Τι είναι η μελέτη της κυτταρογενετικής ανάλυση;

Η κυτταρογενετική ανάλυση (καρυότυπος ή χρωμοσωμικός χάρτης) είναι η μελέτη των χρωμοσωμάτων των κυττάρων. Τα χρωμοσώματα περιέχουν γονίδια που αποτελούνται από DNA, το μόριο που περιέχει όλες τις απαραίτητες πληροφορίες για την δημιουργία ενός ατόμου και τη λειτουργία του οργανισμού.

Στα ανθρώπινα κύτταρα υπάρχουν 46 χρωμοσώματα, 23 χρωμοσώματα εκ των οποίων προέρχονται από τον πατέρα (το σπέρμα) και 23 από τη μητέρα (ωάριο). Τα σπερματοζωάρια και τα ωάρια είναι γεννητικά κύτταρα και είναι τα μόνα που περιέχουν μόνο 23 χρωμοσώματα. Εάν το σπέρμα φέρει το χρωμόσωμα X, θα γεννηθεί ένα κορίτσι, αν φέρει το χρωμόσωμα Υ, θα γεννηθεί ένα αγόρι. Ο καρυότυπος ενός κανονικού θηλυκού θα είναι τότε 46, XX ενώ αυτός ενός αρσενικού 46, XY. Για να μελετήσουμε τα χρωμοσώματα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε τις τεχνικές καλλιέργειας κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης για να τις δούμε.

Ποια είναι η χρήση της κυτταρογενετικής ανάλυσης;

Η κυτταρογενετική ανάλυση εξετάζει το αν υπάρχουν αλλαγές στον αριθμό ή / και τη δομή των χρωμοσωμάτων που μπορεί να είναι υπεύθυνα για ασθένειες οι οποίες χαρακτηρίζονται από σύνδρομο Down, στειρότητα ή αγονία (π.χ. σύνδρομα Turner και Klinefelter), ψυχοκινητικά και επικοινωνιακά σύνδρομα αλλά και διαταραχές σχετικές με την ανάπτυξη. Ακόμη και οι πρώιμες αποβολές μπορεί να οφείλονται σε χρωμοσωματικές ατυπίες σε έναν από τους γονείς (3-5% των περιπτώσεων).

Πότε πρέπει να υποβληθεί κανείς σε κυτταρογενετική ανάλυση;

  • Η προγεννητική κυτταρογενετική πραγματοποιείται σε εγκυμοσύνες στις οποίες υπάρχει αυξημένος κίνδυνος χρωμοσωμικών ανωμαλιών στο έμβρυο, στις οποίες η ηλικία της μητέρας είναι ίση ή μεγαλύτερη των 35 ετών (συμπληρωμένη πριν από τη γέννηση του παιδιού), άθροισμα λανθασμένου αριθμού χρωμοσωμάτων, γονείς που φέρουν δομικές αναδιατάξεις (47, XXX, 47, XXY), γενετικές ανωμαλίες που τονίζονται στις εξετάσεις υπερήχων, ενδείξεις που προκύπτουν από βιοχημικές εξετάσεις ,επαναλαμβανόμενες αποβολές. Με την λήψη των χοριακών λαχνών (CVS) μπορεί να γίνει δειγματοληψία κατά τη διάρκεια του πρώτου τριμήνου (9-12 εβδομάδες) ή αμνιοκέντηση κατά το δεύτερο τρίμηνο (15-18 εβδομάδες). Για τα κύτταρα CVS λαμβάνονται κύτταρα από τον πλακούντα (χοριακή δειγματοληψία) που έχουν την ίδια προέλευση (και επομένως την ίδια γενετική) του εμβρύου, ενώ η αμνιοκέντηση είναι για τη μελέτη εμβρυϊκών κυττάρων που βρίσκονται στο αμνιακό υγρό (αμνιοκέντηση).
  • Mεταγεννητική Κυτταρογενετική. Η καρυοτυπία εκτελείται σε ασθενείς στους οποίους υπάρχει υποψία χρωμοσωμικού συνδρόμου, με γονείς και μέλη της οικογένειας των ατόμων με χρωμοσωμικές ανωμαλίες, με γονείς ατόμων με υποψία χρωμοσωμικού συνδρόμου που έχουν πεθάνει χωρίς διάγνωση, όπου υπάρχει διανοητική καθυστέρηση ή / και γενετικές ανωμαλίες, γεννημένα ή θνησιγενή βρέφη, ζευγάρια με επαναλαμβανόμενες αποβολές, ανδρική υπογονιμότητα, γυναίκες με πρωτογενή ή δευτερογενή αμηνόρροια (απουσία ή διακοπή του εμμηνορροϊκού κύκλου).
  • Καρυότυπος προϊόντων αποβολής. Περίπου το 15-20% όλων των αναγνωρισμένων κυήσεων οδηγεί σε αποβολή και πάνω από το 50% έχει τροποποιημένο αριθμό ή / και δομή χρωμοσωμάτων που οφείλεται στη διακοπή της εγκυμοσύνης. Η κυτταρογενετική μελέτη των προϊόντων αποβολής είναι επομένως θεμελιώδους σημασίας για την κατανόηση της αιτίας της διακοπής της εγκυμοσύνης και για την υποστήριξη του ζεύγους (στις περισσότερες περιπτώσεις εκ των οποίων το χρωμοσωματικό σφάλμα είναι καθαρά τυχαίο και δεν συνεπάγεται αυξημένο κίνδυνο επανάληψης του συμβάντος σε επόμενη εγκυμοσύνη).
  • Κυτταρογενετική των όγκων. Μπορεί επίσης να πραγματοποιηθεί κυτταρογενετική ανάλυση για τη μελέτη των όγκων, τόσο αιματολογικών (π.χ. λευχαιμίας) όσο και στερεών (π.χ. πνεύμονα, μαστού, ήπατος, ουροδόχου κύστης). Ορισμένες χρωμοσωμικές αναδιατάξεις είναι ειδικές για τον όγκο και συνεπώς επιτρέπουν τη σωστή διάγνωση σε σύγκριση με μια κλινική υποψία ή αμφιβολία. Για παράδειγμα, η διάγνωση του χρωμοσώματος της Φιλαδέλφειας στο μυελό των οστών που εντοπίζεται σε έναν ασθενή με υποψία λευχαιμίας, χρησιμοποιείται για τη διάγνωση χρόνιας μυελογενούς λευχαιμίας ή η παρουσία του t (Χ; 18) σε κυτταρική καλλιέργεια που παρασκευάζεται από βιοψία στερεού όγκου, επιτρέπει τη διάγνωση ενός αρθρικού σαρκώματος.

