. Es wird deshalb empfohlen, bei der Analyse von der niedrigen fetalen Fraktion der beiden Feten auszugehen (Struble et al. 2014). Dies wiederum erhöht die Anzahl an NIPT-Analysen ohne Ergebnis. Die sog. Testversagerquote bei Zwillingen liegt in unterschiedlichen Studien im Mittel bei 3,6 % (1,6–13,2 %). Durch eine Wiederholung mit einer neuen Blutprobe zu einem späteren Zeitpunkt erhalten dabei im Mittel 57 % (50–83 %) schließlich noch ein Testergebnis (Palomaki et al. 2021).
Tab. 2
Detektionsraten des NIPT bei Zwillingen für die häufigsten Aneuploidien nach einer Metaanalyse von Judah et al. (2021)
Aneuploidie
Anzahl Betroffener Feten
Anzahl nicht betroffener Feten
Detektionsrate (95 % CI)
Falsch-positiv-Rate (95 % CI)
Trisomie 21
137
7507
99,0 % (92,0–99,9 %)
0,02 % (0,001–0,43 %)
Trisomie 18
50
6840
92,8 % (77,6–98,0 %)
0,01 (0,00–0,44 %)
11
6290
94,7 % (9,14–99,97 %)
0,10 % (0,03–039 %

Fehlerquellen und Nebenbefunde der Analyse von zellfreier DNA aus mütterlichem Blut

Die Aufklärung in verständlicher allgemeiner Sprache über PPV und NPV sowie über falsch-positive und falsch-negative Befunde und Nebenbefunde/Zufallsbefunde im individuellen klinischen Kontext sollte immer im Rahmen der Beratung vor dem NIPT thematisiert werden (Mardy und Norton 2021). Im Falle eines auffälligen Resultats ist eine weitere spezifische Beratung nötig.
Praxistipp
Bei der Analyse von zellfreier DNA aus mütterlichem Blut können eine Reihe von falsch-positiven und falsch-negativen Befunden auftreten. Bei den falsch-positiven Befunden stammen die auffälligen Ergebnisse nicht vom Fetus selbst und können durch die Herkunft der zellfreien DNA von Mutter und Plazenta erklärt werden. Als Ursachen sind plazentare Mosaike, zuvor unbekannte maternale Kopienzahlvarianten, maternale Mosaike, vanishing twins sowie benigne mütterliche Erkrankungen und mütterliche Krebserkrankungen möglich (Hartwig et al. 2017).
Die Ursache von falsch-negativen Befunden liegen im Wesentlichen an einer niedrigen fetalen Fraktion und/oder fehlender Sequenzierungstiefe. Sie können aber auch bei echten fetalen Mosaiken auftreten, die nur den Fetus und nicht die Plazenta betreffen und deswegen unauffällige NIPT-Analysen aufweisen.
Bei einer Diskordanz zwischen dem Ergebnis des zellfreien DNA-Test und dem Ergebnis der Amniozentese oder Chorionzottenbiopsie sollte in jedem Fall eine Analyse der möglichen Ursachen und ggf. weitere Untersuchungen (z. B. detaillierter Ultraschall, maternale genetische Untersuchungen, Tumorsuche) erfolgen. Im Folgenden wird auf die wichtigsten möglichen Ursachen eingegangen:

Mosaike der fetoplazentaren Einheit

Mosaike zählen zu den häufigeren Ursachen eines falsch-positiven Befundes im NIPT und sind seltener auch eine Erklärung für einen falsch-negativen NIPT-Befund. Die Kenntnisse zu Mosaikbefunden stammen aus den langjährigen Erfahrungen mit Chorionzottenbiopsien in der Routinediagnostik. Man findet Mosaike bei etwa 1–2- % aller Chorionzottenbiopsien (Grati et al. 2015), vermutlich sind diese generell jedoch deutlich häufiger. Plazenta und Fetus entwickeln sich aus der befruchteten Eizelle und sind genetisch identisch. Mosaike der fetoplazentaren Einheit treten dann auf, wenn es zu mitotischen Teilungsstörungen in der frühen Embryonalphase postzygotisch kommt und Zelllinien mit unterschiedlichen Chromosomensätzen parallel vorliegen. Die Anomalie kann auf die Plazenta oder den Fetus beschränkt sein (confined mosaicism mit fetoplazentarer Diskordanz) oder Fetus und Plazenta betreffen. Beschränkt sich das Mosaik, also die aneuploide Zelllinie, auf die Plazenta, wird dies zu einem auffälligen NIPT-Ergebnis führen, obwohl der Fetus nicht betroffen ist. Umgekehrt schließt ein unauffälliger NIPT eine Aneuploidie des Fetus nicht aus. Aufgrund der biologischen Testkonzeption des NIPT, der zellfreie DNA des Zytotrophoblasten der Plazenta im mütterlichen Blut untersucht, wird dieser also nie diagnostisch sein. Die Häufigkeit von plazentaren Mosaiken variiert von Chromosom zu Chromosom. So sind plazentare Mosaike bei Trisomie 21 und 18 selten (2 % und 4 %), aber bei der Trisomie 13 mit 22 % bereits deutlich häufiger. Bei der Monosomie X liegen in etwa 60 % plazentare Mosaike vor (Grati et al. 2015). Entscheidend bei der Interpretation und Beratung der Patientin sind auch hier die Ultraschallbefunde in Kombination mit dem Laborbefund.
Die selteneren autosomalen Trisomien (1–12, 16, 17, 19, 22) sind mit dem Überleben nicht vereinbar und führen in der Regel zu einem frühen Abort. Bei einem normal aussehenden Fetus im Ultraschall wird daher am ehesten ein auf die Plazenta beschränktes Mosaik vorliegen. Eine Amniozentese kann dafür zusätzliche Evidenz erbringen. Keine Untersuchung kann jedoch ein allerletztes Risiko für ein fetales Mosaik mit letzter Sicherheit ausschließen. Zur weiteren Abklärung eines Risikos für uniparentale Disomien verweisen wir auf Abschn. „Uniparentale Disomie (UPD)“.

Vanishing twin

Ein Vanishing twin ist bei ca. 1 % aller Schwangerschaften zur Zeit des Ersttrimesterscreenings sichtbar (Seong et al. 2020). Er stellt eine weitere Hürde beim NIPT dar, da die Plazenta des verstorbenen Zwillings für mehrere Wochen nach dem Verlust weiter zellfreie DNA ins mütterliche Blut freisetzt und damit zu falsch-positiven und falsch-negativen Ergebnissen führen kann. Die genaue Dauer ist unbekannt, aber es sind Persistenzen von bis zu 15 Wochen beschrieben (Niles et al. 2018). Die Aneuploidierate bei Aborten im ersten Trimenon liegt bei bis zu 50 % (Pylyp et al. 2018). In einer kürzlich publizierten Studie mit 767 vanishing twins zeigten sich 28 positive NIPT-Resultate für die häufigen Trisomien (3,65 %). Unter 23 Fällen mit einem vorhandenen Outcome konnten fünf Trisomien beim überlebenden Fetus bestätigt werden (27,7 %) (van Riel et al. 2021). Es zeigten sich bei diesen Schwangerschaften außerdem zahlreiche weitere andere Trisomien, die in den Amniozentesen alle nicht bestätigt wurden. Aktuelle Leitlinien raten von einer zellfreien DNA-Analyse bei vanishing twin ab (Kozlowski et al. 2019; Hopkins und Dugoff 2021).

