I wish to thank Professor Paolo Durand, Director of the International Centre of Paediatric Genetics at the Mendel Institute, for his kind words and I particularly thank him for having proposed this celebration to mark the 40th anniversary of the foundation of the Institute.

Somewhat audaciously, I borrow a metaphor when I say that the real foundation stone of the Mendel Institute is the book, “The Study of Twins” here on the bookrest [Fig. 1]. This rather large volume carries works I had collected and developed in Rome over the previous years. In the main, it relates to clinical research work which for me began in an orphanage, not too far away from here on via Nomentana, where I encountered a pair of identical twin brothers, Romolo and Remo [Fig. 2]. The boys were so alike physically that I constantly confused the two and it was this experience that drew my attention to the twinning phenomenon. The book also contains a bibliographic list of over 7,900 studies carried out on the subject of twins. One of the first, of course, is that of Darwin's cousin, Francis Galton and another example from a later period is that of Chiarugi, the Florentine anatomist.

Published in 1951, “The Study of Twins” provoked such overwhelming interest in the medical world that it led me to vigorously promote two initiatives which began to take shape the following year. In 1952 the first issue of the journal “Acta Geneticae Medicae et Gemellologiae” was published and the construction of the Gregor Mendel Institute of Medical Genetics and Gemellology got under way to be finally inaugurated on 6 September 1953. One of the earliest and certainly most important figures in establishing the Institute is here with us today, Dr. Ildo Avetta, the Roman architect who designed the building. Let me take this opportunity to thank him once again for his brilliant work which has drawn the attention and admiration of many over the years.

Here, before you, is the complete 40-volume series of Acta Geneticae Medicae et Gemellologiae from its birth to date. [Fig. 1].

Over the last decades the frequency of multiple births has been on the decline in most developed countries. This trend, however, has been restricted to dizygotic twins, while monozygotic rates have remained stable or risen slowly. In more recent years, however, the fall in multiple dizygotic birth rates has ceased and a slight increase is observed. This trend and the increased frequency of triplets or higher-order births, registered from the early 1980s onwards, are essentially related to treatments for infertility. No single risk factor, such as maternal age, parity, oral contraceptive use, or declining fertility rates can explain the overall declining trends. In this paper we review the descriptive epidemiology and the main risk factors for multiple pregnancies.

The increasing number of twin (and higher order) births is a matter of national concern for two reasons: First, the differential rates of preterm (< 37 weeks) delivery and low birthweight (< 2,500g) among twins compared to singletons; and second, the inordinate contribution of these infants to overall infant mortality, morbidity and long-term handicap. Data from all births in the U.S. during 1987 and 1988 was used to calculate distribution frequencies for gestational age at delivery, and birthweight, as well as mortality and handicap rates and the corresponding relative risks of these latter events for twins compared to singletons. A suggestion for improvement in the mortality and handicap rates and reduced costs among survivors is presented. This proposal is based upon data from the singleton and twin literature and the use of the prenatal invervention of adequate maternal nutrition during the pregnancy.

In the present study 90 multiple pregnancies were examined. These were subdivided on the basis of the number of embryos involved (74 twins, 10 triplets, 6 quintuplets) and on whether they were followed at our clinic for the entire pregnancy or not. In each group we analysed certain variables, calculating the respective mean values and standard deviations. We used the ANOVA test to discriminate the eventual differences in the means of the variables analysed, operating a p<0.05 significance value. In addition, significant differences were analysed by the test of Contrasts (Scheffe F-test). The concept that emerged from the data investigated is that careful management of these pregnancies, carried out in high-level structures, can reduce the incidence of complications on both the maternal and fetal side and thus prevent “minimal brain damage” in the newborn.