Νέες τεχνολογίες; Μοριακή Κυτταρογενετική ανάλυση (Fluorescent In Situ Hybridization, FISH)

Η ανάπτυξη εξελιγμένων τεχνικών που ορίζονται στη Μοριακή Κυτταρογενετική, όπως η μοριακή κυτταρογενετική ανάλυση (FISH), μας επιτρέπει να πραγματοποιήσουμε διεξοδικότερες μελέτες κυτταρογενετικής διότι επιτρέπει τη θέση μιας συγκεκριμένης αλληλουχίας DNA σε σταθερά παρασκευάσματα χρωμοσωμάτων, τμήματα ιστών που λαμβάνονται από οποιοδήποτε είδος βιολογικού υλικού (αίμα, βιοψίες, αμνιακό υγρό, γαμέτες), είτε πρόκειται για φρέσκα, κρυοσυντηρημένα είτε που βρίσκονται σε παραφίνη. Η τεχνική FISH  βασίζεται στις ιδιότητες της μετουσίωσης του DNA με αναστρέψιμο τρόπο (άνοιγμα της διπλής έλικας) και παρέχει τη σύνδεση μεταξύ ενός ειδικού θραύσματος DNΑ στην περιοχή ενδιαφέροντος – επισημασμένη με φθορίζουσες ενώσεις (ανιχνευτής) – και τη συμπληρωματικό παρασκεύασμα αλληλουχίας DNA  που είναι τοποθετείται σε μια μικροσκοπική πλάκα: η χρωμοσωμική περιοχή ενδιαφέροντος ταυτοποιείται  εύκολα με ένα μικροσκόπιο φθορισμού.

Η τεχνική FISH είναι ένα απαραίτητο συμπλήρωμα της παραδοσιακής κυτταρογενετικής, καθώς χαρακτηρίζεται από μεγαλύτερη δύναμη διαχωρισμού, η οποία καθιστά δυνατό τον χαρακτηρισμό των χρωμοσωμικών ανωμαλιών στον αριθμό και τη δομή που δεν μπορούν να καθοριστούν μέσω των τεχνικών της κλασσικής κυτταρογενετικής και να αναγνωρίσουν ανακαταταγμένα χρωμοσώματα άγνωστης προέλευσης, τα οποία δεν είναι ορατά ακόμη και σε ταινίες υψηλής ανάπτυξης. Το FISH δεν εφαρμόζεται στην ανάλυση καρυότυπου ρουτίνας , αλλά μόνο σε επιλεγμένες περιπτώσεις κιαι με βάση συγκεκριμένες διαγνωστικές υποψίες ή για την εμβάθυνση ορισμένων κυτταρογενετικών ανωμαλιών.

Μία από τις τελευταίες εφαρμογές είναι στον τομέα της ογκολογίας: σε πολλές περιπτώσεις  στην πραγματικότητα, ειδικά για τις καλλιέργειες στερεών όγκων, που δεν έχουν κυτταρική ανάπτυξη και διαίρεση και έτσι δεν μπορούν να επισημάνουν τα χρωμοσώματα και να τα αναλύσουν. Επιπλέον, το επίπεδο επίλυσης της μελέτης που διεξάγεται με την παραδοσιακή κυτταρογενετική, δεν μας επιτρέπει να εντοπίσουμε ανωμαλίες που μπορεί να αφορούν μόνο ένα γονίδιο.