Maligne und benigne maternale Erkrankungen

Beiden whole genome sequencing Techniken der NIPT können prinzipiell Imbalancen bei allen Chromosomen auffallen. Insbesondere in Fällen bei denen es Hinweise für mehr als eine Aneuploidie in der Auswertung gibt, ist dies für eine fetale Aneuploidie untypisch. Bei Tumoren, die zytogenetisch instabil sind, wird zellfreie DNA des Tumors ins Plasma abgegeben und kann dann als Zufallsbefund in einem NIPT auffallen (Bianchi 2018). Eine Ursache dafür können benigne (z. B. Uterus myomatosus) oder maligne maternale Tumorerkrankungen sein. In einer aktuellen Metaanalyse waren Tumorerkrankung in 15 % die Ursache eines diskordanten NIPT-Ergebnisses (Hartwig et al. 2017). In solchen Fällen ist eine onkologische Vorstellung und ggf. eine Tumorsuche zu initiieren (Lannoo et al. 2021).

Umgang mit auffälligen NIPT-Resultaten

Wichtig
Die genannten Fehlerquellen unterstreichen, dass bei einem auffälligen NIPT-Ergebnis immer eine detaillierte Ultraschalldiagnostik unter Kenntnis der Befunde durchgeführt werden sollte und eine invasive Diagnostik zur Klärung nötig ist.
Bei den Trisomien 21 und 18 sowie bei auffälligen Ultraschallbefunden kann das NIPT-Ergebnis mit einer Chorionzottenbiopsie weiter untersucht werden, da Mosaike selten sind und wertvolle Zeit vom Erhalt des NIPT-Ergebnisses bis zur Durchführung einer Amniozentese gespart werden kann. Eine Amniozentese muss nur dann zusätzlich durchgeführt werden, wenn sich der NIPT nicht bestätigt oder sich ein Mosaik in den Ergebnissen der Kultur der Chorionzottenbiopsie zeigt. Bei unauffälligen Ultraschallbefunden ist eine Amniozentese als nächster Schritt sinnvoll. Bei allen unklaren Fällen im NIPT, insbesondere seltenere Trisomien, mehreren aneuploiden Chromosomen und unauffälliger fetaler Morphologie im Ultraschall, sollte eine genetische Beratung erfolgen und ggf. weitere Abklärungen (genetische Untersuchung der Mutter, Tumorsuche etc.) initiiert werden. Bei unauffälliger Sonomorphologie sind seltene Trisomien im NIPT, insbesondere die Trisomie 16, mit einem erhöhten Risiko von intrauterinen Wachstumsretardierungen assoziiert. Hier sollte das fetale Wachstum kontrolliert und die Dopplersonografie eingesetzt werden.

Klinische Implementierung der NIPT und Herausforderungen in der pränatalen Beratung

In Europa haben die meisten Schwangeren die Möglichkeit, eine detaillierte Ersttrimester-Ultraschalldiagnostik mit einer Risikoeinschätzung für Chromosomenstörungen wahrzunehmen. In Deutschland und Österreich wird die Ersttrimesterdiagnostik bei Risikoschwangeren im Rahmen der gesetzlichen Krankenversicherung übernommen oder als Selbstzahlerleistung angeboten. In der Schweiz werden die Kosten des Ersttrimesterscreening im Rahmen der Schwangerenvorsorge bei allen Frauen, die es wünschen, übernommen (siehe Kap. 9).
Der NIPT für Trisomie 21, 18 und 13 wurde in den letzten zehn Jahren weltweit in die existierenden Modelle der Schwangerenvorsorge integriert. International werden zwei Modelle diskutiert: Bei dem einen Modell wird der NIPT allen Frauen im Screening angeboten (Belgien, Niederlande). Bei dem anderen Ansatz, zu dem sich Deutschland, Österreich und die Schweiz entschieden haben, wird der NIPT den Frauen angeboten, die zu einer bestimmten Risikogruppe gehören. Die Definition der Risikogruppe variiert national. Dies sind z. B. Frauen mit einem erhöhten Risiko aufgrund des mütterlichen Alters, Z. n. Trisomie 21 in der persönlichen Vorgeschichte oder Frauen mit einem erhöhten Risiko im Ersttrimestertest (Manegold-Brauer et al. 2014; Gadsbøll et al. 2020).
Ein NIPT wird aufgrund des begrenzten Spektrums generell nicht empfohlen bei sonografischem Nachweis von fetalen Anomalien, einer Nackentransparenz über der 95. bzw. 99. Perzentile bzw. >3,5 mm oder bei einem sehr hohen Risiko im Ersttrimestest (>1:100 bzw. >1:10). In den genannten Gruppen ist das Risiko für andere seltenere Chromosomenstörungen erhöht und eine Microarrayanalyse bzw. erweiterte Analysen indiziert (siehe Abschn. „Chromosomale Microarrays [CMA]“).
Für die Beratung vor Durchführung des NIPT oder bei Erhalt eines auffälligen NIPT-Resultates spielen die Detektions- und falsch-positiv Rate und der positiv-prädiktive Wert des NIPT-Screeningtests eine wichtige Rolle (Abb. 2). Er gibt die Wahrscheinlichkeit an, mit der sich ein auffälliges Testresultat bestätigt. Der PPV ist tiefer, je niedriger die Prävalenz einer Erkrankung in der jeweiligen Subpopulation ist. In der prospektiven Studie von Norton et. al an 15.841 Schwangeren lag der PPV in der gesamten Population für die Trisomie 21 bei 80,9 %. In der Subpopulation der unter 35-jährigen bei 76 % und im niedrig-Risikokollektiv bei 50 % (Norton et al. 2015) (Abb. 2).
Auf das Spektrum und die Grenzen der jeweiligen Analysemethoden sollte im Rahmen der Beratung eingegangen werden. Zufallsbefunde und unklare Befunde sollten ebenfalls thematisiert werden. Die Grenzen des NIPT erklären, warum ein auffälliges NIPT-Resultat mit einem diagnostischen Test bestätigt werden sollte, bevor irreversible Entscheidungen getroffen werden. Auch sollte die Bedeutung eines Screeningtest mit etwaigen (seltenen) falsch negativen Befunden angesprochen werden. Beispielhaft präsentiert Tab. 3 eine Berechnung für die Trisomie 21, die in der Beratung hilfreich sein kann.
Tab. 3
Vergleich des kombinierten Ersttrimesterscreenings versus NIPT in verschiedenen Risikokollektiven am Beispiel der Trisomie 21 bei 100.000 Schwangeren
 
Ersttrimesterscreening
NIPT-Hochrisikokollektiv
Prävalenz 1:500
NIPT-Niedrigrisikokollektiv
Prävalenz 1:2000
Schwangere (n)
100.000
100.000
100.000
Normale Feten (n)
99.800
99.800
99.950
Feten mit Trisomie 21 (n)
200
200
50
Detektionsrate
95 %
99,7 %
99,7 %
Falsch-positive
2,5 %
0,04 %
0,04 %
Detektion Trisomie 21 (n)
190
199
50
Falsch-positive (n)
2495
40
40
Falsch-negative (n)
100
1
<1
Positiv-prädiktiver Wert
190/2685 = 7 %
199/239 = 84 %
50/90 × 100 = 55 %

Invasive Pränataldiagnostik

Invasive Methoden zur Gewinnung von fetalem Gewebe

Die invasive Pränataldiagnostik ermöglicht die Gewinnung von fetalen Zellen, an denen je nach Indikation, verschiedene genetische Untersuchungen durchgeführt werden können. Hierzu gehören im Wesentlichen die Amniozentese (AC) und die Chorionzottenbiopsie (CVS). Die fetale Blutentnahme aus der Nabelschnur sowie die Aspirationen von anderen fetalen Flüssigkeiten (z. B.: bei Hydrops, Hydrothorax, Megazystis etc.) bleibt auf spezielle Indikationen beschränkt.
Die CVS kann ab der 11+0 SSW und die AC ab der 15+0 SSW bzw. nach Fusion von Amnion und Chorion (also ggf. auch später) durchgeführt werden. Das durch den Eingriff bedingte Abortrisiko wird heute für beide Techniken zwischen 0,5 und 1 % angegeben. Zu den maternalen Risikofaktoren, die das Abortrisiko erhöhen gehören hypertensive Erkrankungen, BMI > 40 kg/m2, Nikotinabusus, Multiparität >3, vaginale Blutung vor oder zum Zeitpunkt des Eingriffs sowie manifeste vaginale Infektionen (Kähler et al. 2013).
Der invasiven Pränataldiagnostik muss immer eine umfassende Beratung vorangehen, in der Anlass, Ziele, Risiken und Grenzen der Diagnostik besprochen werden. Dabei soll auf mögliche ethische Konflikte nach Erhalt der Ergebnisse eingegangen werden (siehe Kap. 53) und eine entsprechende weiterführende Beratung angeboten werden.

