L’impatto dello screening neonatale nella prevenzione secondaria del difetto ereditario di biotinidasi

Background: Neonatal screening has been proven to be the most effective tool for patients of Hereditary Metabolic Diseases (MME), who often benefit from such therapeutic and preventive interventions. Biotinidase deficiency (BTD), a rare genetic-metabolic disorder that results in a reduced endogenous capacity in the metabolic recycling of Biotin, an essential cofactor for all carboxylase-functioning enzymatic activities. Throughout the first months of life, pediatric patients may present with severe in the first months of life with severe epileptogenic encephalopathy associated with major lactic acidosis. Since an early administration of biotin has been shown to prevent clinical manifestations in patients affected by BTD, this condition has become part of the metabolic disease panels eligible for mass neonatal screening programs. Methods: In this Thesis, 173779 infants undergoing extended neonatal screening from May 2017 to April 2023 have been evaluated. Biochemical screening has beenperformed at the Neonatal Screening Laboratory of the Regina Margherita Children's Hospital in Turin. All subjects who tested positive for BTD have been treatedat the Regional Clinical Reference Center for Hereditary Metabolic Diseases of the Pediatric Clinic of the University of Turin. For each positive patient, an analysis of the biotindase enzyme activity and allelic variants has been performed using paper- absorbed blood spots . The molecular analysis has been conducted employing the standard Next Generation sequencing method (NGS). Results: From a total cohort of 173779 infants, 32 ases of BTD were identified, with an overall Global incident ratio of 1:5400. Out of 29 had partial biotinidase activity deficiency, a clinical-biochemical phenotype defined by residual enzyme activity between 10% with an observed incidence ratio of 1:6000. Finally, neonatal screening identified 3 enfants with total biotinidase deficiency, a potentially very severe clinical-biochemical phenotype defined by the complete absence of enzyme activity, Giving an incidence ratio of 1:58000. From a genetic-molecular point of view, we demonstrate that certain allelic variants, such as c.1330G>C and c.1368A>C, are more frequently associated with cases of partial deficiency in the neonatal population. All patients with a confirmed molecular diagnosis have been provided with vitamin supplementation: A 20 g/day dose for total BTD and a 10 g/day dose for partial BTD During clinical follow-up, it was observed that biotin therapy resulted in the total prevention of disease-related clinical manifestations. Conclusions: The results of this study have made it possible to define the epidemiological scope of biotinidase deficiency in a large cohort of newborns and, above all, have confirmed the crucial role of neonatal screening as an indispensable tool for the early diagnosis of this rare metabolic disorder. Furthermore, we have shown that a simple pharmacological intervention carried out in the neonatal period results in complete prevention of the neurological damage that characterizes the natural history of the disease.

Background: Lo screening neonatale si dimostra essere lo strumento più efficace di prevenzione delle Malattie Metaboliche Ereditarie (MME), che possono beneficiare di interventi terapeutici e preventivi. Il deficit di biotinidasi (BTD) è una rara patologia genetico-metabolica che determina una ridotta capacità endogena nel riciclo metabolico della vitamina Biotina, cofattore essenziale per tutte le attività enzimatiche a funzione carbossilasica. I pazienti pediatrici affetti da tale condizione possono presentare nei primi mesi di vita una severa encefalopatia epilettogena associata ad acidosi lattica maggiore. Poiché la somministrazione precoce di biotina determina una prevenzione totale delle manifestazioni cliniche, questa condizione è entrata a far parte dei pannelli di malattie metaboliche idonee per i programmi di screening neonatale di massa. Metodi: In questa Tesi di Laurea sono stati valutati 173779 neonati sottoposti a screening neonatale esteso da maggio 2017 ad aprile 2023. Lo screening biochimico è stato effettuato presso il Laboratorio di Screening neonatale dell’Ospedale Pediatrico Regina Margherita di Torino. Tutti i soggetti risultati positivi allo screening per il difetto di biotinidasi (BTD) sono stati seguiti in follow-up presso il Centro Clinico di riferimento regionale per le malattie metaboliche ereditarie della Clinica Pediatrica dell’Università di Torino. In questo studio sono state analizzate le attività enzimatiche e le varianti alleliche in ciascun paziente risultato positivo alle procedure di screening. L’attività dell’enzima biotinidasi (BTD), è stata eseguita su spot ematico assorbito su carta. L’analisi molecolare è stata effettuata mediante metodica standard NGS. Risultati: Su una coorte totale di 173779 neonati, sono stati identificati 32 nuovi casi di deficit di biotinidasi (BTD), con una incidenza globale complessiva di 1:5400. Di questi, 29 presentano un deficit parziale dell’attività biotinidasica, fenotipo clinico-biochimico definito da una attività enzimatica residua fra il 10 e il 30%, con una incidenza osservata di 1:6000. Lo screening neonatale ha infine permesso di identificare 3 nuovi neonati affetti da deficit totale di biotinidasi, fenotipo clinico-biochimico potenzialmente molto severo e definito dall’assenza completa di attività enzimatica, con una incidenza osservata di 1:58000. Dal punto di vista genetico-molecolare, si evidenzia come alcune varianti alleliche, come la c.1330G>C e la c.1368A>C, siano più frequentemente associate ai casi di deficit parziale nella popolazione neonatale. Tutti i pazienti con diagnosi molecolare confermata sono stati avviati alla supplementazione farmacologica vitaminica, che prevede per i neonati con difetto totale di biotinidasi un apporto giornaliero di 20 mg di biotina, mentre per i neonati con difetto parziale l’apporto di biotina è di 10 mg al giorno. Nel corso del follow-up clinico, è stata osservato che la terapia con biotina ha permesso la totale prevenzione delle manifestazioni cliniche correlate alla patologia. Conclusioni: I risultati di questo studio hanno permesso di definire l’ambito epidemiologico del deficit di biotinidasi in una vasta coorte di neonati e, soprattutto, hanno confermato il ruolo cruciale dello screening neonatale, quale strumento inderogabile per la diagnosi precoce di questa rara patologia metabolica, per la quale un semplice intervento farmacologico effettuato in epoca neonatale determina una prevenzione completa dei danni neurologici che caratterizzano la storia naturale della malattia.