A sophisticated regionalization plan in maternal and child care, including risk assessment, maternal transfer mechanisms, 24 hour communication availability, and regional tertiary perinatal intensive care units (high risk obstetrics integrated with level III neonatal intensive care), has allowed the Province of Ontario to significantly decrease perinatal mortality. Data collection by hospital of birth, birthweight and gestational age shows that this effect is most marked in the preterm infant between 25 and 32 weeks and in hospitals with small obstetrical volumes. Little decrease in incidence of preterm birth has occurred. Multiple births provide a significant number of the preterm births; singleton rates between 20-36 weeks are 5.48%, twins 42.97%, and triplets 95.3%. However, when compared with singletons of the same birthweight, the mortality rates for twins are less than those of singletons, and triplets are even less again. High incidence of prematurity in multiple pregnancies means that a regional perinatal unit has a large occurrence of maternally transferred high risk pregnancies. In our institute, a 10-year review between 1978 and 1988, showed an incidence of 24 triplet, four quadruplet, and one quintuplet pregnancies. Review of outcome and data relative to these pregnancies showed an early neonatal mortality rate of 31.6, a perinatal mortality rate of 51.5 and survival to discharge of 93%. The occurrence of neonatal complications was respiratory distress syndrome in 43%, bronchopulmonary dysplasia in 6%, and intraventricular hemorrhage in 4%. Long term follow-up showed only one severely handicapped child (mental retardation and cerebral palsy), 10 infants with a mild hypotonia and mild delay in gross motor development (both considered functional and transient), and 74% entirely normal. It is concluded that integrated perinatal care can result in excellent outcomes for multiple pregnancies as long as all components of antenatal, intrapartum, and neonatal care are combined effectively.

For many parents, the joy of having twins and triplets is reduced by the unexpected emotional as well as physical and financial stresses which they experience with children who may suffer from prematurity and low birthweight, and who have a higher risk of language delay and disability. Paediatric care should start from the time of ultrasound diagnosis. The Multiple Births Foundation holds regular meetings for expectant parents. Twins Clinics are held in three centres in the UK as well as three special clinics (Growth, Supertwins and Bereavement), where families may discuss problems relating to the twinship as well as sharing their experiences with parent volunteers.

The prevalence of twinning and higher order multiple births is high and is increasing in many countries, due at least in part to fertility-enhancing medical therapies. About 1 in 40-45 births is a twin; it is thus important to investigate whether the twinning status confers a higher risk for morbidity and mortality, particularly early in life. Birth defects are a major cause of morbidity and mortality in the pediatric age-group. The purpose of this review is to consider the evidence for an increased risk of some birth defects associated with twinning, using data from the literature and the Italian Multicentre Birth Defects Registry (IPIMC), to illustrate some of the challenging aspects of the study of birth defects in twins, and to suggest some guidelines for future investigations.

Twins are a heterogeneous group. They may differ in origin and genetic similarity, as for monozygotic (MZ) and dizygotic (DZ) twins; and in placentation (monochorial monoamniotic, monochorial diamniotic, dichorial with separate or fused placentae). Likewise, birth defects are known to be heterogeneous in presentation, pathogenesis, and etiology. Thus, the question raised here is not whether or not birth defects ‘in general’ are more common in twins, but rather whether or not there are any specific types of defects that are more frequent among specific types of twins. To maintain the generality of the discussion, this review will focus on those structural defects which are not unique to twins; conjoined twins and arcadia, defects which are unique to the twinning process, will not be discussed.

Immune-mediated diseases affect up to 5% of the population and are a major cause of morbidity and mortality. These diseases can be organ specific, such as insulin-dependent diabetes (IDDM) and non-organ specific, such as Rheumatoid Arthritis (RA). Identical and non-identical twins have been used to establish whether these diseases are determined by genetic or environmental factors. The results of these studies have been collated in a new section of the Mendel Institute in Rome.

Diseases included in these studies included IDDM, RA, Systemic Lupus Erythematosus (SLE), Multiple Sclerosis (MS) and Myasthenia. Striking differences in concordance rates between identical and non-identical twins in all these studies suggest that genetic factors are important in causing these diseases. All the diseases are known to be associated with HLA genes on chromosome 6 which may account for some or all of the genetic susceptibility. However, in the majority of pairs the affected twin has an unaffected co-twin. These observations suggest that non-genetically determined factors, probably environmental factors and not somatic mutations, are critical. The study of unaffected co-twins, who are at high disease-risk, has allowed the identification of changes which precede and predict the clinical disease. The immune-mediated destruction in many of these diseases is probably caused by T-lymphocytes. Twin studies have shown the importance of genetic factors in determining T-cell responses. Identical twins should, therefore, provide the perfect test bed to assess the role of T-cells in immune-mediated diseases.