Methoden zur Chromosomenuntersuchung

Seit der Einführung des NIPT in die klinische Praxis ist die Zahl der diagnostischen Verfahren deutlich zurückgegangen. Dies gilt insbesondere für Eingriffe, die primär mit der Fragestellung eines Risikos für die häufigen Trisomien bei fortgeschrittenem mütterlichem Alter oder anderen Indikationen mit medizinisch eher geringerem Risiko wie z. B. der elterlichen Besorgnis beruhen. Der Vorteil der sehr hohen negativen Vorhersagewerte (negative predictive value[NPV]) des NIPT bei unauffälligem Ultraschall für die häufigen Trisomien hat hier entscheidend beigetragen. Diagnostische Punktionen sind heute im Wesentlichen in drei Situationen indiziert:
  • die Bestätigung von NIPT-Befunden, die auf ein erhöhtes Risiko hindeuten oder ein hohes Risiko im Ersttrimestertest (bei einer Nackentransparenzmessung im Normbereich). Durch Schnelltestverfahren wie QF-PCR, FISH oder MLPA an verdauten Chorionzotten oder nativen Fruchtwasserzellen kann die Diagnose einer Trisomie 21, 18 und 13 bestätigt werden oder ein falsch positiver Befund erkannt werden. Der enzymatische Verdau der Chorionzotten dient der Sprengung des Zytotrophoblasten vom Gewebe, sodass sich das Ergebnis des Schnelltests auf mesenchymale Zellen bezieht wie auch das abschließende Ergebnis einer Zellkultur. Die Unterscheidung zwischen einer freien Trisomie und einer unbalancierten Translokationstrisomie kann nur durch die konsekutive abschließende mikroskopische Karyotypisierung an kultivierten Zellen getroffen werden (Cherry et al. 2017).
  • Bei Vorliegen von fetalen Strukturanomalien gelten jedoch andere Überlegungen. Es besteht Konsens darüber, dass ein NIPT nur in Kombination mit einer zertifizierten Ultraschalluntersuchung angeboten werden sollte. Eine erhöhte Nackentransparenz und/oder andere fetale Ultraschallanomalien sind mit einem höheren Risiko für numerische, aber auch für strukturelle Chromosomenanomalien sowie auch monogene Erkrankungen verbunden. Bei erhöhter Nackentransparenz besteht außerdem ein erhöhtes Risiko für fetale strukturelle Anomalien, insbesondere für kardiale, urogenitale und Skelettanomalien, die im Ersttrimester-Ultraschall noch nicht zwingend erkennbar sind.
  • Bekannte familiäre Chromosomenanomalie oder monogene Erkrankung, die eine spezifische pränatale Diagnostik notwendig macht. Details zur präkonzeptionellen und genetischen Beratung in diesen Situationen finden sich in Kap. 8 dieses Buches.

Pränataler Schnelltest – Rapid Aneuploidy Diagnosis (RAD)

Eine pränatale genetische Untersuchung nimmt Zeit in Anspruch, sodass für die nicht seltene Fragestellung der Diagnose einer der häufigen Trisomien 21, 18 oder 13 in praktisch allen Laboratorien, die pränatal genetische Untersuchungen durchführen, primär ein sog. „Schnelltest“ mittels molekularzytogenetischer Verfahren (Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung [FISH]) oder molekulargenetischer Verfahren (QF-PCR oder MLPA) für diese begrenzte Zahl von Chromosomen angeboten wird. Die Verfahren können an nativen unkultivierten Amnionzellen oder nativen Chorionzotten durchgeführt werden. Bei Chorionzotten sind spezifische Aspekte bei der Ergebnisinterpretation und -einschätzung zu berücksichtigen.
Das Ergebnis eines Schnelltests macht eine erste vorläufige Aussage zu dieser limitierten Fragestellung. In vielen Situationen kann er jedoch eine erste Klarheit schaffen und so die emotional belastende Wartezeit verkürzen.
Einige Grenzen des Schnelltestansatzes sind jedoch zu berücksichtigen und müssen der Schwangeren kommuniziert werden, damit keine Fehleinschätzung oder falsche Erwartungen zur Aussage des Ergebnisses generiert werden. Es existieren verschiedene Labormethoden, die im Folgenden beschrieben werden. Für alle gemeinsam gelten jedoch folgende Charakteristika:
  • Ein Schnelltest generiert ein primär vorläufiges Ergebnis, da ein Hinweis für eine numerische Anomalie der Chromosomen 21, 18, 13 oder der Geschlechtschromosomen erfasst werden kann, die Untersuchungen aber keine Strukturanomalien, auch keine partiellen Trisomien oder Mosaikbefunde darstellen können. Auch kann keine Aussage zu Aberrationen anderer Chromosomen getroffen werden.
  • Der Schnelltest ersetzt eine abschließende Chromosomenuntersuchung nicht.
  • Untersuchungserfolg und diagnostische Sicherheit hängen auch von der Qualität des Ausgangsmaterials ab. Eine Kontamination mit mütterlichem Gewebe kann das Ergebnis verfälschen oder eine Untersuchung unmöglich machen.
  • Bei einer nativen Chorionzottenprobe ist zu berücksichtigen, dass das Gewebe sowohl Zellen des Zytotrophoblasten als auch des Mesenchyms enthält. Im Rahmen einer Verdauuung können Zellen des Zytotrophoblasten gesprengt werden. Die Mitteilung eines bereits vorliegenden NIPT-Ergebnisses an das untersuchende Labor ist daher zwingend.
  • Entscheidungen, die den Schwangerschaftsverlauf irreversibel beeinflussen, sollten nicht allein aufgrund des vorläufigen Laborbefundes getroffen werden. Die Plausibilität des Ergebnisses muss in Kombination mit den vorgängigen Untersuchungsbefunden und vor allem auch den Ultraschallbefunden interpretiert werden.
Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH)
Bei der FISH-Technik werden chromosomenspezifische fluoreszenzmarkierte DNA-Sonden benutzt, die sich in Interphasezellen an spezifische Chromosomenregionen (in der Regel die Zentromere) binden. Die Auswertung erfolgt unter dem Fluoreszenzmikroskop an Präparaten mit Interphasezellkernausstrichen unkultivierter Amnionzellen oder unkultiviertem Choriongewebe. Man zählt die pro Sonde und entsprechendem Fluorochrom erkennbaren Signale und kann so auf die Kopienzahl der untersuchten Chromosomen zurückschließen (Abb. 3). In der Routine gilt dies für die Chromosomen 21, 18, 13 und die Geschlechtschromosomen. Bei normaler Kopienzahl findet man 2 Signale pro Chromosom, bei einer Trisomie 3 Signale, und bei einer Monosomie ein Signal. In der Regel werden etwa 100–200 Zellen ausgewertet. Zellüberlagerungen und Hybridisierungsartefakte können eine Auswertung und Interpretation des Ergebnisses erschweren. Die Methode wird wegen des präparatorischen Aufwands durch die automatisierbaren molekulargenetischen Verfahren zunehmend zurückgedrängt.
Quantitative fluoreszierende PCR (QF-PCR)
Von unkultivierten Amnionzellen oder Chorionzottengewebe wird DNA extrahiert und mittels PCR eine Amplifikation ausgewählter hochpolymorpher DNA-Marker (Mikrosatelliten) auf den zu untersuchenden Chromosomen durchgeführt. Bei den Mikrosatelliten handelt es sich in der Praxis in der Regel um Di-oder Tetranukleotidwiederholungen (repeats), die nach Fluoreszenzmarkierung und Sequenzierung dargestellt werden. Es werden mehrere Mikrosatelliten pro Chromosom in einer Multiplexreaktion untersucht. Der Nachweis von 3 Allelen mit unterschiedlicher Repeatzahl oder einem Hinweis auf 3 Allele durch die semiquantative Analyse von nur zwei unterschiedlichen Repeatzahlen in zwei oder mehreren informativen Markerloci spricht für eine Trisomie des entsprechenden Chromosoms. Wegen der Schnelligkeit, den vergleichsweise niedrigen Kosten und dem Automatisierungspotential wird diese Methode heute von immer mehr pränataldiagnostischen Laboratorien bevorzugt.
Multiplex-Ligation- dependent-Probe-Amplification (MLPA)
Die MLPA ist ein semiquantitatives Verfahren, bei dem nach DNA-Extraktion mittels sequenzspezifischer Oligonukleotidsonden, sog. MLPA-Probes, an Zielsequenzen auf den entsprechenden Chromosomen hybridisieren. Auch hier werden mehrere Zielsequenzen pro Chromosom verwendet. Die Sondenpaare binden in direkter Nachbarschaft und werden von einer Ligase verknüpft, anschließend mittels PCR amplifiziert. Die Menge der PCR-Produkte korreliert mit der Menge der Zielsequenz und wird im Verhältnis zu einer Disomie des Chromosoms, also dem zweifachen Vorliegen der Zielsequenz, berechnet. Die Quantifizierung der Dosis ggf. der Dosisunterschiede erfolgt nach Auftrennung der PCR-Produkte mit Kapilarelektrophorese. Triploidien können mit dieser Methode nicht sicher erkannt werden.

