La
Diagnosi Genetica Preimpianto (PGD)
Le
coppie ad elevato rischio di trasmissione di malattie genetiche sono di solito
consigliate di ricorrere alla diagnosi prenatale (villocentesi o amniocentesi),
in maniera tale da permettere la identificazione delle anomalie genetiche entro
le prime 10-16 settimane di gestazione. Entrambe le procedure prevedono il
campionamento di cellule fetali, dalle quali potrà essere estratto il DNA per
effettuare l’analisi di mutazione di specifici geni e/o la determinazione del
cariotipo fetale.
Sebbene le tecniche di diagnosi
prenatale rappresentino oggi delle procedure più che idonee
per evitare la nascita di bambini affetti da malattie genetiche, le
coppie che vi fanno ricorso devono affrontare una interruzione terapeutica della
gravidanza nel caso in cui venga individuato un feto affetto dalla specifica
malattia. L’esperienza disponibile, inoltre, evidenzia che molte coppie
affrontano ripetute interruzioni di gravidanza prima di generare un bambino non
malato. Quindi, la possibilità di una scelta alternativa alla diagnosi
prenatale risulterebbe molto utile per quelle coppie che vorrebbero evitare il
ricorso ad una interruzione della gravidanza.
Bisogna inoltre considerare che,
in alcune popolazioni, la diagnosi prenatale non è facilmente accettabile a
causa di problemi etico/morali o religiosi associati all’interruzione della
gravidanza.
Con l’evolversi delle tecniche
di fertilizzazione in vitro (IVF) la Diagnosi Genetica Preimpianto (PGD)
si è proposta come una nuova metodologia intesa ad identificare, prima
dell’impianto in utero, la presenza di malattie genetiche nell’embrione
generato in vitro da coppie ad elevato rischio riproduttivo. La possibilità di
diagnosticare una malattia genetica nell’embrione, prima dell’impianto,
evita così il ricorso all’interruzione di gravidanza terapeutica, spesso
devastante dal punto di vista psicologico e non sempre accettata dal punto di
vista etico/morale.
I pazienti che richiedono la PGD,
quindi, verranno sottoposti alle procedure di IVF per permettere la
manipolazione dell’embrione 3 giorni dopo la fertilizzazione, prima del
relativo impianto in utero. E’ importante ottenere dal ciclo IVF un adeguato
numero di embrioni al fine di aumentare le probabilità di identificarne almeno
uno o due che risultino
all’analisi genetica privi della specifica malattia ricercata. Una o due
cellule (blastomeri) vengono rimossi da ciascun embrione e sottoposti ad analisi
genetica; se i blastomeri prelevati risulteranno non affetti dalla malattia, si
potranno dunque trasferire nell’utero
della madre, ottenendo così una gravidanza esente dalla specifica malattia.
Lo sviluppo delle conoscenze sul
genoma umano, con l’identificazione di nuovi geni coinvolti nell’insorgenza
di malattie ereditarie, unitamente all’avanzamento della tecnologia
strumentale, ha notevolmente esteso il campo di applicazione della PGD.
Dal primo caso di PGD
di fibrosi cistica eseguito nel 1992, le strategie diagnostiche si sono
evolute notevolmente, e di conseguenza si è avuta una consistente crescita del
numero di malattie alle quali è stata applicata la PGD. Ad oggi esistono
protocolli diagnostici per oltre 30 malattie monogeniche, autosomiche dominanti,
recessive o legate al cromosoma X.
Patologie genetiche molto
diffuse in cui la PGD oggi trova una valida applicazione comprendono Beta-Talassemia,
Anemia Falciforme, Emofilia A e B, Distrofia Muscolare di Duchenne-Becker,
Distrofia Miotonica, Fibrosi Cistica, Atrofia Muscolare Spinale (SMA), Sindrome
di Lesch-Nyhan, Malattia di Charcot-Marie-Tooth, Alfa-1-Antitripsina e X-Fragile.
Il laboratorio GENOMA, ha effettuato il primo caso
di PGD nel 1998, in una coppia a rischio di Fibrosi Cistica.
Un bilancio significativo quello della Sezione PGD
del Laboratorio GENOMA, che si concretizza in un numero di casi di PGD sinora condotti superiore
ad 120, una intensa collaborazione scientifica con prestigiosi istituti
internazionali e nel continuo confronto con la Comunità Scientifica
Internazionale. I biologi molecolari della Sezione sono stati autori
di diverse pubblicazioni scientifiche su riviste internazionali specializzate, presenziando in qualità di speaker
a numerosi congressi nazionali ed internazionali (ESHRE, International Symposium on Preimplantation
Genetics, etc)..
Nell’esecuzione della
Diagnosi Genetica Preimpianto si avvale di una
dotazioni strumentali che rappresentano quanto di più moderno e
tecnologicamente avanzato sia oggi reperibile, impiegando metodi analitici sofisticati
ed innovativi.
