NIPT検査方法｜新型出生前診断の原理、仕組みと流れ

NIPT検査は、新型出生前診断の一環として注目を集めています。この検査は、胎児の染色体異常を非侵襲的に診断するための画期的な方法です。本記事では、NIPTの原理と仕組み、検査の流れに焦点を当て、どのようにして遺伝子情報を解析し、結果を得るのかを分かりやすく解説します。妊娠中の患者にとって、NIPT検査は早期に異常を発見する重要な手段となっています。

NIPT（新型出生前診断）の基本的な説明

NIPT（Non-Invasive Prenatal Testing）は、新型出生前診断といわれ、胎児の染色体異常を非侵襲的に検査する方法です。通常、母体の血液中に胎児から放出されるDNA断片を解析することで、染色体異常や先天性疾患のリスクを評価します。この検査は、従来の羊水検査や絨毛検査よりもリスクが低く、確実性が高いとされています。NIPTは、妊娠初期から利用でき、特に高齢妊娠や異常の心配がある方に推奨されています。

セルフリーDNA（cfDNA）の起源

母親と胎児-胎盤の両方がセルフリーDNAを産生します。母体循環中の胎児cfDNAの主な供給源は胎盤細胞（合胞体絨毛細胞）のアポトーシスであると考えられています。これに対して、母体cfDNAの供給源はほとんどが母体の造血細胞です。胎児赤芽球のアポトーシスにより、胎児循環中にcfDNAが生成されることもある。これらの断片は胎盤を通過して母体循環に入ることがあります。胎児と胎盤は単一の受精卵から発生するため、通常は遺伝的に同一であるが、胎盤と胎児の違いはcfDNA検査結果が一致しない重要な原因である（例えば、限局性胎盤モザイク）。

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循環cfDNAは、その起源が何であれ、非常に断片化されています。各断片は50～200塩基対の長さとなっています。DNAがどのようにヒストンタンパク質に巻きついてヌクレオソームを形成するかに関連して、断片化の大きさには明確なパターンがある。これらのパターンは母体由来と胎児由来のcfDNAで異なり、長い断片ほど母体由来である可能性がわずかに高い。これらの違いは、異数性などの特定の疾患のスクリーニングや、胎児分画の判定に用いることができます。

最近では、胎児の循環 DNA の主な供給源である胎盤は、cfDNAの母体組織の対応物と比較してメチル化が低いというこれまでの知識に基づいて、未修飾または5-ヒドロキシメチル化されたCG部位のいずれかを標的とすることで、胎児の遺伝物質が特異的に濃縮されることを利用するDNAエンリッチメント法もあります。

NIPT検査の原理と仕組み

NIPT検査の方法にはいくつかあるのですが、以下のすべてのcfDNA法は、指定された採血管（Streck tube）を用いて、少なくとも1回10mLの母親の血液サンプルを採取する必要があり、母親が正常核型である2倍体という予備的な仮定の元に実施されます。全ゲノムを調べる方法もあれば、最も関心の高い21、18、13、X、Yの染色体を対象とする方法もあります。

全ゲノムシークエンシング

Massive parallel sequencing法の一つです。セルフリーDNA（cfDNA）スクリーニングの最も一般的な方法で、全ゲノムにわたってcfDNA断片を配列します。断片の由来染色体は、ヒトゲノムの構築物とのアラインメントによって特定されます。例えば、正常である二倍体の非妊娠女性では、cfDNA断片の約1.3％が21番染色体に由来しています。これは、21番染色体はヒトゲノムの約1.3％を含むからです。妊娠中、胎児と母体の両方が2倍体である場合、21番染色体断片の予想される割合は1.3％のままです。しかし、胎児が21番染色体を3コピー持っている21トリソミーの場合、21番染色体断片の割合は予想される1.3％より若干高くなります。どの程度高くなるかは、胎児由来の断片の整列の割合によります。例えば、胎児が21トリソミーで胎児DNA率（胎児分画）が10％の場合、21番染色体断片の割合は1.365％（1.30 x (1 + [0.10/2]）とやや高くなります。一方、胎児分画が低い場合は、21番染色体断片の増加は小さく（例えば、1.365未満）、21番トリソミーの検出は難しくなります。この方法は ショットガンシーケンスと呼ばれることもあり、信頼性の高い検査結果を得るためには、数百万個の断片をマッピングする必要があります。

