Next Generation Cytogenetics komt eraan Zet Optical Genome Mapping de cytogenetica op zijn kop?

Nederlands-Frans onderzoek laat zien dat Optical Genome Mapping (OGM) heel snel, effectief en nauwkeurig afwijkingen in chromosomen en DNA opspoort. Soms nog beter dan de bestaande technieken bij elkaar. Dat schrijven de onderzoekers in twee proof-of-concept studies in het American Journal of Human Genetics. De nieuwe techniek kan de bestaande werkwijze in de cytogenetische laboratoria ingrijpend gaan veranderen.

Menselijk erfelijk materiaal zit opgeslagen in 46 chromosomen (23 paar). Hoewel die chromosomen behoorlijk stabiel zijn, kunnen er toch veranderingen in het aantal en de structuur van chromosomen optreden. Een bekend voorbeeld is het syndroom van Down, dat ontstaat door een extra chromosoom 21 (trisomie 21). Een extra chromosoom is een grote verandering, die vrij eenvoudig zichtbaar is te maken. Maar in chromosomen kunnen ook allerlei andere, kleinere veranderingen ontstaan. Soms vallen er stukken DNA weg (deleties), soms wordt een stukje juist herhaald (duplicatie) of verhuist het naar een andere plaats (translocatie). Een bestaand stuk kan ook worden omgedraaid (inversie) of er worden nieuwe stukjes toegevoegd (inserties). Al deze structurele afwijkingen in de chromosomen kunnen ziekten veroorzaken: aangeboren genetische ziekten, die vanaf de geboorte aanwezig zijn zoals het syndroom van Down, of verworven aandoeningen, wanneer de verandering zich voordoet in enkele cellen tijdens het leven die tot kanker leiden, zoals bij leukemie.

Optische Genoom Mapping

Cytogenetica is de genetische discipline die chromosomen onderzoekt op dergelijke afwijkingen. Om zowel de grote als kleine veranderingen in beeld te krijgen, zijn verschillende, elkaar aanvullende technieken nodig zoals FISH, karyotypering en Copy Number Variant (CNV) microarrays. Het zijn vaak bewerkelijke technieken die afzonderlijk slechts een deel van de bovengenoemde afwijkingen in beeld kunnen brengen. Sinds kort is er een nieuwe techniek beschikbaar - Optical Genome Mapping - die de hierboven genoemde technieken in zeker zin bij elkaar brengt. Maar nieuwe technieken moeten zich eerst bewijzen in de praktijk. In het Radboudumc onderzoekt Alexander Hoischen, universitair hoofddocent Genomic Technologies en Immuno-Genomics, nieuwe technieken op hun bruikbaarheid in het klinisch onderzoek en mogelijk daarna in de patiëntenzorg. Dat vereist nauwe samenwerking tussen Radboudumc en de industrie die de nieuwste genomische technologieën ontwerpt en bouwt; in dit geval het in Amerika gevestigde bedrijf Bionano Genomics.

Twee voordelen

Hoischen noemt meteen twee grote voordelen van OGM: “We kunnen nu naar enorm lange stukken DNA kijken, waardoor je minder stukken nodig hebt om het hele chromosoom in kaart te brengen. Dat gaat sneller en levert minder fouten op. En in tegenstelling tot de andere technieken hoeven we het DNA vooraf niet te bewerken of te manipuleren, waardoor we naar het echte, natuurlijke DNA kijken. Kortom: What you see is what you get.”

Automatisch, objectief, digitaal

Bionano heeft een label gemaakt dat zich hecht aan een specifiek stukje DNA dat heel vaak, maar onregelmatig voorkomt. De steeds wisselende afstanden tussen de labels zorgen voor een unieke barcode waardoor onderzoekers altijd precies weten waar ze zitten in het DNA. Dit gelabeld DNA wordt door dunne lange nano-kanaaltjes getrokken waarop een camera zit die voortdurend foto’s maakt. Hoischen: “Op deze manier kunnen we het DNA in hoog tempo automatisch, objectief en digitaal vastleggen in een resolutie die 10.000 keer hoger is dan bij karyotypering. Het is een soort ‘cytogenetica op steroïden’ door zijn kracht en snelheid.”