Queste caratteristiche hanno consentito a
Laboratorio GENOMA di divenire il Centro italiano più qualificato nel settore
della diagnosi genetica preimpianto, punto di riferimento di diversi Centri di
fecondazione assistita, sia nazionali che internazionali.
Le
malattie genetiche sinora diagnosticate dal Ns. Centro in PGD sono le seguenti:
|
Disease
|
No.
|
Disease
|
No.
|
|
Cystic
Fibrosis
|
23
|
Duchenne/Becker
Muscular Dystrophy
|
8
|
|
Beta
Thalassemia
|
41
|
Sickle
Cell Anemia
|
6
|
|
Retinoblastoma
|
3
|
Wiskott-Aldrich
|
1
|
|
Hemophilia
A
|
5
|
Charcot
Marie Tooth X-linked (CMTX)
|
1
|
|
Hemophilia
B
|
3
|
Alzheimer
|
1
|
|
Spinal
Muscular Atrophy (SMA)
|
5
|
Alpha-Thalassemia
Mental Retardation Syndrome, X-Linked (ATRX)
|
1
|
|
Myotonic
Dystrophy
|
6
|
Beta
Thalassemia + HLA matching
|
15
|
|
Holt-Horam
Syndrome
|
1
|
HLA
matching
|
2
|
|
Lesch-Nyhan
Syndrome
|
1
|
21-Idroxilase
|
1
|
|
Neurofibromatosis
|
2
|
Primary
Dystonia
|
1
|
I risultati ottenuti sono stati i seguenti:
|
PGD
per malattie
mologeniche
|
123
|
|
PGD
per
malattie
mologeniche
+ Tipizzazione HLA
|
15
|
|
PGD
per Tipizzazione
HLA
|
2
|
|
Gravidanze
sane ottenute
|
29
|
|
Bambini
già nati
|
19
|
|
Diagnosi
errate
|
0
|
PGD mediante analisi del DNA:
Quali patologie é possibile diagnosticare?
Tutte
quelle patologie,
autosomiche dominanti, recessive o X-linked, per le quali é stato
identificato il gene responsabile.
Il Ns. Centro dispone di un gruppo di ricerca che è in grado di
studiare e ottimizzare per la successiva PGD anche casi di malattie genetiche
rare in cui non è disponibile la relativa diagnosi genetica. In quest'ultimo
caso, il gruppo di ricerca del Laboratorio Genoma provvederà a studiare il gene
responsabile della malattia, determinando la sua sequenza ed effettuandone
l'analisi di mutazione al fine di identificare la/le alterazione/i causa
dell'anomalia genetica. Successivamente, quindi, verrà studiata ad hoc una
strategia idonea per la diagnosi genetica preimpianto delle specifiche mutazioni
presenti nella coppia.
Di seguito viene
riportata una tabella riepilogativa, riguardante le più frequenti malattie
genetiche diagnosticabili in PGD.
|
Tabella 1. Malattie genetiche trasmissibili
alla prole che possono essere analizzate mediante diagnosi genetica dopo
biopsia degli ovociti ed embrioni.
|
|
Acondroplasia
|
Malattia del core centrale
|
|
Agammaglobulinemia
|
Malattia di Gaucer
|
|
Anemia falciforme
|
Malattia di Huntington
|
|
Anemia di Fanconi
|
Malattia di Alport
|
|
Atrofia muscolare spinale / bulbare
|
Malattia di Tay-Sachs
|
|
Deficienza di antitripsina a1
|
MELAS
|
|
Deficienza della catena lunga dell’enzima
idrossiacil CoA deidrogenasi
|
Miopatia miotubolare legata al cromosoma X
|
|
Deficienza dell’enzima
ornitina-transcarbamilasi
|
Neurofibromatosi I e II
|
|
Deficienza della proteina trifunzionale
mitocondriale
|
Neoplasia endocrina multipla tipo II
|
|
Displasia efiseale multipla
|
Osteogenesi imperfetta I e IV
|
|
Distrofia miotonica
|
Poliposi coli adenomatoso familiare
|
|
Distrofia muscolare di Becker
|
Retinite pigmentosa
|
|
Distrofia muscolare di Duchenne
|
Rhesus (Rh D)
|
|
Emofilia A e B
|
Sclerosi tuberosa
|
|
Epidermolisi bullosa
|
Sindrome di Cruzon
|
|
Esclusione HD
|
Sindrome di Di George
|
|
FAP-Gardner
|
Sindrome di Hunter MPS II
|
|
Fenilchetonuria
|
Sindrome di Lesch-Nyhan
|
|
Fibrosi cistica
|
Sindrome di Marfan
|
|
Idrocefalo legato al cromosoma X
|
Sindrome oro-facciale-digitale tipo 1
|
|
Incontinentia pigmenti
|
Sindrome di Stickler
|
|
Ipoglicemia iperinsulinemica PHH1
|
Sindrome dell’ X fragile
|
|
Insorgenza precoce malatia di Alzheimer
|
Sindrome di
Wiskott-Aldrich
|
|
Malattia di Charcot-Marie-Tooth 1° e 2A
|
Talassemia beta
|
Come
si esegue la PGD?