The medical research on twins, carried out at the Gregor Mendel Institute for Medical Genetics and Twin Study in Rome over the past four decades, has resulted in a vast collection of clinical paper records. A challenge was presented by the need for a more secure method of storage to preserve this enormously valuable historical and scientific patrimony and to render its contents more easily accessible for research purposes. We met the challenge by planning and developing the computerization of this material. New concepts, currently being explored in biomedical informatics, were applied to build a Knowledge Data Base System, using a fourth-generation language (SQL). This architecturally innovative computer system enables its users to manipulate data supplied, rather than just simply storing it. Based on heuristic relational criteria between variables and parameters, the system is employed to solve problems of sibling design analysis typically arising from twins' records, but is also equipped to meet future data base requirements. Another feature of the system is its users' ability to pull off data in the form of regular automated reports, which are distributed through a Local Area Network (LAN). Through a Bulletin Board System (BBS) and modem, any scientist (outside as well as within the Institute) is thus able to access data and exchange scientific information.

With recent advances in molecular biology and genetics, cohorts such as the National Academy of Sciences-National Research Council (NAS-NRC) Twin Registry may become of increasing importance. This paper outlines the creation and history of the NAS-NRC Twin Registry, methodologies utilized for analysis of twin data, studies that have been completed or are underway, and possible future types of studies.

An essential element in any investigation of environment-genetics interaction is twin registries. At present there exist two types, one based on the whole population and another relying on voluntary participation. The second type is an important source of epidemiological information regarding the presence or absence of a disease (concordance) between members of monozygotic and dizygotic pairs. However, this type presents two serious drawbacks: the data do not cover all twins, and since the twins enrolled are those who require the greatest assistance, this results in a serious selection bias [2]. On the contrary, the first type has neither of these defects and represents an invaluable source of information for epidemiological studies on the concordance of pysiological features, morbidity and mortality, together with genetic and environmental influences and their interaction [1, 3-5].

April 1993 saw the first enrolment in a Multiple Pregnancies Registry designed to collect data from 47 Italian hospitals. This registry forms part of a larger survey, the “Mercurio Project”, originally set up in April 1992 under the aegis of the Italian Multicentre Birth Defects Registry (IPIMC). The aims of the registry are the following:

(a) to set up longitudinal epidemiological studies on the health, morbidity and mortality of twins

(b) to assess the role of environmental-genetic interaction in determining childhood behaviour and disease (using case-control studies where each twin is matched with his or her cotwin)

(c) to draw the attention of socio-sanitary personnel to twins and their special needs.

La gravidanza gemellare è stata sempre considerata «a rischio» come dimostrato dalla elevata incidenza di mortalità e morbosità. L'entità del rischio è stata valutata con una indagine statistica condotta sui nati nel periodo 1987-1993 nella U.O. di Neonatologia annessa alla Clinica Ostetrico-Ginecologica dell'Università di Firenze. Vengono riferiti i risultati di uno studio relativo all'incidenza di patologia in 463 gemelli confrontata con quella osservata in 15,658 nati da parto singolo. L'incidenza della gemellarità è stata del 2.87% (la media nazionale si aggira intorno al 2%). L'età gestazionale media dei gemelli oscilla intorno alle 35 settimane. Il 38% dei gemelli presenta un peso alla nascita ≥ 2,500g. rispetto al 94% dei singoli; il 12% dei gemelli è nato con peso < 1,500g. rispetto all'1.5% dei singoli. Il basso peso dei gemelli alla nascita è il risultato della prematurità e del ritardo di accrescimento. L'evento malformativp nella nostra U.O. è stato del 2.98% nelle gravidanze singole e del 5.61% nelle gravidanze plurime. La mortalità neonatale precoce è stata del 4.89% nei gemelli contro lo 0.46% nei singoli. La mortalità perinatale è stata del 7.77% nei gemelli contro l'1.15% nei singoli. La patologia respiratoria ha inciso nel parto singolo per il 2.31% e nel parto plurimo per il 4.96%. I risultati della nostra indagine sono stati discussi e confrontati con quelli della letteratura.

