특히, 신경 발달 질환에 대한 근거가 증가함에 따라 엑손 수준의 CNV가 소아 의학분야에서 중요하게 여겨지고 있습니다. 유전자 내 돌연변이는 하나 또는두 개 이상의 엑손에 영향을 미치는 케이스가 최대 40% 이상이며 이로 인해 중대한 임상적 증상을 초래할 수 있다고 보고되고 있습니다. ²

산전 및 산후 검사 시에서 우리가 직면한 몇 가지 과제와 실험실에서의 관점을 시간, 품질, 비용 및 리소스로 나누어 살펴보겠습니다.

소요시간
임상 연구에서 검사 결과 보고까지의 소요시간 (TAT) 이 매우 중요합니다. CMA는 일반적으로 1-2주 소요 되나 WES의 경우 5~18주가 소요됩니다. 이 소요 시간의 비교는 환자로부터 샘플이 수집되는 시점부터 실험실에 샘플 처리, 데이터 분석, 결과 해석 및보고가 포함됩니다.

산전 검사의 경우 소요시간이 가장 중요한 요소입니 다. 임신중 임상의와 예비 부모는 임신을 계속할지 아니면 안전하게 임신을 종료할지 결정을 내리기 위한 정확한 정보가 필요합니다. 하지만 태아의 변화와 성장이 실시간으로 이루어지기 때문에 시간을 지연 시킬 수가 없기 때문입니다. 산후 검사 역시 가족 구성원들이 근본적인 문제 또는 원인을 파악하고 후속 검사 및 치료 방향을 찾는 등의 계획을 세우기 위해 빠른 검사 결과 보고가 매우 중요합니다.

CMA와 WES/WGS의 실험과정에서는 몇일정도만이 차이가 날 수 있지만, CMA 에 비해 WES/WGS 는 결과 분석에서 변이 호출 (call) 빈도수가 훨씬 더높습니다 4 . NGS 기술의 발달로 인해 그동안 명확히 규명되지 못했던 다양한 희귀 유전질환 에 대한 진단율은 증가했지만, 유전 질환을 앓고 있는 환자의 50% 이상이 여전히 질환에 대한 진단을 받지 못하고 있습니다 5 . 데이터 분석 및 변이해석에 있어서는 여전히 개선이 필요합니다. 변이 이상 수가 많을수록, 특히 VOUS (variants of uncertain/unknown significance)를 정확하게 식별하고 해석하기 위한 부담이 증가됩니다. 이로 인해 정기적인 재평가가 필요하며 후속 활동을 위한 의료 시스템이나 환자의 비용이 증가할 수 있습니다.

품질
CMA검사와 해석에 대한 전문가들의 합의된 의견과 모범 권장 사례 1,6,7 들이 잘 정리되어 있기는 하지만 WES를 사용한 산전 및 산후 유전자 검사 연구 범위는 현재까지 매우 제한적이며 이를 적용할 수 있는 합의된 의견서와 권장하는 케이스는 정해져 있습 니다. CNV 분석 데이터를 적용할 수 있는 명확한 가이드라인의 부재로 이를 활용해 분석 및 해석에 아직 까지 많은 시간이 필요합니다. 또한 특히 작은 Segment 8, 9 를 분석시 결과 일치도가 낮다는 의견도 있습니다. WES 데이터를 해석하는 것은 매우 복잡 하고 힘든 프로세스이며 알고리즘을 정확히 이해하고 교육하기 위해서는 여려 명의 Bioinformatics 전문가들이 필요합니다. 간혹 , 이미 경험이 많은 Bioinformatics 전문가들이 있는 연구실 간에도 결과가 다를 수 있습니다 10 . 이러한 불일치성은 보이는 이유는 연구실별로 다른 분석 툴과 소프트웨어 패키지를 사용하기때문에 다른 결과가 도출될 수 있으며, 불일치 결과 중 일부는 분석 툴내 annotation script로 인한 다양한 요인들로 인해 나타날 수 있습니다.

WES에 대한 연구에서 2,278개의 poor region이 1,615개의 유전자에 영향을 미쳤으며, 그 중 183개는 OMIM 데이터베이스에서 인간 질환과 관련이 있음이 밝혀졌습니다. 이러한 region에는 HGMD (Human Gene Mutation Database)데이터베이스 에서 1,044개의 질병 돌연변이와 ClinVar 데이터베 이스에서 277개의 pathogenic 또는 likely pathogenic 변이가 포함되어 있습니다 11 . 이러한 결과를 토대로 WES를 보완할 수 있는 신뢰도 높은 대안 기술의 필요함이 지속적으로 대두되고 있습니다.