Konventionelle und molekulare Karyotypisierung

Mikroskopische Chromosomenuntersuchung
Direktpräparation an Chorionzotten
Lange bevor die molekulargenetisch basierten Schnelltestverfahren möglich waren, galt die Direktpräparation (oder Kurzzeitinkubation) der Chromosomen des sog. Zytotrophoblasten an unkultivierten Chorionzotten als Standard für ein rasches Ergebnis in etwa 1–3 Tagen. Hier können durch eine Karyotypisierung alle Chromosomen an einer beschränkten Zahl von spontanen Metaphasen im Zytotrophoblasten numerisch und mit eingeschränkter Qualität und niedriger Auflösung auch strukturell beurteilt werden. Heute ist die Methode wegen der manuell aufwendigen Chromosomenpräparation und den günstigeren und schnelleren Schnelltestverfahren aus vielen Labors verdrängt worden. Da Unterschiede in der Chromosomenkonstitution zwischen Zytotrophoblast, Chorionmesenchym und Fetus bestehen können, auch als Mosaike der fetoplazentaren Einheit bezeichnet, ist die Direktpräparation kein abschließendes Chromosomenergebnis, sondern die Untersuchung an Chorionmesenchym, d. h. aus verdauten Chorionzotten bzw. Zellkulturen muss folgen.
Viele Erkenntnisse zur Entstehung von Chromosomenanomalien und vor allem auch Mosaikbefunden in der Chromosomendiagnostik stammen von den Erfahrungen zur Chorionzottenbiopsie einschließlich der Direktpräparation. Da letztere den Zytotrophoblasten untersucht, werden diese Erfahrungen heute in den Untersuchungen des NIPT an zellfreier DNA in mütterlichem Blut widergespiegelt, da der NIPT die zellfreie DNA des Zytotrophoblasten der Plazenta untersucht. Wie verweisen diesbezüglich auch auf Abschn. 2 dieses Kapitels.
Chromosomenuntersuchungen an Chorion- und Fruchtwasserzellkulturen
Die mikroskopische Chromosomenuntersuchung, auch bisweilen konventionelle Chromosomenuntersuchung genannt, erlaubt eine Beurteilung der Zahl und Struktur der Chromosomen. Sie erfolgt an Metaphasechromosomen, was eine Zellkultivierung von Fruchtwasserzellen oder Chorionzotten (Mesenchym) und Aufarbeitung der Zellkulturen notwendig macht. Sie gilt, im Gegensatz zu den Schnelltestverfahren, als abschließende Chromosomenuntersuchung innnerhalb der Grenzen ihrer Aussagekraft.
Es gelten dafür die seit langem etablierten Laborstandards, die eine Chromosomenanalyse abhängig von der Wachstumsgeschwindigkeit in den heute standardisierten Kulturmedien in etwa ein bis zwei Wochen möglich macht. Die Chromosomenpräparate werden im deutschsprachigen Raum in der Regel mit der Standard-GTG-Färbung (G-bands by Trypsin using Giemsa) gefärbt. Die numerische und strukturelle Chromosomenanalyse erfolgt mikroskopisch nach internationalen Standards, heute zumeist mit Unterstützung von digitalen Dokumentations- und Analysesystemen. Das Verfahren ist vergleichsweise zeitaufwendig und zeitintensiv.
Strukturanomalien können, abhängig von der geschätzten Bandenzahl des haploiden Satzes, variabel bis zu einer Größe von etwa 5–10 Mio. Basenpaaren erkannt werden. Die Bandenzahl wird im Befund angegeben. Das heißt, dass bei diskreten Strukturanomalien diese nicht erkannt werden können, ohne dass ein Versäumnis des Labors vorliegt. Daher wird die mikroskopische Chromosomenuntersuchung heute in der Pränataldiagnostik vorwiegend zum Nachweis numerischer Chromosomenanomalien oder zur Darstellung und Unterscheidung von freien oder Translokationstrisomien verwendet. Chromosomale Microarrays (Abschn. „Chromosomale Microarrays [CMA]“) werden bevorzugt eingesetzt, wenn aufgrund der klinischen Indikation zur Punktion ein erhöhtes Risiko auch für strukturelle Chromosomenanomalien und/oder Chromosomenanomalien von submikroskopischer Größe vorliegt. Die mikroskopische Chromosomenuntersuchung spielt vor allem aber auch noch eine Rolle bei der Chromosomenuntersuchung der Eltern an Blutlymphozyten zum Nachweis oder Ausschluss einer balancierten familiären Chromosomenstrukturanomalie mit erhöhtem Wiederholungsrisiko, wenn in der Pränataldiagnostik eine unbalancierte Chromosomenstrukturanomalie erkannt wird.
Mosaikbefunde der fetoplazentaren Einheit können in allen pränatalen Untersuchungen vorkommen und die Diagnostik bzw. deren Aussagekraft erheblich verkomplizieren. Zu den weiteren Einzelheiten und Standards in der zytogenetischen Labordiagnostik verweisen wir auf die einschlägige Literatur. Entscheidend ist dabei, zu einer bestmöglichen Aussage zu gelangen, wie hoch die Wahrscheinlichkeit ist, dass auch der Fetus von der aneuploiden Zelllinie betroffen ist oder nicht. Bei Vorkommen eines Mosaiks im Zellkulturbefund kann eine zusätzliche AC notwendig oder zumindest diskutiert werden. Dafür sind auch die Ultraschallbefunde entscheidend. Dies verlangt eine enge Zusammenarbeit zwischen dem Pränataldiagnostiker, klinischem Genetiker und Labor, spezialisiert in pränataler Diagnostik im individuellen Fall.
Chromosomale Microarrays (CMA)
In den meisten Ländern hat die molekulare Karyotypisierung mittels Chromosomenmicroarray (CMA) die herkömmliche mikroskopische Chromosomenanalyse ersetzt, da sie klinisch relevante strukturelle Chromosomenstörungen von submikroskopischer Größe, die auch als Kopienzahlvarianten (Copy Number Variation [CNV]) bezeichnet werden, erkennen kann (ACOG 2009). Es werden zusätzlich 6–10 % klinisch relevante CNVs bei Vorliegen einer erhöhten NT, einer intrauterinen Wachstumsretardierung und/oder einer oder mehrerer fetaler Ultraschallanomalien identifiziert. Das Risiko für relevante CNVs ist auch bei Ersttrimestests mit erhöhtem Risiko aufgrund veränderter PAPP-A- und freier beta-HCG-Werte ohne fetale Anomalien erhöht (Wapner et al. 2012; Hillman et al. 2013). Die Entdeckungsrate ursächlicher CNVs ist besonders hoch beim Vorliegen multipler Anomalien oder wenn spezifische Organsysteme betroffen sind, wie z. B. Hirn-, Herz- oder Nierenanomalien oder bei Feten mit einer NT von größer als 3,5 mm (Donnelly et al. 2014; Jansen et al. 2015; Grande et al. 2015; Levy und Wapner 2018). Der NIPT als Screeninginstrument hat niedrige positive und negative Vorhersagewerte (PPV oder NPV) für CNVs und ist daher bei solchen Schwangerschaften mit einem hohem Risiko für Chromosomenanomalien nicht indiziert. Bei Schwangerschaften mit niedrigem Risiko und ohne fetale Anomalien wurde ein Basisrisiko von 1,7 % für CNVs ermittelt und bei Schwangerschaften ohne Risikofaktoren wurden in 0,86 % bis 1,7 % pathogene CNVs festgestellt.
Die Diagnose einer unbalancierten strukturellen Chromosomenanomalie, eines Mikrodeletions- oder eines -duplikationssyndroms kann die Prognose des Kindes erheblich verändern, da eine globale Entwicklungsverzögerung und/oder intellektuelle Behinderungen damit verbunden sind. Solche und andere funktionelle Anomalien können durch den Ultraschall nicht erfasst werden. Die ätiologische Diagnose kann daher die elterlichen Entscheidungen, das Schwangerschaftsmanagement und die weitere neonatale und pädiatrische Versorgung beeinflussen.
Nach dem Ausschluss der häufigen Trisomien durch Schnelltests mittels QF-PCR, FISH oder MLPA an der Probe aus der invasiven Diagnostik, wird die CMA-Analyse an DNA durchgeführt, die aus verdauten Chorionzotten (Mesenchym), nativen Amnionzellen oder kultivierten Zellen extrahiert wurde, je nachdem, wie viel DNA aus der bereitgestellten nativen Probe verfügbar ist. Alle anderen Überlegungen zur Standardkaryotypisierung, einschließlich der Qualitätsmaßnahmen zur Minimierung des Risikos einer mütterlichen Kontamination, sowie die Leitlinien zur Bewertung und Interpretation von Mosaizismus der fetoplazentaren Einheit gelten auch für die CMA-Analyse. Neben dem Nachweis von CNVs mittels gängiger Oligo-Arrays für die vergleichende genomische Hybridisierung, auch bekannt als Array-CGH (array comparative genomic hybridisation), ermöglichen Microarrays mit zusätzlichen Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNPs) den Nachweis von Triploidien und uniparentaler Isodisomie. Ein Beispiel ist in Abb. 4 gezeigt. In den meisten Diagnoselabors werden CNVs bis zu einer Größe von 100–200 kB (dies entspricht 100.000 bis 200.000 Basenpaaren) berichtet, was eine 100-fach höhere Auflösung als bei der mikroskopischen Karyotypisierung bedeutet. Dieser Cut-off wird in der Regel gewählt, um technische Artefakte und Varianten unklarer Bedeutung zu reduzieren, ohne die diagnostische Aussagekraft signifikant einzuschränken. Balancierte Chromosomenanomalien können mit der CMA nicht nachgewiesen werden, da es bei einem wirklich balancierten Rearrangement, wie z. B. balancierten Translokationen oder Inversionen, weder zu einem Verlust noch zu einem Zugewinn an genomischem Material kommt. Die sehr seltene Situation eines neu entstandenen balancierten Rearrangements mit einem Bruchpunkt in einer kodierenden Region, die zu einem klinischen Phänotypen führt, wird daher nicht erfasst.
In vielen Ländern, darunter auch in der Schweiz, hat die CMA die konventionelle Karyotypisierung bei Ultraschallanomalien oder auf Wunsch der Eltern ersetzt. Die Beratung vor und nach der Untersuchung ist nach wie vor wichtig und wird in Anbetracht der heutigen vielfältigen Testmöglichkeiten und verschiedenen klinischen Voraussetzungen noch anspruchsvoller. Neben der Diagnoserate und ihren Einschränkungen müssen die Herausforderungen genomischer Tests bei CMAs, wie z. B. Kopienzahlvarianten unklarer klinischer Signifikanz, angegangen werden, auch wenn sie mit zunehmender Erfahrung in der CNV-Interpretation (Levy und Wapner 2018) und der elterlichen Analyse, die bei der Interpretation hilfreich ist, schätzungsweise in etwa 1 % auftreten. Variable Penetranz und Zufallsbefunde, die potenzielle familiäre Implikationen für spät manifestierende Krankheiten erzeugen, erschweren die Patientenberatung in einer emotional fragilen Situation, wenn fetale Anomalien entdeckt werden (Lewis et al. 2021).
Uniparentale Disomie (UPD)
Bei einer uniparentalen Disomie (UPD) stammen beide homologen Chromosomen von einem Elternteil. Verschiedene Mechanismen werden angenommen, der vermutlich häufigste ist der frühe Chromosomenverlust bei initial trisomen Zellen (sog. trisomic rescue). Eine UPD vieler Chromosomen ist harmlos, sofern sie nicht zu einer Homozygotie einer pathogenen Variante einer rezessiven Erkrankung führt, was bei den meisten Eltern jedoch in der Regel nicht bekannt ist. Von Bedeutung ist sie bei Chromosomen mit Genen, die dem elterlichen Imprinting unterliegen. Dazu gehören die Chromosomen 6, 7, 11, 14, 15 und 20. Beispielsweise führt eine maternale UPD 15 zu einem Prader-Willi-Syndrom, eine paternale UPD 15 zu einem Angelman-Syndrom. Bei einer pränatalen Mosaikdiagnose dieser Chromosomen ist der Ausschluss einer UPD nach wie vor empfohlen, auch wenn diese selten sind (etwa 0,6 %). Der Nachweis erfolgt molekulargenetisch über einen Vergleich von polymorphen Markern (Mikrosatelliten) auf den entsprechenden Chromosomen mit den Eltern. Isodisome UPDs können auch in CMAs, deren Plattform SNPs enthält, entdeckt werden, heterodisome dagegen nicht zwingend.

