Hodnocení vlivu snížené koncentrace kyslíku na živou porodnost

Významného pokroku bylo dosaženo při charakterizaci optimálního prostředí pro vyvíjející se embryo v kultuře. Toto úsilí bylo založeno na předpokladu, že klinická kultivace embryí by měla napodobovat prostředí in vivo. Za tímto účelem vynaložili vědci velké úsilí, aby znovu vytvořili každý aspekt přirozeného prostředí, kterému je rané embryo vystaveno. Tento cílený přístup vedl k významným úpravám systému kultivace embryí v moderní laboratoři in vitro fertilizace (IVF) a nakonec ke zlepšení četnosti těhotenství.

Jednou z oblastí, která byla předmětem značného zkoumání, je vztah mezi koncentrací kyslíku v inkubátoru a raným embryonálním vývojem. Kyslík hraje ústřední roli v embryonálním metabolismu. Mechanismus, kterým se řídí jeho využití, je závislý na stádiu embryonálního vývoje. Během prvních 3 dnů vývoje se kyslík dostává k embryu pasivní difúzí a jeho koncentrační gradient je regulován spotřebou kyslíku při oxidativní fosforylaci. Neefektivita v tomto procesu - kvůli narušené integritě vnitřní mitochondriální membrány nebo změnám v dostupnosti substrátu - může vést k nadměrné produkci škodlivých reaktivních forem kyslíku, které mohou způsobit významné poškození buněčného aparátu a nakonec vést k zástavě embrya.

Koncentrace kyslíku, které je embryo v kultuře vystaveno, může také ovlivnit tento jemně vyvážený systém a změnit metabolické zdraví embrya. Historicky se koncentrace atmosférického kyslíku (přibližně 20 %) používala výhradně v lidských IVF laboratořích pro kultivaci embryí. Několik výzkumů však následně zjistilo, že fyziologická koncentrace kyslíku v ženském reprodukčním traktu je hluboko pod atmosférickými hladinami, přičemž se trvale měří <10 %. Tato pozorování vedla k několika pokusům porovnávajícím koncentrace atmosférického kyslíku s 5% kyslíkem v kultuře embryí. Tyto studie prokázaly významné poruchy v genové expresi, sekreci proteinů a suboptimální využití aminokyselin a sacharidů v embryích kultivovaných v atmosférickém kyslíku. Stejná srovnání byla provedena v klinických studiích IVF a prokázala, že embrya kultivovaná v 5% kyslíku konzistentně vedla ke zvýšení míry klinického těhotenství a počtu živých porodů. Metaanalýza tohoto tématu naznačila, že klinika s výchozí mírou živě narozených dětí 30 % by mohla očekávat zlepšení až o 13 % při kultivaci embryí při 5 % O2.

Výsledkem těchto přesvědčivých údajů je, že většina moderních IVF programů nyní výhradně kultivuje embrya při 5% koncentraci kyslíku. Někteří se však domnívají, že koncentrace kyslíku, které je embryo vystaveno po 3. dni vývoje, je ve skutečnosti nižší než 5 %. Tato data pocházejí z myšlenky, že embryo překročí uterotubální spojení v den 3 vývoje in vivo. Několik studií prokázalo, že koncentrace kyslíku v děloze je ve skutečnosti nižší než ve vejcovodu přibližně o 2 %. Nejfyziologickější systém kultivace embryí by tedy kultivoval embrya v 5% kyslíku až do dne 3 a poté snižoval koncentraci kyslíku na 2% až do přenosu nebo kryokonzervace v den 5 nebo 6.

Změna optimální koncentrace kyslíku pro embryo v den 3 by odpovídala obecnému posunu v metabolických požadavcích embryí pozorovaným v této fázi vývoje. K aktivaci embryonálního genomu dochází 3. den, což vede k významnému zvýšení biosyntetické aktivity. Během této doby se také podstatně mění metabolické chování embryí. Embryo mění svou metabolickou strategii z oxidativní fosforylace na metabolismus založený na glukóze ve formě aerobní glykolýzy a cyklu kyseliny citrónové. Během tohoto procesu, nazývaného zhutňování, embrya vykazují značně zvýšenou spotřebu kyslíku.

