Badanie genetyczne kariotypu

Zestaw chromosomów zawierających DNA, obecny w każdej komórce ludzkiego organizmu, określany jest terminem kariotyp. W prawidłowych warunkach, w komórkach somatycznych składa się on z 46 chromosomów – 44 tzw. autosomów oraz z pary charakterystycznej dla danej płci (u kobiet są to X, X; u mężczyzn z kolei X oraz Y). Zgrupowane są w parach, w każdej z nich jeden jest pochodzenia matczynego, a drugi ojcowskiego.

Chromosomy po raz pierwszy zauważył szwajcarski badacz Carl Wilhelm von Nägeli w komórkach roślinnych w 1842 roku. Analiza ludzkich komórek trwała przez wiele lat, naukowcom długo nie udawało się ustalić, jaka jest prawdziwa ilość struktur w pojedynczej komórce organizmu (wahano się pomiędzy 46 a 48). Ostateczne ustalenie odbyło się w 1955 roku, podczas wspólnych prac Alberta Levana i Joe Tin Tjio.

Nowoczesne metody badania kariotypu

Tradycyjne kariotypowanie to jednak nie jedyna metoda oceny chromosomów. Współcześnie coraz częściej stosuje się techniki o wyższej rozdzielczości, takie jak mikromacierze (array-CGH) czy sekwencjonowanie nowej generacji (NGS), które pozwalają wykryć mikrodelecje, duplikacje oraz subtelne zmiany strukturalne niewidoczne pod mikroskopem.

Cytogenetyka klasyczna nadal pozostaje podstawową metodą wykrywania dużych aberacji chromosomowych, ale jej rozdzielczość jest ograniczona. Nie pozwala ona na identyfikację niewielkich wariantów liczby kopii (CNV) ani mutacji strukturalnych poniżej określonej wielkości.

Nieinwazyjne testy genetyczne

Równie istotne są nowoczesne nieinwazyjne testy prenatalne (NIPT), analizujące wolne DNA płodu we krwi matki już od 10. tygodnia ciąży. Choć nie zastępują klasycznego kariotypu, często stanowią pierwszy krok w diagnostyce przedmiotowej i mogą kierować decyzję o dalszym badaniu inwazyjnym.

Jak wygląda badanie kariotypu?

Ocena kariotypu dokonywana jest podczas badania cytogenetycznego. Aby je przeprowadzić, niezbędna jest próbka komórek pacjenta, mogą one pochodzić z:

• krwi;
• szpiku kostnego;
• płynu owodniowego czy rozwijającego się łożyska (materiał uzyskiwany w trakcie amniocentezy, czyli nakłucia przez powłoki ciała matki).

Czasami oceny dokonuje się na bazie wymazu ze śluzówek policzka (w tej sytuacji materiał może być pobrany przez pacjenta samodzielnie, nawet w warunkach domowych), jednak badanie w tym wypadku nie jest tak dokładne jak przy innych rodzajach próbek.

Przygotowanie próbki i analiza mikroskopowa

Komórki umieszcza się na szkiełku laboratoryjnym, kolejnym etapem jest proces ich namnażania. Po odpowiednim czasie, próbka jest barwiona, dzięki czemu chromosomy mogą być dostępne badaniu mikroskopowemu. Wybierane są te komórki, które znajdują się w pro- lub metafazie (fazy cyklu komórkowego, podczas których chromosomy ulegają największej kondensacji i są najlepiej widoczne). Wynik badania zawiera ilość chromosomów oraz opis ich morfologii.

Kariotypowanie można wykonać w każdym wieku, zarówno u osób dorosłych, jak i u dzieci (czasem nawet oceniane są komórki dopiero rozwijającego się w macicy matki dziecka).

Badanie kariotypu wykonywane jest także u par przygotowujących się do procedury zapłodnienia in vitro (IVF), szczególnie w przypadku nawracających niepowodzeń implantacji lub poronień o nieustalonej przyczynie.

Wskazania do badania kariotypu

Badanie genetyczne kariotypu przydatne jest w diagnostyce wielu wrodzonych wad genetycznych (jak np. zespół Downa, Turnera czy Klinefeltera – jednostek, których patogeneza jest związana z obecnością dodatkowych chromosomów lub ich braku). Zauważone mogą być także dodatkowe, nieobecne w warunkach fizjologicznych fragmenty nośników materiału genetycznego.

Warto jednak wiedzieć, że klasyczne badanie kariotypu nie wykrywa zmian liczbowych w mozaicyzmie o niskim odsetku, co ma znaczenie m.in. w diagnostyce zespołu Turnera w formie mozaikowej – wykrycie takiej zmienności wymaga często analizowania większej liczby komórek lub zastosowania czułych metod molekularnych.

Sytuacje, które skłaniają ku wykonaniu badania kariotypu to między innymi:

• występowanie schorzeń o podłożu genetycznym w rodzinie;
• nawracające poronienia, bezpłodność;
• podejrzenie istnienia wady wrodzonej u płodu;
• upośledzenie umysłowe;
• obecność cech klinicznych specyficznych dla danego schorzenia uwarunkowanego genetycznie (fachowo określano jako cechy dysmorficzne).

U pacjentów z chorobą nowotworową, badanie również znajduje swoje zastosowanie. Szczególne znaczenie ma w takich jednostkach jak białaczki, chłoniaki oraz postaciach innych guzów opornych na leczenie. Przydatność metody polega na określaniu dokładnego typu procesu rozrostowego, czasami ułatwia to wdrożenie odpowiedniego leczenia.

Ograniczenia, czas oczekiwania i interpretacja

Warto pamiętać, że klasyczne kariotypowanie ma ograniczenie w rozdzielczości – wykazuje aberracje większe niż 5–10 Mb, ale może nie wykryć mikrodelecji czy wyspowych zmian. W takich sytuacjach lepsze są metody molekularne, np. mikromacierze CGH czy sekwencjonowanie NGS. Różnice między CGH a NGS dotyczą m.in. zakresu wykrywanych zmian, głębokości analizy oraz czasu i kosztów badania.

Dla wiarygodnego badania cytogenetycznego konieczna jest odpowiednia jakość próbki oraz liczba analizowanych komórek (zwykle min. 20 metafaz). Zbyt mała liczba komórek lub słaba kondycja próbki mogą skutkować wynikiem niewystarczającym diagnostycznie lub fałszywie negatywnym.

Interpretacja kariotypu opiera się na międzynarodowym systemie ISCN (International System for Human Cytogenomic Nomenclature), który zapewnia jednolite zasady opisu zmian chromosomowych w dokumentacji medycznej. Zastosowanie tego standardu zwiększa precyzję i jednoznaczność wyników oraz ich porównywalność w skali międzynarodowej.

Przyszłość kariotypowania i diagnostyki genetycznej

W związku z pojawieniem się kolejnych technik oraz ciągłym postępem technologicznym, badania genetyczne z pewnością odnajdą swoje zastosowanie w kolejnych dziedzinach medycyny. Już dziś pozwalają na bardzo dużo, a rozwój technologii takich jak prenatane sekwencjonowanie całogenomowe czy analizy single-cell zrewolucjonizuje zrozumienie aberracji chromosomowych i wpłynie na indywidualizację leczenia.

Badania genetyczne z wysoką rozdzielczością pozwalają nie tylko na lepszą diagnostykę schorzeń genetycznych, ale także na stworzenie precyzyjnych profili ryzyka nowotworowego i chorób metabolicznych, co może w przyszłości wspomóc spersonalizowaną medycynę.