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. 2023 Nov;235(6):366-372.
doi: 10.1055/a-2153-7789. Epub 2023 Sep 25.

High Throughput Newborn Screening for Sickle Cell Disease - Application of Two-Tiered Testing with a qPCR-Based Primary screen

Joachim Janda #  1 , Sebastian Hegert #  2 , Jessica Bzdok  3 , Rafael Tesorero  1 , Ute Holtkamp  2 , Siegfried Burggraf  3 , Elfriede Schuhmann  3 , Friedrike Hörster  1 , Georg F Hoffmann  1 , Nils Janzen  2   4   5 , Jürgen G Okun  1 , Marc Becker  3   6 , Jürgen Durner  3   6
Affiliations

High Throughput Newborn Screening for Sickle Cell Disease - Application of Two-Tiered Testing with a qPCR-Based Primary screen

Joachim Janda et al. Klin Padiatr. 2023 Nov.

Abstract
in English, German

Background: Sickle cell disease (SCD) is a group of hemoglobinopathies with a common point mutation causing the production of sickle cell hemoglobin (HbS). In high-throughput newborn screening (NBS) for SCD, a two-step procedure is suitable, in which qPCR first pre-selects relevant samples that are differentiated by a second method.

Methods: Three NBS centers using qPCR-based primary screening for SCD performed a laboratory comparison. Methods using tandem MS or HPLC were used for differentiation.

Results: In a benchmarking test, 450 dried blood samples were analyzed. Samples containing HbS were detected as reliably by qPCR as by methods established for hemoglobinopathy testing. In a two-step screening approach, the 2nd-tier-analyses have to distinguish the carrier status from pathological variants. In nine months of regular screening, a total of 353,219 samples were analyzed using two-stage NBS procedures. The 1st-tier screening by qPCR reduced the number of samples for subsequent differentiation by>99.5%. Cases with carrier status or other variants were identified as inconspicuous while 78 cases with SCD were revealed. The derived incidence of 1:4,773, is in good agreement with previously published incidences.

Conclusion: In high-throughput NBS for SCD, qPCR is suitable to focus 2nd-tier analyses on samples containing HbS, while being unaffected by factors such as prematurity or transfusions. The substantial reduction of samples numbers positively impacts resource conservation, sustainability, and cost-effectiveness. No false negative cases came to attention.

Hintergrund: Die Sichelzellkrankheit (SCD) bezeichnet eine Gruppe von Hämoglobinopathien mit einer gemeinsamen Punktmutation, die zur Bildung von Sichelzell-Hämoglobin (HbS) führt. Für das Hochdurchsatz-Neugeborenenscreening (NGS) auf SCD bietet sich ein zweistufiges Verfahren an, in dem die qPCR HbS-haltige Proben vorselektiert, die mit einer zweiten Methode differenziert werden.

Methoden: Drei NGS-Zentren, in denen ein qPCR-basiertes Primärscreening auf SCD durchgeführt wird, haben sich einem Laborvergleich unterzogen. Zur Differenzierung wurden Tandem-MS oder HPLC genutzt.

Ergebnisse: In einem Laborvergleich mit 450 Trockenblutproben wurden HbS-haltige Proben mit qPCR ebenso zuverlässig erkannt, wie mit Methoden die zur Untersuchung von Hämoglobinopathien etabliert sind. Der Fokus der Folgeanalytik liegt beim zweistufigen SCD Screening somit auf der Unterscheidung zwischen Trägerstatus und pathologischen Varianten. In neun Monaten Regelscreening wurden insgesamt 353.219 Proben untersucht, wobei das 1st-tier-NGS mittels qPCR die Probenzahl für die Differenzierung um>99,5% reduzierte. Fälle mit Trägerstatus oder andere Varianten wurden als unauffällig erkannt und 78 Fälle mit SCD diagnostiziert. Die abgeleitete Inzidenz von 1:4.773, stimmt gut mit bislang publizierten Inzidenzen überein.

Schlussfolgerung: Im Hochdurchsatz-NGS auf SCD ist qPCR geeignet, um die Folgeanalytik auf Proben zu fokussieren, die HbS enthalten und dabei von Störkonstellationen wie Frühgeburtlichkeit oder Transfusionen unbeeinflusst zu sein. Die erhebliche Reduzierung der Probenzahl wirkt sich positiv auf Ressourcenschonung, Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit aus. Falsch negative Befunde sind nicht bekannt geworden.

PubMed Disclaimer

Conflict of interest statement

The authors declare that they have no conflict of interest.

Figures

Fig.1
Fig.1
Distribution of genotypes in the total benchmarking sample set. The term ‘non-HbS’ here refers to variants devoid of HbS, i. e., mainly wildtype; the figure was created with R (4.1.2) and ggplot2 (3.3.5).
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References

    1. Brandow A M, Liem R I. Advances in the diagnosis and treatment of sickle cell disease. J Hematol Oncol. 2022;15:20. doi: 10.1186/s13045-022-01237-z. - DOI - PMC - PubMed
    1. An R, Huang Y, Rocheleau A et al.Multispectral imaging for MicroChip electrophoresis enables point-of-care newborn hemoglobin variant screening. Heliyon. 2022;8:e11778. doi: 10.1016/j.heliyon.2022.e11778. - DOI - PMC - PubMed
    1. Kato G J, Piel F B, Reid C D et al.Sickle cell disease. Nat Rev Dis Primers. 2018;4:18010. doi: 10.1038/nrdp.2018.10. - DOI - PubMed
    1. Ware R E, de Montalembert M, Tshilolo L et al.Sickle cell disease. The Lancet. 2017;390:311–323. doi: 10.1016/S0140-6736(17)30193-9. - DOI - PubMed
    1. Ryan K, Bain B J, Worthington D et al.Significant haemoglobinopathies: guidelines for screening and diagnosis. Br J Haematol. 2010;149:35–49. doi: 10.1111/j.1365-2141.2009.08054.x. - DOI - PubMed

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