Erfelijke aandoeningen

Maar werkt de techniek? Twee artikelen in het American Journal of Human Genetics geven daar een positief antwoord op. Dr. Laïla El Khattabi van de Université de Paris, Alexander Hoischen, en hun collega’s testten OGM op 85 samples van patiënten met een erfelijke aandoening die eerder al met de standaardtesten waren onderzocht (karyotypering, FISH, CNV-microarray). Opmerkelijk en uitzonderlijk: OGM vond ze allemaal. El Khattabi: “OGM kan echt een revolutie teweeg gaan brengen in de detectie van chromosoomafwijkingen. Ik denk dat het de belangrijkste technologische doorbraak in de geschiedenis van de cytogenetica kan worden sinds de CNV-microarray."

Early adapters

In het andere, puur Nijmeegse artikel werd de techniek eveneens vergeleken met de standaard testen. Ditmaal keken ze naar het DNA van leukemiecellen van 52 patiënten met leukemie, een hematologische aandoening. Ook hier voldeed OGM optimaal door alle bekende klinische afwijkingen in kaart te brengen. En zelfs meer dan dat. In een aantal gevallen leverde de techniek betere en nauwkeurigere analyses van chromosomale afwijkingen op. Erg belangrijk, omdat de juiste behandeling daar vaak vanaf hangt. Hoischen: “We zijn early adapters van verschillende genoom technologieën, vaak met het doel om ze snel routinematige in de kliniek toe te passen. De overtuigende gegevens in deze twee proof-of-concept-onderzoeken illustreren opnieuw dat het Radboudumc voorop loopt in technische innovaties in de humane genetica voor de zorg. Deze ‘Next Generation Cytogenetics’ kan de al decennia bestaande routinetests gaan vervangen, met enorme verbetering van de workflow en de zorg voor patiënten.” Iets wat door Dr. Marian Stevens-Kroef, Laboratoriumspecialist Klinische Genetica in het Radboudumc, wordt bevestigd: "OGM belooft de cytogenetische tests bij patiënten met hematologische maligniteiten aanzienlijk te verbeteren."

Verdere uitrol

Radboudumc-onderzoekers Kornelia Neveling en Tuomo Mantere, eerste auteurs van beide onderzoeken, zijn ook positief over de techniek. Neveling: “Het is een relatief eenvoudige technologie, voor zowel het natte lab als de data-analyse, en we voorzien grote voordelen bij gebruik in een klinische setting. Naast deze twee studies heeft OGM al geholpen bij het oplossen van meerdere medische mysteries, die soms al meer dan 20 jaar op een antwoord wachten.”

Tuomo Mantere, voormalig postdoc bij Alexander Hoischen en inmiddels verbonden aan de Oulu University in Finland: "De gemakkelijke implementatie van deze techniek en de overtuigende overeenstemming met de standaard cytogenetische methoden die in deze twee onderzoeken wordt gepresenteerd, hebben me overtuigd om OGM nu ook in Finland op te zetten."

­­­­­­­­­­­-

*Publicatie in AJHG: Next generation cytogenetics: comprehensive assessment of 52 hematological malignancy genomes by optical genome mapping - Kornelia Neveling, Tuomo Mantere, Susan Vermeulen, Michiel Oorsprong, Ronald van Beek, Ellen Kater-Baats, Marc Pauper, Guillaume van de Zande, Dominique Smeets, Daniel Olde Weghuis, Marian JPL Stevens-Kroef, Alexander Hoischen

*Publicatie in AJGH: Optical genome mapping enables constitutional chromosomal aberration detection - Tuomo Mantere, Kornelia Neveling, Céline Pebrel-Richard, Marion Benoist, Guillaume van der Zande, Ellen Kater-Baats, Imane Baatout, Ronald van Beek, Tony Yammine, Michiel Oorsprong, Daniel Olde-Weghuis, Wed Majdali, Susan Vermeulen, Marc Pauper, Aziza Lebbar, Marian Stevens-Kroef, Damien Sanlaville, Jean Michel Dupont, Dominique Smeets, Alexander Hoischen, Caroline Schluth-Bolard, Laïla El Khattabi

• Meer weten over deze onderwerpen? Klik dan via onderstaande buttons door naar meer nieuws.

  Nieuws homepage Patientenzorg en Nieuws en verhalen