The neonatal intensive care of twins has seen many changes over later years. In fact, major improvements in prenatal evaluation and neonatal management techniques have greatly increased the possibility of survival for infants at risk, especially those born from multiple pregnancies. Our study reports the results of a retrospective survey for the years 1990 to 1993, on the outcome of 76 twin infants (ie. 11,4% of the 661 newborns admitted to our unit over that period) correlating the clincial symptoms observed with the modality of birth.

L'epidemiologia delle gravidanze multiple si è notevolemente modificata nel corso degli ultimi due decenni in virtù del perfezionamento e della diffusione delle tecniche di riproduzione assistita. L'utilizzazione di induttori farmacologici della ovulazione (specie le gonadotropine ed il citrato di clomifene) e l'impianto in utero di più embrioni fecondati in vitro, sono fattori che maggiormente hanno contribuito a fare impennare verso l'alto il numero di nati da gravidanze plurigemine. L'incidenza di parti trigemini, ad esempio, considerata gli inizi degli anni '70 di circa 1:10,000 parti, oggi si è elevata sino ad 1:3,500 circa.

Presentiamo i dati relativi a 132 soggetti nati da gravidanze plurigemine all'Istituto Materno Infantile dell'Università di Palermo, al fine di valutarne la sopravvivenza e la morbilità anche in relazione al tipo di gravidanza (spontanea o indotta). In tal senso abbiamo preso in considerazione esclusivamente i nati nella nostra struttura con età gestazionale uguale o superiore a 26 settimane, escludendo quindi i nati da gravidanze plurime nati in altre strutture e trasferiti dopo la nascita (Tabella).

Delle 57 gravidanze plurime, 37 (64.9%) sono risultate certamente indotte, solo farmacologicamente (54.1 %) o con varie tecniche di riproduzione assistita (45.9%). Le gravidanze indotte costituiscono nel nostro campione il 92.9% delle gravidanze con ordine di gemellarità superiore o uguale a 3 e solo il 55.8% delle gravidanze bigemine. Sul complesso delle gravidanze indotte conosciute, la quota percentuale delle plurigemine è risultata del 59.1% 102 neonati (77.3%) sono nati da taglio cesareo, 30 (22.7%) da parto eutocico.

Riportiamo 55 casi di gravidanze gemellari su un totale di 7,350 (0.75%) diagnosi citogenetiche prenatali eseguite presso il Centro di Genetica Umana dell'E.O. Ospedali Galliera di Genova, nel periodo 1975-1993. Le gravidanze gemellari erano bia-mniotiche nel 93.7% dei casi e monoamniotiche nel restante 6.3%. Le indicazioni per cui è stata richiesta la diagnostica citogenetica prenatale sono riportate in Tab. I

La quasi totalità delle diagnosi (n. 54) è stata effettuata mediante prelievo di liquido amniotico tra la 15ma e la 21ma settimana di gestazione; in un solo caso è stato richiesto il prelievo dei villi coriali alla lima settimana. In Tab. II riportiamo i sessi fetali riscontrati.

L'incidenza di pre-eclampsia nella gravidanza gemellare è aumentata di circa 5 volte rispetto alle gravidanze singole. La velocimetria Doppler a livello uterino si è dimostrato in popolazioni a rischio, un metodo efficace per identificare precocemente le pazienti a rischio di pre-eclampsia. Non sono disponibili dati a questo riguardo nella gravidanza gemellare.

Obiettivi: 1) valutare le differenze negli indici di resistenza delle arterie uterine tra gravidanze singole e gemellari, 2) valutare eventuali differenze in gravidanze gemellari complicate da pre-eclampsia, 3) valutare il valore predittivo della velocimetria Doppler uterina sulla pre-eclampsia in gravidanze gemellari esaminate a 20-24 settimane di gestazione e poi seguite prospettivamente.

Disegno dello studio: l'indice di resistenza RI a livello di entrambe le arterie uterine è stato calcolato mediante Doppler colore-pulsato (Ansaldo Hitachi AU590A) nelle seguenti popolazioni: a) 315 gravidanze singole non complicate, b) 96 gravidanze gemellari non complicate, c) 53 gravidanze gemellari complicate da pre-eclampsia, d) 63 gravidanze gemellari valutate a 20-24 settimane di gestazione e non complicate al momento della osservazione.

