NIPTの原理とは？なぜ母体の血液から 赤ちゃんの染色体異常が判定できるか

NIPTは2013年から、日本で運用開始された新型出生前診断です。
これまでの出生前診断「コンバインド検査」や「母体血清マーカー検査」に比べると非常に精度が高いため注目されています。NIPTは母体から採血をするだけで赤ちゃんの染色体異常がわかり、強い痛みや流産のリスクを回避できる点が魅力です。

では、なぜ母体の血液を調べるだけで赤ちゃんの染色体異常がわかるのでしょうか？NIPTの仕組みを理解することで、よりNIPT検査に対する信頼性や安心感が増すでしょう。そこで今回はNIPTの原理について解説していきます。

はじめにNIPTとは　

まずはNIPTがどういった出生前診断なのか確認していきましょう。NIPTは母体の採血を行うだけで検査ができるため、身体への負担が少ない出生前診断です。妊娠10週から（ミネルバクリニックでは妊娠6週から）検査が受けられます。
NIPTは非確定検査であるため、陽性（染色体異常の可能性が高い）の結果が出た場合、結果を確定させるためには確定的検査を受ける必要があります。

NIPTの原理とは

NIPTの原理とはどのようなものなのでしょうか。母体の採血により赤ちゃんの染色体異常がわかる理由は、母体の血液中に赤ちゃんのDNAの断片が存在するからです。NIPTではこのDNA断片を検査することで、染色体異常の有無を調べることができるのです。
ここからはDNA断片や解析方法について詳しく解説していきます。

母体の血液中の胎児由来成分を検査する

母体の血液中には胎児から由来する成分が循環しています。
胎児成分には、胎児細胞、Fetal RNA、cell-free fetal DNAの3種類があります。NIPTでは、3種類の胎児成分のなかの「cell-free fetal DNA」を採取して検査をします。

NIPTの検査対象「Cell-free fetal DNA」とは

cell-free fetal DNAは、母体血液中に循環する前、絨毛間腔に存在します。絨毛間腔とは胎盤の中にある空間のことで、母体組織である脱落膜と、胎児組織の絨毛膜、羊膜からできています。
絨毛膜は胎児側から伸びる枝状の絨毛からなっており、絨毛と絨毛の間には母体の血液が流れています。Cell-free fetal DNAは、この絨毛間腔にある絨毛の細胞がアポトーシス（細胞の自然死）を起こして脱落した胎児由来の成分です。
母体血液中に存在する3種類の胎児成分のなかで、cell-free DNAを検査対象とするには以下の理由があります。

1. DNAは妊娠5週、遅くても9週までには母体血液中に存在するため、妊娠初期より検査が可能。
2. cell-free fetal DNAは母体血液中に存在する期間が短く、今回の妊娠に特異的であるため。一方胎児細胞は出産後数年経過しても母体血液中に存在するため今回の妊娠に特異的。
3. 母体血液中のDNA断片には胎児由来のものと母体のものの2種類が存在。すべてのDNA断片の3～10％が胎児由来となっており、胎児細胞と比較して豊富に存在していることから容易に検査可能。
参照：NIPT Non-Invasive Prenatal Testing の原理とその応用　

cell-free DNAを用いた解析方法とは

では、実際にcell-free fetal DNAからどのようにして染色体異常を解析していくのでしょうか。

まず、母体から採血した血液を遠心分離機で各成分に分離します。
胎児由来のcell-free fetal DNAは、血液から血球を取り除いた血液成分である血漿の中に含まれています。しかし、母体の血漿中に存在するDNA断片には胎児由来だけでなく、母体由来のものもあり、区別することはできません。
そのため、すべてのDNA断片の塩基配列(*1)を解読し、常染色体の1〜22番、性染色体に分類します。常染色体の各番号の量の割合をみることで、特定の染色体の数的変化を検出することができます。

