שני מחקרים שפורסמו היום ב- כתב העת האמריקאי לגנטיקה אנושית להראות את הפוטנציאל להקרנה גנומית בילודים כדי לתת מענה לשיעורים גבוהים של אשפוז תינוקות ותמותה בארצות הברית. נכון להיום, מאות מחלות גנטיות ניתנות למניעה או לטיפול, אך כיום מתגלות רק לאחר שילד חלה וסובל ממחלה "אודיסיאה אבחנתית" ארוכת שנים, לעתים קרובות מקבלים אבחנות מאוחר מדי כדי להשיג את התוצאות הטובות ביותר.
המחקר הראשון, שכותרתו "הסמכה מוקדמת של בדיקת יילודים מבוססת גנום למחלות גנטיות קשות בילדות באמצעות הכשרה מאוחדת המבוססת על היפר-ברירה" תיאר פלטפורמה חדשה עם מדרגיות וביצועים שיאפשרו למיליוני תינוקות לעבור בדיקה וטיפול באמצעות רצף גנום ובינה מלאכותית תוך שבועיים מהלידה.
בעבר, רצף הגנום הרפואי היה יקר מדי עבור בדיקת יילודים. בנוסף, שיעור גבוה של תוצאות חיוביות כוזבות – ממצאי גנום המצביעים באופן כוזב על מחלה גנטית של יילוד – היוו דאגה רבה כאשר גנומים נבדקים ללא הקשר קליני. דרך שרוב הרופאים יכלו להבין ולהוציא לפועל.
הפלטפורמה החדשנית, BeginNGS (התחלות מבוטא) פותרת זאת. הוא עושה שימוש בטכנולוגיית רצף הגנום העדכנית ביותר כדי לספק גנום במחיר סביר. BeginNGS משתמשת בשילוב של כלי בינה אנושית ובינה מלאכותית כדי להפוך את התהליך המורכב של פירוש סיכון למחלה על בסיס מידע גנום בלבד, שהוא קריטי להגדלה ל-3.7 מיליון תינוקות שנולדים בארה"ב מדי שנה.
המחקר דיווח על ירידה של 97 אחוז בתוצאות חיוביות שגויות בהתבסס על שיטה שנגזרת מהאבולוציה האנושית. וריאציות הגנום הגורמות למחלות ילדות קשות נתונות לברירה טבעית קיצונית הנקראת היפר-ברירה מטהרת. כתוצאה מכך, גרסאות DNA שבאמת גורמות למחלת ילדות קשה אינן נמצאות בגנום של קשישים. על ידי מחקר הגנום של כמעט חצי מיליון נבדקים בגיל העמידה וקשישים, מ-Biobank של בריטניה ומקסיקו סיטי פרוספקטיבי, חוקרים הצליחו לגלות את אותם הבדלי DNA חיוביים כוזבים ולהפחית את התרחשותם לפחות מ-1 מתוך 50 נבדקים שנבדקו.
המתודולוגיה החישובית משתמשת ב-query federation, שיטה לניתוח גנומים מרחוק מבלי שהנתונים יועברו או משותפים, אשר מופעלת על ידי TileDB, שותפה לטכנולוגיית מסד נתונים עבור BeginNGS. למרבה הפלא, לאחר הסרת גרסאות ה-DNA הללו, BeginNGS שמרה על יותר מ-99 אחוז רגישות בהשוואה לשיטת הזהב של רצף גנום אבחון מהיר.
BeginNGS השתמשה במערכת הדרכה קלינית מותאמת אישית בשם Genome to Treatment (GTRx) כדי להעביר דרך פעולה פוטנציאלית לתינוקות שמסננים חיוביים. רבות מההפרעות הללו כל כך נדירות עד שרופא טיפוסי יראה אותן רק לעתים רחוקות. GTRx מספק הדרכה מעשית לרופאים בצורה קלה להבנה. בדיקה של למעלה מ-3,000 ילדים עם חשד למחלות גנטיות העלתה ש-1 מתוך 14 היה מרוויח מ-BeginNGS על ידי קבלת זמן עד לאבחון של 121 ימים מוקדם יותר מאשר בהשוואה לבדיקת תקן זהב לאחר שאותם ילדים פיתחו תסמינים. בדיקות של למעלה מ-3,000 ילדים עם חשד למחלות גנטיות העלו כי 1 מתוך 14 היה נהנה מ-BeginNGS והיה מקבל אבחונים וטיפול 121 ימים מוקדם יותר מתקן הזהב הנוכחי, אשר היא לבדוק לאחר הופעת הסימפטומים. בנוסף, בדיקות גילו כי BeginNGS היה מועיל ל-1 מכל 13 תינוקות שמתו בינקות.
העתיד של ההקרנה הגנטית של יילודים טמון בשיתוף פעולה עולמי ובמשאבי נתונים משותפים. על ידי חיבור מידע גנטי בין מסדי נתונים בינלאומיים, אנו משפרים משמעותית את יכולתנו לזהות ולהבין מחלות נדירות -; מאמץ שחורג מפרויקטים בודדים וגבולות גיאוגרפיים. באמצעות ההרחבה של TileDB של קונסורציום BeginNGS ויכולות השאילתות המאוחדות שלנו, אנו מאפשרים ניתוח מקיף יותר של מערכי נתונים וריאתיים. עבור RCIGM והמשפחות שהם משרתים, זה מתורגם ישירות לתשובות מהירות ואמינות יותר במהלך אותם ימים מוקדמים קריטיים של החיים."