Risultati: 1) sia nelle gravidanze singole che in quelle gemellari i valori di RI decrescono nel corso della gravidanza e i valori presenti nelle gravidanze gemellari a decorso normale sono significativamente inferiori (Anova p < 0.001). 2) le gravidanze gemellari complicate da preeclampsia dimostrano valori di RI lievemente superiori alle gravidanze gemellari non complicate (p <0.05). 3) il valore predittivo sulla preeclampsia delle arterie uterine a 20-24 settimane è risultato inadeguato (k = 0.24).

Conclusioni: la velocimetria Doppler delle arterie uterine è risultata di scarsa utilità clinica nel prevedere la preeclampsia nelle gravidanze gemellari.

Le gravidanze gemellari sono caratterizzate da riduzioni delle dimensioni del feto accompagnati dai corrispondenti riduzioni placentari, come precedentemente riportato. Anche modificazioni sono state evidenziate a carico degli altri annessi embrionali, mentre varie sono le problematiche non risolte. Pertanto noi abbiamo voluto valutare le caratteristiche morfofunzionali delle vene ombelcali cordonali di gemelli dicoriali confrontandoli con quelle di gravidanze normali a termine. Sono stati analizzati i cordoni ombelicali di gravidanze a termine e da una gravidanza gemellare dicoriale recisi dalla placenta subito dopo il parto. È stata utilizzata la microscopia elettronica a trasmissione (TEM) e a scansione (SEM). Per l'indagine immuno istochimica è stata impiegata la tecnica del complesso avidina-biotina perossidasi. Le cellule endoteliali sono state ottenute con il metodo di Jaffe e per gli studi di fluorescenza è stata utilizzata la sonda l-(4 trimetilaminofenil) 6 fenil-1,3,5 — esatriene (TMA-DPH).

Nei cordoni ombelicali ottenuti da gravidanze normali a termine esse presentano una completa fase di differenziamento. Abbiamo infatti osservato: 1) elementi modicamente appiattiti, 2) protrusioni citoplasmatiche, 3) vescicole di pinocitosi e citoplasmatiche, 4) aggregati di lisomi, 5) corpi di Weibel e Palade, 6) nucleo lenticolare, 7) nucleo evidente con predominante eucromatina. La tonaca media appare ricca di fibrocellule muscolari lisce ricche di filamenti di tipo contrattile. Nei gemelli le celule endoteliali appaiono globose con aspetti di attività cellulare come anche confermato dagli studi biochimici. Le cellule muscolari sottostaminali risultano assai ricche di reticolo ergastoplasmatico e con fenotipo sintetico.

In conclusione per quanto concerne il cordone ombelicale quanto da noi osservato istochimicamente ultrastrutturalmente biochimicamente pare sottolineare uno stato di minor maturità delle gravidanze gemellari rispetto ai controlli normali a termine.

Presso il Centro di Diagnosi Prenatale all'Università Cattolica del Sacro Cuore di Roma, sono state osservate 95 pazienti con gravidanza complicata da idrope fetale non immunologica. Nove pazienti presentavano una gravidanza gemellare. La sopravvivenza dei 95 feti osservati è stata del 27.7%. Nessun feto gemellare idropico è sopravvissuto. Nei 9 casi di gravidanza gemellare è stato possibile diagnosticare ecograficamente una placenta monocoriale in 6 casi e monoamniotica in 3 casi. La causa dell'idrope fetale è stata riferita in 3 casi a trasfusione feto-fetale; in 2 casi a cardiopatia fetale ed 1 caso a malformazione genito-urinaria e 3 casi di n.d.d. La morte del feto idropico è avvenuta tra la 21a e la 35a settimana di gravidanza. Dei feti gemellari non idropici la sopravvivenza è stata del 57.1% (4 su 7).