Per l’esecuzione della PGD prevede i seguenti steps:
- Induzione
dell'ovulazione;
- Prelievo
di ovuli maturi
- Fecondazione
in vitro mediante iniezione intracitoplasmatica (ICSI)
- Biopsia
dell’embrione
- Analisi
genetica del Blastomero
- Impianto
degli embrioni in utero
Induzione dell'ovulazione
Il primo passaggio è rappresentato da una stimolazione ovarica. La maggior
parte di pazienti che eseguono cicli di concepimento assistito non hanno
problemi ovulatori. Lo scopo di questa stimolazione è di indurre, nel ciclo
prescelto, una maturazione contemporanea di più follicoli per poter avere a
disposizione più ovociti e possibilmente più embrioni da trasferire. Questa
superovulazione può essere ottenuta utilizzando varie sostanze a seconda dei
differenti protocolli. Il
controllo ecografico dell'ovaio permette di sapere quando le uova sono giunte a
completa maturazione.
Prelievo di ovuli maturi
Il prelievo degli ovociti viene eseguito per via
transvaginale, sotto controllo ecografico. In pratica si passa un sottile ago
attraverso la vagina, e si pungono i numerosi follicoli ovarici per aspirare le
uova perfettamente mature.Il liquido aspirato viene trasferito in laboratorio ed
esaminato al microscopio per recuperare le uova da immergere immediatamente in
un apposito liquido nutritivo.
Fecondazione in vitro mediante iniezione
intracitoplasmatica (ICSI)
Con l'impiego di strumenti di alta precisione i biologi inseriscono un singolo
spermatozoo all'interno dell'ovocita immobilizzato da una pipetta aspirante
sotto il microscopio micromanipolatore.
Biopsia dell’embrione
La biopsia dell’embrione prevede la
rimozione di una cellula (Blastomero) da un embrione allo stadio di 6 ”“ 8 cellule. Con
l’embrione mantenuto in posizione dalla pipetta con i margini arrotondati, si
apre un foro nell’involucro che contiene l’embrione utilizzando una
soluzione opportuna, espulsa da una micropipetta posizionata in corrispondenza
della cellula che si intende rimuovere. Una
volta perforato l’involucro, si inserisce in posizione una nuova micropipetta
di diametro maggiore rispetto all’anteriore, che consentirà, mediante
aspirazione, la rimozione di una cellula che verrà poi rilasciata applicando
una pressione negativa.Se la tecnica è eseguita correttamente non vi sono
rischi per l’embrione, come comprovato da diversi studi eseguiti sugli animali
e sull’uomo. La cellula rimossa viene poi inserita all’interno di una
provetta per la successiva analisi genetica.
Analisi genetica del Blastomero
All’interno della provetta contenente il blastomero viene
aggiunta una soluzione che consente la lisi della cellula, e quindi la
liberazione del DNA dal nucleo cellulare.
Successivamente, mediante una reazione di amplificazione
enzimatica in vitro conosciuta come Polymerase Chain reaction
(PCR), si amplifica milioni di volte la regione genica d’interesse,
coinvolta dalle mutazioni da ricercare.
Il prodotto di amplificazione genica
viene quindi sottoposto ad analisi di mutazione per la ricerca delle
mutazioni geniche presenti nella coppia.
L’analisi di
mutazione rappresenta
la fase più importante e delicata della PGD. Per garantire
la massima affidabilità interpretativa è indispensabile che sia effettuata
con metodiche e strumentazioni che
permettono l’identificazione univoca delle mutazioni ricercate.
L'analisi di sequenza automatizzata rappresenta
attualmente il miglior metodo di analisi genetica, in quanto consente l'esatta
determinazione e visualizzazione diretta di una specifica mutazione.
L'applicazione di tale tecnica alla PGD, viene eseguita impiegando sofisticate
strumentazioni di ultima generazione, completamente automatizzate.
Di seguito vengono
mostrati i risultati dell'analisi genetica di un caso di PGD di Beta Talassemia
eseguito mediante la nuova metodica del Minisequencing messa a punto ed
ottimizzata dal Ns. Laboratorio.
Impianto
degli embrioni in utero (embrio transfer)
Dopo aver effettuato l’analisi di mutazione nei blastomeri in esame, vengono
trasferiti alla paziente gli embrioni che sono risultati normali all’esame
genetico, cioè privi delle
mutazioni ricercate.
La metodica di trasferimento intrauterino è
generalmente semplice e indolore: non richiede alcuna forma di anestesia o
sedazione e consiste nell' introdurre un sottilissimo catetere (del diametro di
circa 1-1,5 mm.) all' interno della cavità uterina attraverso il canale
cervicale. E' una manovra comunque molto delicata in quanto è necessario
evitare ogni stress agli embrioni ed alla mucosa che riveste la cavità uterina
(endometrio).