ターゲット法

Massive parallel sequencing法の一つです。ターゲット法では、最も関心のある染色体、または染色体領域、典型的には21、18、13に焦点を当てます。特定の染色体をターゲットにすることで、アライメントする配列の数が少なくなり、必要なリソースも少なくて済みます。他の染色体をターゲットにすることも可能であるが、新たなターゲットごとに大きな修正を加える必要があり、拡張性は高くありません。。

一塩基多型（SNPs）

一塩基多型（SNPs）を利用するこの方法は、対象となる染色体（通常は21、18、13番）上に存在する数万個の多型性の高いSNPsを読み取ることに依存します。これらの染色体に存在するSNPパターンは、母体と胎児の遺伝子型に基づいた特定のパターンになるため、母子を区別することが可能です。胎児21番トリソミーのように、もう1本染色体が存在する場合は、3本目の21番染色体上にSNPによるパターンが追加されます。SNP法は、双胎妊娠における異数性、双胎接合体、および消失した二卵性双生児を同定することができます。

他の方法と同様、必要なのは母体検体のみです。しかし、SNP検査は、卵子提供による妊娠、骨髄移植や臓器移植のレシピエントの妊娠、妊娠キャリアなどの比較的まれな例では使用できません。胎児分画が低くなると結果の解釈が難しくなり、検査不合格となることが他の方法より多くなっています。

マイクロアレイ

この方法は、対象となる染色体（通常、21、18、13）上のそれぞれ数百のユニークな遺伝子座を定量するマイクロアレイプラットフォームを使用します。得られた産物の塩基配列が決定され、各標的染色体の塩基配列数はバイアスを減らすために調整されます。全ゲノム法と同様に、対象となる染色体のいずれかがトリソミーである場合、カウント数は増加します。

シークエンシング法に比べて精度が良くありません。

ローリングサークル増幅法（RCA）

この方法はcfDNAの選択された断片を対象としています。これらの断片に特異的にデザインされたプローブが、標的とする染色体（典型的には21、18、13）ごとに結合します。RCAを用いると、これらの産物は蛍光産物に増幅され、自動顕微鏡プレート上で観察し、カウントすることができます。他の方法と同様、胎児がトリソミーである場合、その数は増加します。

NIPTの正確性を担保するために必要な胎児分画（胎児DNA率）について

胎児分画とは、母体血中のセルフリーDNAのうち、胎児-胎盤単位に由来するものの割合を言います。胎児-胎盤セルフりーDNAは、早ければ妊娠5週、ほとんど妊娠9週までに母体血中に検出されます。胎児セルフリーDNAの相対濃度は、妊娠10週から約20週までは妊娠月齢とともに緩やかに増加し（1週間あたり0.1％）、その後、正期産まで1週間あたり1％と急速に増加します。10～20週の2%は胎児分画4％以下でした。

信頼できるcfDNAスクリーニング結果を得るためには、十分な量の胎児-胎盤cfDNAが存在しなければなりません。一般に、検査を成功させるためには、循環cfDNA全体の最低3～4％が胎児-胎盤由来でなければなりません。4つの要因によって胎児分画が系統的に減少する可能性があり、これが検査不合格（”no call “または “no result “の報告）につながったり、偽陰性の結果につながったりします。

低胎児分画の原因

低胎児分画の原因は以下が挙げられます。

妊娠早期

妊娠10週以前の胎児分画はかなり低くなるため、ほとんどの検査施設では、検査に十分な胎児分画を確保するために、患者に少なくとも妊娠10週まで待つよう求めています。

適切でないサンプル採取

適切なサンプル採取と断片化したcfDNAの安定化は、胎児分画を保存するために重要です。サンプルを室温で5日間まで安定させる特殊なcfDNA採取チューブ（例えば、Cell-Free DNA BCT、Streckチューブ）を使用します。これらのチューブは冷蔵または冷凍保存してはなりません。冷蔵又は冷凍すると、赤血球が溶血をおこすため、検査に適合しなくなります。

例えば、採血管に半分しか入っていないといった不完全な検体採取は、検査室で拒否される可能性があり、また胎児 cfDNA の検査に必要な血漿量が不十分なため、検査不合格の可能性が高くなります。