Otto delle gravidanze gemellari sono state osservate prima del 1988, epoca in cui nella nostra Istituzione, non era possibile un approccio diagnostico e terapeutico intrava-scolare mediante cordocentesi. Tale possibilità diagnostica e terapeutica può con molta probabilità migliorare la sopravvivenza dei feti idropici nelle gravidanze gemellari come avvenuta nelle gravidanze singole, dove è passata dal 25% (1980-88) al 36.8% (1988-93).

La presenza di crescita discordante di un gemello si associa con una aumentata mortalità e morbilità perinatale. Le cause della scarsa crescita di un gemello possono essere multiple. I risultati apparsi in letteratura sulla velocimetria Doppler in questi casi sono discordanti.

Obiettivi: valutare l'emodinamica fetale mediante velocimetria Doppler in gravidanze gemellari complicate da crescita discordante di un gemello secondarie a due differenti eziologie a) insufficienza uteroplacentare b) twin-to-twin transfusione syndrome (TTTs).

Disegno dello studio: sono state selezionate retrospettivamente 12 gravidanze gemellari biamniotiche bicoriali complicate da ritardo di crescita di un gemello che ha sviluppato nel corso della gravidanza decelerazioni tardive (gruppo da insufficienza uteroplacentare) e 10 gravidanze gemellari monocoriali e biamniotiche con conferma postnatale di TTTs. Si sono eseguite misurazioni seriate a livello dei vasi periferici arteriosi fetali, a livello intracardiaco e dei vasi venosi fetali. La differenza tra i valori assoluti tra i due gemelli (delta) è stata quindi calcolata.

Risultati: nelle gravidanze gemellari con insufficienza uteroplacentare si è assistito ad un aumento progressivo del valore delta in tutti i distretti vascolari indagati che raggiunge valori massimi in prossimità dell'insorgenza delle decelerazioni tardive. Nelle gravidanze gemellari complicate da TTTs il valore delta non dimostra variazioni significative nei vasi periferici arteriosi. A livello intracardiaco e venoso modificazioni si sono evidenziate solo al momento dell'ultima registrazione precedente al parto.

Conclusioni: la velocimetria Doppler permette di identificare i gemelli con crescita discordante secondaria ad insufficienza uteroplacentare. In questi feti è possibile eseguire un monitoraggio longitudinale delle loro condizioni emodinamiche. In caso di TTTs il significato della velocimetria Doppler appare limitato.

Lo studio dei fenomeni dinamici del travaglio e del parto gemellare suggerisce che l'azione uterina inefficace è un fenomeno frequente; l'uso dell'ossitocina per accelerare il travaglio è controverso, soprattutto per la relativa difficoltà di monitorare en-trambe i gemelli in maniera soddisfacente. Inoltre, non esiste consenso su quale sia l'in-tervallo di tempo ideale tra il parto del primo gemello e quello del secondo. Uno dei motivi principali delle divergenze di opinioni su quale debba essere la condizione ottimale del travaglio e del parto gemellare, è la relativa bassa incidenza della gravidanza gemellare, fenomeno che, all'interno di ogni singola unità ostetrica, spesso impedisce una analisi statisticamente significativa dei dati. Recentemente è stato proposto un programma computerizzato (PartoSoft) che, oltre alla raccolta e alla analisi statistica dei dati, permette la visualizzazione e la stampa del partogramma costruito dal computer sulla base degli eventi del travaglio e del parto precedentemente immessi nella banca dati. Il programma prevede una immissione dati specifica per il travaglio ed il parto gemellare. Con la modalità “partogramma multiplo” è possibile visualizzare e quindi studiare contemporaneamente decine di curve relative ad altrettanti travagli gemellari. In questa maniera si possono correlare le modalità di travaglio e parto a numerosi parametri clinici: parità, dilatazione cervicale all'inizio del travaglio, stato delle membrane, uso dell'ossitocina, situazione e presentazione, tipo di analgesia, indicatori di benessere alla nascita (punteggio di Apgar, equilibrio acido-base sui funicoli ombellicali) e pesi alla nascita con percentili.

L'adozione di questo programma su scala nazionale permetterebbe la centralizzazione e l'analisi dei dati relativi ai 6000-7000 travagli e parti gemellari che si verificano ogni anno in Italia permettendo di rispondere in modo scientifico ai numerosi quesiti ancora irrisolti.