*1 塩基配列：DNA（GACT、グアニンアデニンシトシンチミンを使用）またはRNA（GACU、グアニンアデニンシトシンウラシル）分子内の対立遺伝子を形成するヌクレオチドの順序を示す5つの異なる文字のセットで示される塩基の連続のこと

すべてのDNA断片の3～10％は胎児由来となっていますが、仮に胎児が21番目の染色体が3本のダウン症候群であった場合、この割合が正常な場合と比べて増加します。
DNA断片の塩基配列を解読し、胎児由来成分の増加を確認することで染色体異常がわかります。
NIPTは非確定的出生前診断の中でN99％と非常に高い精度を誇っています。しかし、NIPTはあくまでも非確定の検査であり、確定的検査を受ける必要があります。
ではなぜ、精度の高いNIPTが非確定的検査であるのかその理由を解説していきます。

精度の高いNIPTが非確定的検査である理由　

NIPTは胎児のゲノム（DNAのすべての遺伝子情報のこと）を直接検査しているわけではありません。
母体の血液中の胎児由来cell-free fetal DNAを調べているということは、母体側の影響、胎児・胎盤側の影響を受け、結果が正確でない可能性があります。
それぞれがどのように検査結果に影響していくのでしょうか。

母体側の影響

染色体を分類したときに、母体の不顕性な染色体疾患（微小欠失、重複・低頻度モザイクなど）や、母体の疾患（腫瘍性疾患、自己免疫疾患、薬剤など）が検査結果に影響を与える可能性があります。

胎児・胎盤側の影響

胎児由来cell-free fetal DNAの大部分は胎盤由来です。そのため胎盤性モザイク、Vanishing Twinの影響を受ける可能性があります。

胎盤性モザイクとは　

胎盤性モザイクとは、胎盤と胎児が異なる染色体を持っており、赤ちゃんは正常で、胎盤だけにモザイクがある状態です。胎盤性モザイクが起こる原因は以下のようなことが考えられます。

・胎盤細胞のみ突然変異で染色体が異常になっている。
・もともとモザイクが存在していたが、胎児だけ突然変異が起こり異常が修正された。

胎盤にのみモザイクがある場合、NIPTでは陽性となる可能性があり、産まれてくる赤ちゃんが正常であった場合結果は偽陽性となります。
これらの結果から、NIPTの結果が100％とはなりません。

バニシングツイン（Vanishing Twin）とは　

バニシングツインとは、双子を妊娠していたものの妊娠経過の中でその内の一人を失ってしまう現象のことをいいます。発生時期のほとんどは妊娠初期である6〜8週の間です。
双子の妊娠の場合、亡くなってしまった胎児が自然に排出されずに母体の子宮に吸収されることがあります。
もう一人の胎児に直接的な悪影響を及ぼすことはありませんが、生き残った胎児に先天性障害や合併症の発生リスクが出現してしまう可能性があります。特に二卵性双生児では胎児のDNAが異なるため、結果に影響がでやすくなります。
そのためバニシングツインを経験された方は妊娠経過に十分に注意しましょう。

NIPTを受けるメリットと注意点

NIPTを受けるにあたり、メリットと注意点を把握しておきたい方もいらっしゃるでしょう。ここではそれぞれを紹介していきます。

NIPTのメリット

まずはNIPTのメリットについて触れていきます。

染色体異常を早期に発見できる

NIPTは他の検査と比べても早い、妊娠9-10週から受けることができます。（ミネルバクリニックでは妊娠6週から可能です）もし陽性だった場合、確定検査を受けるか受けないか、人工妊娠中絶も視野に入れているのかなど、次のステップに進むにあたり多くのことを考えなければなりません。
どんな結果でも生みたいと考えていた場合でも、赤ちゃんの持っている染色体異常に合わせた分娩や出産後の体制などを考えて転院した方がいいケースもあるでしょう。
染色体異常を早期に発見できるということは、そうした準備の時間を多く持つことができるのです。