Cytoscan™ array 의 가장 큰 장점은 높은 정확도와 재현성 입니다. 다양한 사양과 특징을 가진 제품들을 통해 보다 정확하고 재현성있는 CNV 분석이 가능합 니다.

자사에서는 CNV검출의 정확도와 재현성을 높이기 위해 전체 게놈의 영역을 포함하며 샘플의 특성에 맞춰 선택이 가능한 Cytoscan™ HD / 750K / Optima array 와전체 엑손 영역을 포함하는 Cytoscan™ XON array 까지 genomic coverage를 점차 넓혀가고 있습니다.

비용 및 자원
지난 10년 동안 Next-Generation Sequencing (NGS) 기기의 가격은 크게 하락하였고 처리량은 급격히 증가하여 더 많은 멀티플렉싱이 가능해졌지만, NGS 기기는 여전히 높은 자본의 투자가 필요한 제품으로 간주되며 분석 비용도 여전히 높습니다. 게다가 일부 NGS 워크플로우는 더 효율적이고 원활한 분석을 위해 부모와 자녀의 트리오 분석 3 (both parents and child)을 필요로 하며 이러한 케이스는 추가로 비용이 발생하게 됩니다.

분석 비용에 영향을 미치는 요소는 다양합니다. 일반 적으로 기기와 소모품에 대한 기본 구매 비용만을 가장 먼저 떠올릴 수 있으나 그 외 실험 및 데이터 분석을 위한 인건비 뿐만 아니라 대조군 및 비교군 샘플과 같은 샘플관리 및 기기 유지 보수와 같은 기타 비용도 고려해야 합니다. 또한 WES는 대용량 파일과 데이 터를 생성하고 분석 및 저장 파이프라인을 지원하기 위해 IT 인프라도 함께 구축되어야 합니다. 빅데이터를 생산, 저장, 관리를 위한 인프라비용이 발생 될뿐 아니라 빅데이터 분석하기 위한 전문적인 Bioinformatics 인력이 필요합니다.

Whole exome에 대한 CNV 분석 알고리즘
2017년에는 Thermo Fisher Scientific에서는 전체 엑손에 초점을 맞춘 제품이 개발되었습니다. 이는 엑손 수준에서 이상을 식별하기 위한 요구 사항을 해결하기 위한 것입니다.
약 26,000개의 유전자 중 엑손영역을 기준으로 84%는 완전한 커버리지로 포함되며 16%는 부분 적인 커버리지로 확인할수 있습니다, 특히, 많은 영역에서는 단일 엑손의 이상까지 검출할수 있는 검출 한계를 가지며 넓은 exon region을 커버하여 임상적 유의미한 결과를 도출할 수 있는 높은 민감도를 갖추고 있습니다.
자사 제품은 copy number와 SNP (Single Nucleotide Polymorphism) 프로브를 모두 포함하는 hybrid-microarray 로, 일반 microarray 에서 커버하지 못하는 mosaic segment, homozygosity, genomic contamination 또는 멘델 유전 법칙 패턴을 식별하고 copy number 변이를 검출 할수 있습니다. 이를 통해 높은 정확도는 물론 데이터에 대해 높은 신뢰도를 가질 수 있습니다.

임상적 유용성
Children’s National Medical Center, Radbound University Medical Center, Children’s Hospital Los Angeles 및 Greenwood Genetic Center와 같은 많은 클리니컬 센터와 병원에서는 Cytoscan™ HD / 750K / Optima array 와 Cytoscan™ XON array를 사용하고 있으며 결과를 보완하거나 컨펌을 목적으로 WGS/WES와 함께 또는 독립적으로 활용 하고 있습니다. 스웨덴 스톡홀름에 있는 Karolinska Institute의 연구에 따르면 CMA를 WES와 함께 활용하면 각각 단일 테스트만 사용한 것에 비해 자폐 스펙트럼 장애 환자에 대한 진단율이 거의 두 배 증가함을 확인하여 12 오늘날과 같은 ‘시퀀싱 시대’에도 CMA의 임상적 유용성을 입증하였습니다.

CMA는 여전히 ‘골드 스탠다드’이며 ACMG 지침에 따라 산전 및 산후 샘플에 대한 1차 분석으로서 권장 됩니다. 전반적인 Cytoscan™ array는 WES와 함께 사용하여 최고의 진단 결과를 제공할 수 있는 상호 보완 기술입니다. 두 검사는 복잡한 형태학적 표현형이 있는 경우에 상호 보완적으로 가장 잘 작동하는 효과 적인 기술입니다