Diagnostik monogener Erkrankungen

Neben der Diagnostik von Chromosomenanomalien gewinnt die Diagnose monogener Ursachen für fetale Entwicklungsstörungen zunehmend an Bedeutung. Solche können durch den chromosomalen Microarray nicht erfasst werden, der Deletionen und Duplikationen diagnostisch bis minimal etwa 100.000 Basenpaaren erkennt. Sequenzierungen dagegen zeigen Varianten auf Sequenzebene, d. h. z. B. den Austausch einer Base (Substitution) oder die Deletion oder Duplikation einer oder weniger Basen. Abhängig von der Konsequenz der Sequenzvariante auf die Aminosäuresequenz ergibt sich die funktionelle und letztendlich klinische Bedeutung, die als benigne/neutral (nicht krankheitsverursachend) oder pathogen (krankheitsverursachend) einstufen lässt. Daneben gibt es Varianten unklarer klinischer Signifikanz, und solche die wahrscheinlich benigne oder pathogen sind. Die Klassifizierung erfolgt nach internationalen Kriterien (Richards et al. 2015).
Neue molekulargenetische Methoden der Hochdurchsatzsequenzierung (oder next generation sequencing genannt) erlauben, viele Gene gleichzeitig bis hin zum gesamten Exom oder Genom zu sequenzieren. Die Weiterentwicklung der Sequenziermethoden und Kapazitäten der Sequenziergeräte sowie auch standardisierte bioinformatische Auswertepipelines machen eine Untersuchung in einem auch für eine Schwangerschaft akzeptablem Zeitraum möglich. Eine Herausforderung bleibt die Interpretation vieler Varianten in Bezug auf die klinischen Konsequenzen und die Korrelation zu fetalen Phänotypen. Die klinische und genetische Heterogenität der meisten Erkrankungen ist eine bleibende klinische und diagnostische Herausforderung. Neben solchen genomweiten Ansätzen bleibt die Untersuchung von einzelnen Genen jedoch auch heute relevant, wenn aufgrund des klinischen Befundes eine spezifische Verdachtsdiagnose gestellt wird und ursächliche pathogene Varianten, die diesen Phänotypen verursachen, in nur einem Gen bekannt sind. Der gezielte Nachweis einer einzelnen spezifischen Variante ist dann von Bedeutung, wenn diese bei einem Familienangehörigen bekannt ist und beim Feten in der Schwangerschaft ausgeschlossen bzw. nachgewiesen werden soll. Die Untersuchung monogener Erkrankungen kann an DNA des gleichen Punktionsgewebes wie der CMA durchgeführt werden.