非侵襲的でリスクが低い

羊水検査や絨毛検査などの確定検査では、母胎に流産や感染症のリスクのある侵襲的なやり方で検査を進めていきます。具体的には、お腹に針を刺して羊水や中の組織を採取するというやり方です。羊水検査では0.2〜0.3%、絨毛検査では約1%の流産のリスクがあります。
NIPTの場合、検査で必要なのは母体の採血のみです。検査による流産のリスクはなく、かつ高い精度で染色体異常を発見することができます。
他の非確定検査（コンバインド検査、超音波検査、血清マーカー検査など）も流産のリスクはありませんが、NIPTと比較すると検査の精度が劣ります。

精度が高い

検査精度の評価には感度、特異度、的中率が用いられます。NIPTはこれらの指標全てにおいて高い水準を維持し、高い精度を誇ります。

感度：染色体異常を有する胎児が正しく陽性と判定される確率
特異度：染色体異常のない胎児が正しく陰性と判定される確率
的中率：検査結果の正確性を示し、陽性的中率と陰性的中率が含まれる
陽性的中率：陽性と判定された結果が後に真の陽性である確率
陰性的中率：陰性と判定された結果が後に真の陰性である確率

NIPTは21トリソミーの感度と特異度がともに99％以上であり、陽性的中率も高水準を維持していますが、100％には達していません。陽性の場合、確定検査が推奨されています。

NIPTの注意点

NIPTのメリットを開設したうえで、続いては注意点についても触れていきます。

結果の解釈には専門家のアドバイスが必須

NIPTの結果の解釈については、臨床遺伝専門医や遺伝カウンセラーなどの専門家のアドバイスが必須です。陰性であれば特に問題ないですが、陽性だった場合にほとんどの妊婦さんは大きなショックを受け、中にはパニックに陥ってしまう方もいらっしゃいます。

NIPTを受けられる施設には「認証施設」「非認証施設」がありますが、認証施設では検査前と検査後に必ず臨床遺伝専門医などの専門家がカウンセリングを実施しており、その後確定検査が必要となれば、検査の実施まで対応しています。
しかし非認証施設では、結果はメールや書面でのみの連絡となり、カウンセリングは必要であれば自分から連絡するという体制をとっているケースがほとんどです。中には確定検査を受けるための病院を自分で探さなければならないこともあります。事前にアフターフォローの内容をよく確認するようにしておきましょう。
ミネルバクリニックは非認証施設ですが、臨床遺伝専門医である院長自身がカウンセリングを実施しているのでご安心ください。

確定診断ではないため、追加検査が必要

NIPTは医学的な立ち位置としてもあくまで「非確定検査」となります。NIPTだけで陽性かどうかを確定させることはできません。本当に検査結果を確定させるには羊水検査や絨毛検査などの確定検査を受ける必要があります。
NIPTで陽性だった場合、無料で受けられる施設もありますが、羊水検査や絨毛検査は通常10〜20万円かかり、かつ先にも述べたようにリスクのある検査です。
これらを踏まえてNIPTを受けるかどうか考えておく必要があります。

NIPTでわかる赤ちゃんの染色体異常

NIPTでわかる赤ちゃんの染色体異常はダウン症候群、エドワーズ症候群、パトウ症候群の3つです。染色体は「常染色体」と「性染色体」に分かれており、染色体異常として注目するのは常染色体です。
常染色体は1番から22番まで番号がふられていて、通常は1つの番号に2本の染色体があります。しかし、染色体異常の場合は1つの番号に染色体が3本ある状態です。
以下では、ダウン症候群、エドワーズ症候群、パトウ症候群について何番目の染色体が３本になっているのかの解説も踏まえて紹介します。

ダウン症候群

ダウン症候群は21番目の染色体が3本の染色体異常です。21トリソミーとも言われ、1,000人に1人の割合で発症しています。
発育や精神発達に遅れがあることや、約半数の方は出生時から心臓に異常がみられることが特徴です。
ダウン症候群は根本的な治療はありませんが、心臓やほかの臓器の疾患に対して治療を行うことができます。そのため、医療の進歩により徐々にダウン症候群の方の寿命はのび、平均寿命は60歳(*3)です。
*3 21トリソミーのある方のくらし 厚生労働省