母親の肥満

母親の体重が増加するにつれて、胎児分画は系統的に減少します。比較的一定量の胎児cfDNAが肥満患者のより多い母体血漿量で希釈されること、また母体体重の増加に伴って母体由来cfDNA量が増加することに起因しています。約1500人の正常核型妊娠患者を対象とした研究では、<3.5％という低胎児分画が全サンプルの1.1％に認められたが、体重60kg未満の患者では0.2％であったのに対し、体重110kg以上の患者では10.5％でした。

胎児核型（染色体型）

妊娠10～20週における平均胎児分画は、トリソミー18の胎児がいる妊娠（平均胎児分画9％）では、正常核型胎児の妊娠（平均胎児分画11～13％）よりも低く、トリソミー21の胎児がいる妊娠（平均胎児分画13～15％）では高い と報告されています。他の異常についてのデータは少ないが、13トリソミーとターナー症候群の胎児分画も正常核型胎児より低いようです。三倍体胎児の胎児分率は極めて低く、通常は4％以下です。

その他の要因

低胎児分画は以下の因子とも関連しています。

• ●妊娠20週以前の母体による低分子ヘパリンの使用
• ●体外受精による妊娠
• ●双胎妊娠、胎児1人当たりの胎児分画は双胎の方が低いため

NIPT（新型出生前診断）検査の流れ

NIPT（新型出生前診断）検査の一般的な流れは以下の通りです。

受診と相談

妊娠中の女性は、医師や産婦人科医に相談し、NIPT検査の適応範囲やリスク、利点、限界について詳しく説明を受けます。

検査の予約

医師との相談を経て、NIPT検査が適切と判断された場合、具体的な検査が予約されます。

採血

NIPTは母体の血液から行われます。特に胎児から放出される胎児DNAを検出するため、母体の静脈から採血が行われます。

検体の送付

採取された血液検体は専門の検査施設に送付されます。ここで、DNAが分析され、染色体の異常や特定の遺伝的な情報が調査されます。

検査結果の解釈

検査結果は通常、数週間以内に医師や遺伝カウンセラーによって解釈されます。検査がスクリーニングであるため、陽性の場合は確定診断が必要です。

確定診断の検討

NIPTはスクリーニング検査であるため、陽性の場合は確定診断のために羊水検査や絨毛検査などの追加の検査が検討されることがあります。

結果の伝達とカウンセリング

検査結果は医師や遺伝カウンセラーを通じて患者に伝達され、結果に基づく選択肢やその意味について詳しく説明されます。

NIPT検査は非侵襲的で比較的簡単に行われるため、多くの妊婦に利用されています。ただし、検査の解釈や結果に基づく行動については、慎重な相談と検討が求められます。

NIPT検査を受ける際の留意点

NIPTを受ける際には、以下の点を確認しましょう。

適応範囲の確認

NIPTは主に染色体異常や特定の遺伝性疾患を検査するために使用されます。検査の適応範囲を理解し、自身の状況に適しているか確認しましょう。

妊娠週数の考慮

NIPTは通常、妊娠10週以降から受けることができます。検査を受ける際には、妊娠週数が適切かどうか確認しましょう。

検査結果の解釈

NIPTの検査結果は医師や遺伝カウンセラーが解釈します。結果が出た際には、専門家の解説を受けることが重要です。

陽性結果の確定診断

NIPTはスクリーニング検査であり、陽性結果が出た場合は確定診断のための検査が必要です。この点を理解し、必要なら追加の検査を検討しましょう。

個人の選択肢の考慮

NIPTの結果に基づいて、どのような行動をとるかは個人の選択です。NIPT検査を受ける前に、検査結果に基づく選択肢をよく理解し、心身ともに準備しておくことが大切です。

これらの留意点を踏まえ、NIPT検査を受ける際には医師や専門家との相談を通じて検査に関する十分な情報を得ることが重要です。

まとめ

以上、NIPTの検査方法と原理、結果の正確性に影響を与える胎児分画について説明してきました。
NIPTは、陽性に出ると、非常に精神的に混乱をする検査です。しっかりカウンセリングを受けられる医療機関で受けることがおすすめされます。