Next Generation Sequencing bei fetalen Anomalien

Wenn keine Chromosomenanomalie oder eine ursächliche CNV diagnostiziert wurde, ermöglichen heute Next-Generation-Sequencing(NGS)-Methoden auch die gleichzeitige Sequenzierung vieler Gene, um pathogene Sequenzvarianten zu identifizieren, die monogene Störungen verursachen. Nicht immer, aber häufig kann dadurch die Aussage zur Prognose der Grunderkrankung des werdenden Kindes spezifiziert werden. Die variable Expressivität und Penetranz genetischer Erkrankungen bleibt auch hier eine Herausforderung für die Beratung der Patientin. Die klinischen Befunde der Ultraschalluntersuchung müssen auch hier immer in die Interpretation miteinbezogen werden (Best et al. 2018; Lord et al. 2019; Petrovski et al. 2019; Vora et al. 2020).
Der Mensch hat etwa 20.000–22.000 Gene, deren Gesamtheit als „Exom“ bezeichnet wird und als kodierendes Genom etwa 1 % des Gesamtgenoms darstellt. In etwa 7000 Genen davon sind heute Varianten bekannt, die eine monogene Erkrankung verursachen (www.omim.org), was u. a. auch als „Mendeliom“ bezeichnet wird. Die Zahl wird immer weiter steigen. Next-Generation-Sequenzierungsverfahren, auch häufig Hochdurchsatzsequenzierung (HTS) genannt, erlauben die Sequenzierung des kodierenden Genoms (= Exom, 1 % des gesamten Genoms) oder sogar des gesamten Genoms. Die Funktion der weiteren 99 % des Genoms sind weitgehend unbekannt bzw. haben regulatorische Funktionen, und sind heute keiner konkreten Diagnostik zugänglich.
Bei der Abwägung zwischen der Fülle der technisch verfügbaren Daten und dem primären Ziel der Pränataldiagnostik, in einem angemessenen Zeitrahmen zuverlässige ätiologische und prognostische Informationen zu ermitteln, können mehrere NGS/HTS-Ansätze verwendet werden. Dazu gehört die sog. Panel-Diagnostik oder Exomsequenzierung.
Panel-Diagnostik
Die Panel-Diagnostik bezeichnet ein molekulargenetisches Verfahren, das mithilfe von NGS/HTS-Technologie nur eine vordefinierte und beschränkte Zahl von Krankheitsgenen sequenziert, für die es Hinweise auf einen kausalen Zusammenhang mit dem Phänotyp gibt. Als Panel-Sequenzierung wird auch bezeichnet, wenn Sequenzvarianten einer Exomsequenzierung in einem „virtuellen“ Panel, also nur einer definierten Zahl an bekannten Krankheitsgenen, ausgewertet werden. Dieser Ansatz wurde z. B. für die Diagnose von Skelettdysplasien verwendet, bei denen es sich um eine große sehr heterogene Gruppe von Krankheiten handelt, bei denen die Ultraschallbefunde sich klinisch überschneiden (Chandler et al. 2018). Eine hohe Diagnoserate wurde erzielt, wenn die Analyse von Sequenzdaten unter Involvierung von Fachärzten der klinischen Genetik durchgeführt wurde. Ein Panel für Rasopathien ist ein anderes Beispiel. Ein Vorteil von Panels ist, dass viele Varianten unklarer Bedeutung sowie Zufallsbefunde ohne Zusammenhang mit der Fragestellung vermieden werden. Ein Nachteil besteht darin, dass mögliche krankheitsverursachende Varianten in anderen Genen, die vielleicht für einen ähnlichen klinischen Befund ursächlich sind, nicht erfasst werden. Eine weitere Strategie besteht daher darin, bekannt krankheitsverursachende (pathogene) Varianten, die in allen bekannten Krankheitsgenen vorhanden sind, auszuwerten, in einem sog. klinischen Exom (CES). Um die Interpretation der Bedeutung der vielen Varianten zu erleichtern und die Analysezeit zu verkürzen, wird häufig eine sog. Trio-Exom-Sequenzierung mit gleichzeitiger Untersuchung von DNA an Blutproben der Eltern durchgeführt.
(Whole) Exom-Sequenzierung (WES/ES)
Bei der Gesamt-Exomsequenzierung wird das gesamte Exom sequenziert und ausgewertet. Auch hier können technisch bedingt nur etwa 95 % des Exoms erfasst werden, weshalb der häufig verwendete Begriff „whole“ Exom (WES) etwas irreführend ist und korrekterweise nur noch von einer Exomsequenzierung (ES) gesprochen werden sollte. Nachteil ist hier, dass auch Varianten in Genen analysiert werden, von denen bisher kein Krankheitszusammenhang bekannt ist. Dies ist für eine Pränataldiagnostik nicht sinnvoll. Solche Auswertungen könnten jedoch in wissenschaftlichen Studien für die Identifizierung neuer Krankheitsgene von Bedeutung sein.
Panel- und klinische Exome stehen kurz davor, in die klinische Praxis der Pränataldiagnostik eingeführt zu werden bzw. sind bereits eine Option für Schwangere, wenn eine erhöhte NT, ein Hydrops, eine intrauterine Wachstumsrestriktion und/oder eine einzelne oder mehrere angeborene Anomalien bei einem normalen CMA-Ergebnis vorliegen. Die Überlegungen basieren auf den Erfahrungen der Anwendung der ES postnatal zur Klärung von Entwicklungsstörungen und anderer monogener Erkrankungen. Bei etwa 25 % der Patienten mit verschiedenen Indikationen ermöglicht dies eine Diagnose (Yang et al. 2013) und solche genetischen Ursachen liegen bereits pränatal vor.
Bislang gibt es nur wenige prospektive Studien, die die diagnostische Rate bei monogenen Störungen pränatal bewerten, die je nach klinischem Phänotyp stark variiert. Die PAGE-Studie (und Teilstudien) ergab, dass die Entdeckungsrate bei Feten mit multiplen angeborenen Anomalien, Skelett- und Herzfehlern mit 15,4 % am höchsten ist (Lord et al. 2019; Petrovski et al. 2019; Mone et al. 2021a; b). Monogene Ursachen für eine isolierte erhöhte NT im ersten Trimester wurden in 3,2 % der Schwangerschaften identifiziert, in 25 % bei nicht-immunogenem Hydrops fetalis. Pathogene Varianten in Genen, die am Rasopathie-Signalweg beteiligt sind und einen Hydrops als klinisch schwere Manifestation des Noonan-Syndrom-Phänotypspektrums verursachen, scheinen in den aktuellen Studien die Mehrzahl der Fälle zu erklären. Retrospektive Studien für ausgewählte Indikationen und in kleinen Patientenserien mit verschiedenen Sequenzierungsansätzen zeigen eine diagnostische Rate zwischen 6,5–80 % (Best et al. 2018).