Από το 2000 έχουν αναπτυχθεί ανιχνευτές DNA που είναι σε θέση να αναγνωρίσουν συγκεκριμένες ανωμαλίες, για παράδειγμα καρκίνο της ουροδόχου κύστης για την οποία χρησιμοποιούνται τέσσερις ανιχνευτές που αναγνωρίζουν τα χρωμοσώματα 3, 7, 17:09 επισημασμένα με διαφορετικά φθοροχρώματα (Multicolor FISH).

Το Εργαστήριο Κυτταρογενετικής του Κλινικού Ινστιτούτου Humanitas είναι κέντρο αναφοράς για τη μελέτη του καρκίνου της ουροδόχου κύστης. Μετά από μια μελέτη που διεξήχθη για να δοκιμαστεί η αποτελεσματικότητα αυτής της δοκιμής, εισήχθη ανάλυση UROVYSION® στην κλινική πρακτική, σε συνεργασία με τη Μονάδα Ουρολογίας. Η δοκιμή είναι μη επεμβατική και επιτρέπει ανίχνευση σε 48 ώρες, μέσω κυττάρων όγκου που λαμβάνονται από ένα απλό δείγμα ούρων. Η δοκιμή έχει υψηλή προγνωστική δύναμη, πράγμα που σημαίνει ότι το FISH εντοπίζει χρωμοσωμικές ανωμαλίες τυπικές του καρκίνου προτού αποδειχθεί η ασθένεια ή θετική κυστεοσκοπική έρευνα άλλων διαγνωστικών δεικτών όπως CTM (κακοήθη καρκινικά κύτταρα). Το 2001, η δοκιμή εγκρίθηκε από την Υπηρεσία Τροφίμων και Φαρμάκων (FDA) για την παρακολούθηση της υποτροπής της νόσου σε ασθενείς που έχουν ήδη διαγνωστεί με καρκίνο και είχαν υποβληθεί σε χειρουργική επέμβαση για την αφαίρεση ή / και θεραπεία με BCG και το 2004 για τη διάγνωση σε ασθενείς με αιματουρία.

Η τεχνική FISH μπορεί επίσης να παρέχει πληροφορίες σχετικά με το ποια θεραπεία είναι η πιο κατάλληλη για έναν συγκεκριμένο τύπο καρκίνου σε έναν μεμονωμένο ασθενή (στοχοθετημένη θεραπεία). Είναι γνωστό για παράδειγμα ότι οι ασθενείς με καρκίνο του μαστού που έχουν θετικό FISH για ενίσχυση ενός γονιδίου που ονομάζεται HER-2 / neu, του οποίου η πρωτεΐνη εκτίθεται στην κυτταρική μεμβράνη του όγκου, ανταποκρίνονται στη θεραπεία με ένα συγκεκριμένο φάρμακο, το trastuzumab, ένα αντίσωμα που δεσμεύεται με την εξουδετέρωση του υποδοχέα (ανοσοθεραπεία). Η δοκιμή ονομάζεται PATHVYSION® και εγκρίνεται από το FDA. Το FISH μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να μελετήσει την ενίσχυση ενός άλλου γονιδίου που ονομάζεται EGFR στον καρκίνο του πνεύμονα και στον καρκίνο του παχέος εντέρου. Επίσης σε αυτή την περίπτωση μπορούν να χρησιμοποιηθούν διαφορετικά φάρμακα ανάλογα με το αν ο όγκος του ασθενούς έχει εντοπιστεί ή όχι, ανάλογα με την ενίσχυση του γονιδίου. Σε αυτές τις περιπτώσεις δεν είναι θεραπεία που χρησιμοποιεί αντισώματα, αλλά μικρά μόρια που αναστέλλουν την κυτταρική διαίρεση (βιολογική θεραπεία).

Πλέον, νέοι ορίζοντες εξαπλώνονται με την εφαρμογή της τεχνικής FISH για άλλους καρκίνους, όπως το μελάνωμα, όπου η διαφορική διάγνωση δυσπλασίας είναι ιδιαίτερα δύσκολη αν βασίζεται αποκλειστικά σε μορφολογικά κριτήρια.

Λόγω της υψηλής ευαισθησίας, της εξειδίκευσης και της προληπτικής της ισχύος, η τεχνική FISH είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική στη μελέτη αιματολογικών και συμπαγών όγκων. Συγκεκριμένα, όχι μόνο είναι ένα διαγνωστικό και προγνωστικό εργαλείο,  αλλά έχει επίσης καίρια σημασία στην επιλογή της θεραπείας με βάση το γονιδιωματικό προφίλ του όγκου.