Stavros Papadopoulos, מנכ"ל ומייסד TileDB
המחקר השני, שכותרתו "לסקר ילודים מבוסס גנום למחלות ילדות קשות יש ערך ניבוי חיובי גבוה ורגישות בניסוי פיילוט של NICU" העריך האם BeginNGS היה מוכן להתרחבות רחבה יותר. במסלול זה, 120 תינוקות ביחידה לטיפול נמרץ יילודים בבית החולים לילדים ראדי – סן דייגו, קיבלו את בדיקת BeginNGS. התוצאות הושוו עם בדיקת ילוד מסורתית, המחייבת פדרליות, ורצף גנום אבחנתי מהיר שהעריך את כל 10,000 המחלות הגנטיות.
"התוצאה המדהימה והבלתי צפויה של ניסוי BeginNGS זה הייתה שכמעט 30 אחוז מהתינוקות בטיפול נמרץ שלא נחשבו כזקוקים לרצף גנום היו למעשה מחלות גנטיות – זה דומה לשיעור האבחון אצל תינוקות החשודים כסובלים ממחלות גנטיות אמר Stephen F. Kingsmore, MD, DSc, נשיא ומנכ"ל Rady Children's Institute for Genmic Medicine "זה מצביע על כך שהיתרונות הבריאותיים ריצוף מהיר של גנום שלם חל על כל תינוק שמתקבל ליחידה לטיפול נמרץ ברמה IV, לא רק על אלו שנבדקים כעת."
רק תינוקות שלא נחשדו כסובלים ממחלות גנטיות היו זכאים להירשם לניסוי הקליני שכן הניסוי רצה לחקות סקר ילודים בריאים. בדיקת תינוקות המבוססת על גנום BeginNGS הוכחה כבטוחה ויעילה. לאחד מכל 24 תינוקות שנבדקו היו תוצאות חיוביות שעשויות להשפיע על הטיפול בהם. ל-BeginNGS לא היו תוצאות חיוביות כוזבות, מה שהראה ששיטות ההיפר-סלקציה המטהרות אכן עבדו בעולם האמיתי. 84 אחוז מההורים בניסוי דיווחו שתוצאות הריצוף הגנומי של ילדם היו שימושיות, ו-80 אחוזים חשו שההשתתפות עושה לילדם הרבה טוב. בהשוואה להקרנת יילודים במדינה, ל-BeginNGS היה שיעור חיובי אמיתי גבוה יותר ושיעור חיובי שגוי נמוך יותר.
"לבדיקת תינוקות מבוססת גנום יש פוטנציאל לשנות תוצאות בריאותיות של ילדים עם מחלות נדירות מסוימות על ידי האצת זמנם לאבחון וטיפול נאות", אמר טום DeFay, PhD, סגן יו"ר BeginNGS וסגן ראש אבחון ב-Alexion, AstraZeneca Rare מַחֲלָה. "כחברה מייסדת בקונסורציום BeginNGS, Alexion מעודדת מתוצאות שלב 2 אלה ונשארת מחויבת לקידום שוויון בריאותי על ידי סיוע בשיפור האבחון למשפחות המושפעות ממצבים גנטיים נדירים ולעיתים מסכני חיים." שותפת הטכנולוגיה של BeginNGS, Illumina, סיפקה צינור הניתוח המשני של DRAGEN ומומחיות ביואינפורמטיקה לעיבוד נתונים עבור המחקרים. מכשירי הרצף של Illumina וניתוח DRAGEN מספקים נתוני בסיס מדויקים ביותר שעליהם ניתן לבנות תוכנית NBS מבוססת gNGS עם פוטנציאל מוכח לזהות תינוקות עם מצבים גנטיים הניתנים לטיפול.
מחקרים אלה סוללים את הדרך לניסוי קליני רב-מרכזי גדול בהרבה, להשוואה רשמית של BeginNGS עם בדיקת תינוקות רגילה. ניסוי זה החל ועד היום הוא משכפל את ממצאי מחקר הפיילוט. בנוסף, כעת, כאשר קיימות שיטות חישוביות להסרת תוצאות חיוביות כוזבות, BeginNGS עומדת להתרחב מ-412 מחלות גנטיות קשות בילדות ליותר מ-2,000 הפרעות שהוצעו להפרעות נדירות הניתנות להפעלה מוקדמת עבור בדיקת יילודים. כעת, לאחר שהוכחה בהצלחה היתכנותן של שאילתות מאוחדות, ניתן יהיה להרחיב אותן לבנקים ביו-גנום רבים ברחבי העולם כדי לבחון את השכיחות והשכיחות של מחלות גנטיות ברחבי העולם, מה שיאפשר להתאים את BeginNGS לבדיקת כל אוכלוסייה.