Es ist wichtig, auch gegenüber den Patientinnen zu erwähnen, dass weder CMA noch genomweite Sequenzierungsansätze alle genetischen Störungen erkennen oder vollständig ausschließen können. Das Restrisiko für eine seltene Störung, insbesondere bei Vorliegen von multiplen angeborenen Anomalien im Ultraschall, ist ein wichtiger Aspekt der Patientenberatung. Auch in den Sequenzierungsverfahren für monogene Störungen können bestimmte Arten von Varianten in bekannten Krankheitsgenen nicht sicher erfasst und Varianten von unbekannter Bedeutung identifiziert werden, die nicht oder nicht zuverlässig in Bezug auf die klinischen Konsequenzen interpretiert werden können. Darüber hinaus bezieht sich das aktuelle Wissen zur Korrelation zwischen Phänotyp und Genotyp hauptsächlich auf postnatale Erfahrungen und der fetale Phänotyp kann schwerwiegender, letal, anders oder noch unvollständig sein im Vergleich zu dem postnatal beschriebenen, selbst wenn er durch Varianten im selben Gen oder sogar identische Varianten verursacht wird (Filges und Friedman 2015). Zufalls-, Sekundärbefunde oder pathogene Varianten für spät manifestierende Störungen beim Fetus und den Eltern bleiben eine Herausforderung (Vora et al. 2020; Lewis et al. 2021). Mehrere Fachgesellschaften haben Empfehlungen für die pränatale Exom-Sequenzierung und Beratung erarbeitet und versuchen, die klinische Umsetzung zu standardisieren und all diese Unsicherheiten zu adressieren (Joint Position Statement from the International Society for Prenatal Diagnosis (ISPD), the Society for Maternal Fetal Medicine (SMFM), and the Perinatal Quality Foundation (PQF) 2018; Monaghan et al. 2020).
Spezifischer Nachweis einer Chromosomenanomalie oder Mutationsnachweis bei bekannter familiärer Erkrankung
Die Familienanamnese bleibt ein zentraler Punkt der Pränatalmedizin. Ist ein Familienangehöriger von einer schweren Erkrankung oder Entwicklungsstörung betroffen, besteht nicht selten der Wunsch in einer weiteren Schwangerschaft diese Erkrankung auszuschließen oder nachzuweisen. Dies gilt sowohl für familiäre Chromosomenanomalien wie auch monogene Erkrankungen. Details der Erhebung der Familienanamnese und zu den familiären Untersuchungen finden sich im Kapitel zur präkonzeptionellen Beratung (Kap. 8) dieses Buches.
Ein deutlich erhöhtes Wiederholungsrisiko für eine Chromosomenanomalie ergibt sich, wenn einer der Eltern Träger einer balancierten Translokation ist oder selbst ein Mikrodeletions- oder Mikroduplikationssydrom hat, was bei variablen klinischen Ausprägungen durchaus praktisch relevant ist. Pränatal kann mittels Microarray an Chorionzotten oder Fruchtwasser eine unbalancierte Translokation oder Mikrodeletion/-duplikation sicher nachgewesen werden. Ggf. kann je nach Größe der Chromosomenstörung auch ein mikroskopischer Karyotyp ausreichen. Dies sollte mit dem Labor besprochen werden, um die Patientin entsprechend beraten zu können. Dem Labor muss der familiäre Laborbefund vorliegen, um sicher zum Ergebnis Stellung beziehen zu können. Der Microarray kann keine Aussage zum Vorliegen einer balancierten Translokation machen, dies ist nur mittels mikroskopischer Chromosomenuntersuchung möglich, pränatal aber wegen der klinischen Harmlosigkeit nicht von Bedeutung. Liegt bei einem vorangegangenen Kind eine neu entstandene Chromosomenstörung vor, gilt auch hier das Wiederholungsrisiko von 1 % unter Berücksichtigung des möglichen Keimzellmosaizismus als Indikation zur diagnostischen Punktion, sofern dies von der Patientin gewünscht wird.
Für monogene Erkrankungen ergibt sich beispielsweise ein deutlich erhöhtes Wiederholungsrisiko von 25 %, wenn ein erstes Kind von einer autosomal-rezessiven Erkrankung betroffen ist und beide Eltern gesunde Träger je einer pathogenen Variante sind. Auch eine von einer X-gekoppelt vererbten Erkrankung eines Sohnes des Paares oder eines Bruders oder männlichen Angehörigen der Mutter führt zu einer Wahrscheinlichkeit von 50 % für Nachkommen mit der familiären Variante, wenn die Mutter Trägerin ist. Dagegen liegt das Wiederholungsrisiko bei weniger als 1 % unter Berücksichtigung eines möglichen Keimzellmosaizismus, wenn ein erstes Kind von einer Erkrankung durch eine Neumutation betroffen ist. Bei einzelnen monogenen Erkrankungen kann dieses Risiko individuell höher sein. Ist ein Elternteil selbst von einer autosomaldominanten Erkrankung betroffen, liegt das Wiederholungsrisiko bei 50 %. Andere nicht-klassisch mendelsche Erbgänge wie bei einigen mitochondrialen Erkrankungen und Erkrankungen mit genomischem Imprinting können eine Herausforderung sein. Grundsätzlich kann die phänotypische Variabilität einer Erkrankung auch innerhalb einer Familie bei gleicher pathogener Variante die Beratung und den Entscheidungsprozess der Eltern verkomplizieren.
Ein Nachweis oder Ausschluss einer familiären monogenen Erkrankung in der Schwangerschaft ist jedoch nur möglich, wenn die krankheitsverursachende(n) Variante(n) beim Indexpatienten bekannt sind. So können – je nach Erbgang der Erkrankung – weitere Familienmitglieder, insbesondere die Eltern mit Kinderwunsch, auf Überträgerschaft untersucht werden und das Wiederholungsrisiko berechnet werden. An DNA, die aus der Chorionzottenbiopsie oder Zellen des Fruchtwassers extrahiert wird, wird mittels PCR und Sangersequenzierung die spezifische Variante nachgewiesen oder ausgeschlossen. Die einschlägige Dokumentation der Diagnose, des genetischen Laborbefundes des Indexpatienten und der werdenden Eltern müssen vorliegen. Idealerweise wird eine solche Diagnostik vorgängig mit dem pränataldiagnostischen genetischen Labor geplant, damit neben der Dokumentation auch die DNA-Kontrollproben der Familie vorliegen und die variantenspezifische PCR etabliert ist, damit es im Moment der eigentlichen pränatalen Untersuchung nicht zu Verzögerungen kommt. Im unter Zeitaspekten ungünstigsten Fall ist die genetische Variante des/der Indexpatienten/-in der Familie der bereits Schwangeren noch nicht bekannt, sodass empfohlen werden muss, zunächst eine genetische Ursachenklärung durchzuführen. Dies kann unter Umständen zeitaufwendig sein, insbesondere wenn es sich beim Indexpatienten um eine Entwicklungsstörung mit vielfältigen Differenzialdiagnosen handelt und genomische Untersuchungen veranlasst werden müssen.