Fyziologické prostředí ženského reprodukčního traktu má tendenci odrážet metabolické potřeby vyvíjejícího se preimplantačního embrya. Vzhledem k tomu, že embryo po zhutnění a vstupu do dělohy posune svou metabolickou strategii, je jistě možné, že snížená koncentrace kyslíku v děloze může nejlépe podpořit mechanismy produkující energii v této fázi embryonálního vývoje. Rekapitulace tohoto prostředí v kultuře může zlepšit embryonální vývoj a dlouhodobé zdraví těhotenství v důsledku IVF.

Tato teorie byla potvrzena ve dvou nedávných pilotních studiích. První studie, nedávno oceněná cenou Prize Paper Award na vědeckém setkání Americké společnosti pro reprodukční medicínu v roce 2016, randomizovala embrya darovaná k výzkumu na 2% nebo 5% koncentraci kyslíku po 3. dni vývoje a zjistila, že embrya měla dvakrát vyšší pravděpodobnost blastulace, pokud byly kultivovány ve 2% koncentraci kyslíku. Embrya studovaná v tomto výzkumu však byla buď abnormálně oplodněna nebo zahřátá z kryokonzervace 3. den poté, co byla darována na výzkum. Žádná nebyla určena pro klinické použití.

S ohledem na tato omezení naše skupina nedávno dokončila studii využívající embrya určená pro klinické použití (Copernicus IRB: RMA-2016-02). Do této studie jsme zařadili 60 pacientů a rozdělili všechna probíhající embrya 3. den vývoje na kultivaci buď ve 2% nebo 5% kyslíku až do stadia blastocysty. Výsledky ještě nebyly publikovány, ale kultivace ve 2% kyslíku po 3. dni produkovala více blastocyst než kultivace v 5% kyslíku. Celkem u 30 pacientů dosáhlo více embryí blastocyst v 2% kyslíku, zatímco pouze u 17 pacientů dosáhlo více embryí blastocysty v 5% kyslíku. Deset pacientů mělo stejný počet v obou stavech (3 ze studie odstoupili). Tento rozdíl dosáhl statistické významnosti.

Tato počáteční studie byla navržena tak, aby specificky vyhodnotila vývojovou výkonnost embryí v obou podmínkách. Existují však také některé údaje o těhotenství od těch pacientek, které přistoupily k přenosu těchto embryí. V této počáteční studii neměly kultivační podmínky žádný vliv na rozhodnutí, které embryo přenést. To bylo pro embryology a pacienty zaslepené a byla použita pouze typická morfologická kritéria. Opět platí, že z pacientů, kteří přistoupili k přenosu embryí, embrya, která byla kultivována ve 2% kyslíku, fungovala lépe než embrya výhradně v 5% (88,9 % [16/18] vs. 62,5 % [15/24]

Tato počáteční studie však nebyla navržena tak, aby konkrétně testovala otázku, zda 2% versus 5% kyslík v rozšířené kultuře produkuje lepší výsledky těhotenství. Pacienti nebyli randomizováni na 2% nebo 5% kyslík. Současné údaje o těhotenství jsou tedy náchylné k určitému zkreslení a je zapotřebí lépe kontrolovaná studie, která by vyhodnotila dopad snížené koncentrace kyslíku v kultuře na nejdůležitější výsledky: míru porodnosti.

Účel navrhované studie Tato studie se snaží porovnat klinické výsledky embryí kultivovaných při 2% koncentraci kyslíku a 5% koncentraci kyslíku po zhutnění. Primárním sledovaným výstupem bude živá porodnost. Sekundární výsledky budou zahrnovat míru potratů, gestační věk při porodu, porodní hmotnost při porodu, míru blastulace embrya, stav ploidie embrya (aneuploidní nebo euploidní) a morfologické parametry (expanze, stupeň vnitřní buněčné hmoty, stupeň trofektodermu). Rovněž bude shromážděna a analyzována kumulativní míra živé porodnosti všech embryí, která pocházejí ze studijního stimulačního cyklu. To teoreticky odhalí, zda nějaká výhoda v počtu dostupných blastocyst pro přenos vede k vyšší reprodukční účinnosti, když se prodloužená kultivace provádí při 2% kyslíku.