エドワーズ症候群

エドワーズ症候群は18番目の染色体が3本の染色体異常です。18トリソミーとも言われ、一般的に 5,000～10,000人(*4)に 1人の割合で出生します。ほとんどの場合、自然に流産してしまいます。
*4 出生前診断の提供等に係る体制の構築に関する研究

パトウ症候群

パトウ症候群は13番目の染色体が3本の染色体異常です。13トリソミーとも言われ、一般的に4,000～10,000人に1人の割合で出生します。出生後、80％は生後1か月より前に亡くなることが多く、1歳までの生存確率は10％未満です。
*4 出生前診断の提供等に係る体制の構築に関する研究

陽性的中率100％のスーパーNIPTとは

ここまでで、NIPTの検査結果がどのような原理で判定されているのか解説しました。
あくまでも非確定的検査という位置づけのNIPTですが、NIPT検査の種類に「スーパーNIPT」とよばれる検査があるのをご存知でしょうか？
陽性的中率はなんと100％と高い精度を誇り、NIPTの中でもさらに信頼度の高い検査となっています。

ではほかのNIPT検査とどのような点に違いがあるのでしょうか？検査方法から費用まで解説します。

DNAの由来が母体と胎児どちらなのかを区別できる

スーパーNIPTはDNAのメチル化という化学反応により、母体由来のDNAなのか、胎児由来のDNAなのかを区別して測定することができます。
これは第1世代、第2世代では行えない、スーパーNIPT独自の検査方法です。
DNAが母体由来か胎児由来化を区別できるようになった結果、胎児分画とよばれる胎児DNAの比率を挙げることができます。このことからより高い精度での検査が可能となりました。

偽陰性が0%

スーパーNIPTは偽陰性が0％（報告なし）、ダウン症候群、エドワーズ症候群の陽性的中率率が100％となっています。
この技術は世界特許であり、父親由来の遺伝子検査も可能となっていること、検査ができる遺伝子の種類も大幅にアップしていることも特徴としてあげられます。

世界特許のスーパーNIPTは全国でミネルバクリニックのみ実施

スーパーNIPTはイルミナ社のVeriseq2検査方法で、従来の約2.5倍の設備投資と高い技術力が必要です。この検査方法は世界で最も新しく、かつ正確性の高いNIPT検査となっています。
そして世界特許の技術のため、世界でたった１社しか行えません。その世界特許企業である「Medicover genetics」と独占契約を交わしているのがミネルバクリニックです。
独占契約を可能にしたのは、知識・実績豊富な臨床遺伝専門医が運営するミネルバクリニックだからこそです。

スーパーNIPTの費用

■スーパーNIPTベーシック
17万6,000円（税込）

■スーパーNIPTプラス
19万8,000円（税込）

■スーパーNIPTジーンプラス
23万6,500円（税込）

■スーパーNIPTジーンプラスペアレントコンプリート
35万2,000円（税込）

■コンプリートNIPTデノボプラス
44万円（税込）

■コンプリートNIPT
35万円（税込）
実施内容：スーパーNIPTジーンプラス+カリオセブン

■コンプリートNIPTデノボプラス
40万円（税込）
実施内容：コンプリートNIPT+デノボ

まとめ　

母体の採血によって赤ちゃんの染色体異常が判明する理由は、母体の血液に胎児由来成分のcell-free fetal DNAが含まれているからです。DNA断片の塩基配列を解読して、赤ちゃんの染色体異常を知ることができます。
NIPTは精度と安全性がともに高い新型出生前診断ですが、NIPTを受検する際には、ご家族そして医師や医療スタッフと十分相談をして決めることが重要です。
ミネルバクリニックでは知識・実績豊富な臨床遺伝専門医による遺伝子カウンセリングを提供しておりますので、ぜひご相談ください。

この記事の著者：仲田洋美（医師）