Perspektive Genomsequenzierung

Technisch ist heute auch die Sequenzierung des Gesamtgenoms möglich. Es ist absehbar, dass diese bereits in den nächsten Jahren in die genetische Diagnostik Einzug halten wird. Zu berücksichtigen hierbei ist, dass der Einsatz der Genomsequenzierung (WGS) zunächst einen Fortschritt rein technologisch im Sinne eines „one test for all“ bringen wird (Wang et al. 2022). Bei einer aktuellen Vielzahl von Untersuchungstechnologien kann WGS die sequenzielle Anwendung mehrerer Untersuchungen durch die Möglichkeit Chromosomenanomalien, CNVs und Sequenzvarianten gleichzeitig nachzuweisen, vereinfachen. Zusätzlich wird ein Vorteil in der zusätzlichen Erkennung von verschiedenen Mutationstypen wie z. B. Deletionen einzelner Exons erwartet, die in der Exomsequenzierung zum Teil nicht zuverlässig erkannt werden können. Voraussetzung sind allerdings entsprechende technische Ausstattung der diagnostischen Labors, die Etablierung der bioinformatischen Algorithmen und die nötige kombinierte zytogenetische, molekulargenetische und klinisch-genetische Expertise bei der Beurteilung der Ergebnisse und ihrer Relevanz. Auch weiterhin wird für eine sichere Diagnostik im Gegensatz zu Screeningverfahren dafür eine Punktion notwendig bleiben, auch wenn für einzelne ausgewählte Fragestellungen, wie den Nachweis einiger spezifischer familiärer Varianten oder Neumutationen in spezialisierten Labors, ein nicht-invasiver Ansatz möglich sein wird. Entscheidend wird auch in Zukunft die enge interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Spezialisten für fetomaternale Medizin und klinischer Genetik sein, um den Benefit bestehender Technologien für die Patientinnen auszuschöpfen, aber gleichzeitig auch Missverständnissen und der Überschätzung der Aussagekraft von Untersuchungen vorzubeugen oder Schaden abzuwenden.

Fehlerquellen in der Pränataldiagnostik

Im Vergleich zu vielen anderen Laboruntersuchungen haben pränataldiagnostische Untersuchungen eine erfahrungsgemäß hohe Sicherheit. Fehldiagnosen können jedoch vorkommen. Ursachen wie präanalytische und analytische Fehler kommen vor, sind durch eine entsprechende Qualitätssicherung potenziell vermeidbar oder in ihrem Auftreten reduzierbar. Dies betrifft in gleicher Weise die aufklärenden und punktierenden Ärzte wie auch das diagnostische Labor, die in diesen Fragen eng zusammenarbeiten müssen. In praktisch allen Ländern sind heute entsprechende Zertifizierungen und Akkreditierungen Standard.
Präanalytische oder analytische Fehler:
  • Probenverwechslung bei der Entnahme oder im Labor. Verlässliche Zahlen hierzu existieren nicht (wahrscheinlich sehr selten). Bei gleichem Geschlecht wie im Ultraschallbefund muss dies nicht auffallen. Im Fall eines pathologischen Befundes kann dies katastrophale Folgen haben, wenn ein Schwangerschaftsabbruch entschieden wird. Bestehen aufgrund von Plausibilitätsgründen Zweifel an einem Ergebnis, kann über eine Mikrosatellitenuntersuchung des Punktats und des Blutes beider Eltern die Identität der Probe verifiziert werden.
  • Mütterliche Zellkontamination. Dies ist wahrscheinlich die häufigste Ursache für die insgesamt seltenen Fehldiagnosen. Eine schwierige Punktion, mehrere Insertionen, wenig Punktat, Beimengung mütterlichen Blutes im Fruchtwasserpunktat und vermehrt Dezidua bei einer Chorionzottenbiopsie sind Risikofaktoren. Das Risiko kann durch die entsprechende Punktionstechnik vermindert werden, beispielsweise werden standardmäßig die ersten Milliliter an Fruchtwasser verworfen und bei Repunktion eine neue Nadel verwendet.
    Das Labor kann eine vorliegende Kontamination nicht verhindern, jedoch Maßnahmen ergreifen, um eine Kontamination mit mütterlichen Zellen zu erkennen bzw. nachzuweisen. Dazu gehört, dass der/die Punkteur*in Unregelmäßigkeiten bei der Punktion angibt, damit im Labor zusätzlich ein Mikrosatellitenvergleich der Probe mit dem mütterlichen Blut durchgeführt wird. Das Vorliegen von viel Dezidua und Zweifel der Laborantin, ob diese bei der Zottenseparation zuverlässig entfernt werden konnte, ist ebenfalls eine Indikation für einen Mikrosatellitenvergleich. Des Weiteren kann ein langsames Zellkulturwachstum auf eine Kontamination hinweisen. Bei molekulargenetischen Untersuchungen werden standardmäßig Mikrosatellitenuntersuchungen durchgeführt.
  • Unzulängliche Chromosomenpräparation. Chromosomen können unterschiedliche Qualität in ihrer Auflösung aufweisen, die durch die Bänderung definiert wird. Hier sind internationale Qualitätsstandards maßgebend. Die Sicherheit chromosomale Strukturanomalien zu diagnostizieren, hängt von der Bandenauflösung ab, aber eine Variabilität der Kontraktion der Chromosomen ist biologisch gegeben. Liegt die Auflösung unterhalb des Standards, muss dies in einem Befundbericht mitgeteilt werden. Da die mikroskopische Chromosomenuntersuchung im Vergleich zu früher einen untergeordneten Stellenwert bei der Diagnose von Strukturanomalien in Hochrisikosituationen hat, sollte in solchen Situationen eine Untersuchung mittels chromosomalem Microarray (CMA) durchgeführt werden.
Andere „Fehler“quellen ergeben sich durch die Grenzen der Untersuchung bzw. biologische Gegebenheiten. Es ist von großer Bedeutung, dass die Patientinnen über solche Grenzen bzw. das Vorkommen von sog. falsch-positiven oder falsch-negativen Ergebnissen informiert werden.
  • Unerkannte Zwillingsschwangerschaften („vanishing twin“): In der Regel sind durch die immer besseren und früheren Ultraschalle Zwillingsschwangerschaften erkennbar. Im Rahmen einer Pränataldiagnostik wurden diskrepante Befunde, die sich eventuell durch einen vanishing twin erklären ließen, nur selten berichtet.
  • Mosaikbefunde: In der fetoplazentaren Einheit können Mosaike existieren, insbesondere betreffend Chromosomenanomalien. Abhängig von der Verteilung der Zelllinien in der fetoplazentaren Einheit unterscheidet man auf die Plazenta beschränkten Mosaizismus oder Mosaizismen die auch den Feten betreffen können. Solche Situationen können zu diskrepanten Befunden führen und müssen bei Verdacht in Zusammenhang mit den klinischen Befunden interpretiert werden.
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