Evaluering af indvirkningen af ​​reduceret iltkoncentration på frekvensen af ​​levendefødte

Der er gjort betydelige fremskridt med at karakterisere det optimale miljø for et embryo i udvikling i kultur. Disse bestræbelser har været baseret på den forudsætning, at klinisk embryokultur skulle efterligne in vivo-miljøet. Til dette formål har efterforskere gjort meget ud af at genskabe alle aspekter af de naturlige omgivelser, som det tidlige embryo udsættes for. Denne fokuserede tilgang har ført til betydelige ændringer af embryokultursystemet i det moderne in vitro fertilisering (IVF) laboratorium og i sidste ende til forbedringer i graviditetsrater.

Et område, der har været genstand for betydelig undersøgelse, er forholdet mellem inkubatorens iltkoncentration og tidlig embryonal udvikling. Ilt spiller en central rolle i embryonal metabolisme. Den mekanisme, der styrer dets udnyttelse, afhænger af stadiet af embryonal udvikling. I løbet af de første 3 dage af udviklingen når oxygen embryonet via passiv diffusion, og dets koncentrationsgradient reguleres af oxygenforbruget under oxidativ fosforylering. Ineffektivitet i denne proces - på grund af kompromitteret integritet af den indre mitokondrielle membran eller ændringer i substrattilgængelighed - kan resultere i overdreven produktion af skadelige reaktive oxygenarter, som kan forårsage betydelig skade på cellulært maskineri og i sidste ende føre til embryonal standsning.

Koncentrationen af ​​oxygen, som embryonet i kulturen udsættes for, kan også påvirke dette delikat afbalancerede system og ændre et embryos metaboliske sundhed. Historisk set blev atmosfærisk iltkoncentration (ca. 20%) udelukkende brugt i humane IVF-laboratorier til embryokultur. Imidlertid fandt flere undersøgelser efterfølgende, at den fysiologiske koncentration af oxygen i den kvindelige forplantningskanal er et godt stykke under atmosfæriske niveauer, idet den konsekvent blev målt til <10 %. Disse observationer førte til flere forsøg, der sammenlignede atmosfæriske oxygenkoncentrationer med 5% oxygen i embryokultur. Disse undersøgelser viste signifikante forstyrrelser i genekspression, proteinsekretion og suboptimal udnyttelse af aminosyrer og kulhydrater i embryoner dyrket i atmosfærisk oxygen. De samme sammenligninger blev foretaget i kliniske IVF-undersøgelser og viste, at embryoner dyrket i 5 % oxygen konsekvent resulterede i en stigning i klinisk graviditetsrate og levende fødselsrate. En meta-analyse af dette emne antydede, at en klinik med en baseline levende fødselsrate på 30 % kunne forvente en forbedring på helt op til 13 %, når man dyrkede embryoner ved 5 % O2.

Som et resultat af disse overbevisende data dyrker de fleste moderne IVF-programmer nu udelukkende embryoner ved 5 % iltkoncentration. Nogle har dog foreslået, at iltkoncentrationen, som embryoet udsættes for efter udviklingsdag 3, faktisk er lavere end 5 %. Disse data stammer fra ideen om, at embryoet krydser utero-tubal-forbindelsen på dag 3 af udvikling in vivo. Flere undersøgelser har vist, at iltkoncentrationen i livmoderen faktisk er lavere end i æggelederen med ca. 2 %. Således ville det mest fysiologiske embryokultursystem dyrke embryoner i 5 % oxygen indtil dag 3 og derefter reducere oxygenkoncentrationen til 2 % indtil overførsel eller kryokonservering på dag 5 eller 6.

En ændring i den optimale iltkoncentration for et embryo på dag 3 ville passe med et generelt skift i metaboliske behov for embryoner set på dette udviklingsstadium. Aktivering af det embryonale genom sker på dag 3, hvilket medfører en signifikant stigning i biosyntetisk aktivitet. Embryonernes metaboliske adfærd ændrer sig også væsentligt i løbet af denne tid. Embryonet ændrer sin metaboliske strategi fra oxidativ phosphorylering til glukosebaseret metabolisme i form af den aerobe glykolyse og citronsyrecyklussen. Under denne proces, kaldet komprimering, udviser embryoner et stærkt øget iltforbrug.

Det fysiologiske miljø i den kvindelige forplantningskanal har en tendens til at afspejle de metaboliske behov hos det udviklende præimplantationsembryo. Da embryoet ændrer sin metaboliske strategi efter komprimering og ved indtræden i livmoderen, er det bestemt muligt, at en reduceret iltkoncentration i livmoderen bedst understøtter de energiproducerende mekanismer på dette stadium i embryonal udvikling. Rekapitulering af dette miljø i kultur kan forbedre embryonal udvikling og langsigtet sundhed for graviditeter som følge af IVF.

Denne teori er blevet bekræftet i to nyere pilotundersøgelser. Den første undersøgelse, der for nylig blev tildelt Prize Paper Award på 2016 American Society for Reproductive Medicine Scientific Meeting, randomiserede embryoner doneret til forskning til 2 % eller 5 % iltkoncentration efter dag 3 i udviklingen og fandt, at embryoner havde dobbelt så stor risiko for at blastulere, hvis de blev dyrket i 2% oxygenkoncentration. Imidlertid blev embryoner undersøgt i denne undersøgelse enten unormalt befrugtet eller opvarmet fra kryokonservering på dag 3 efter at være blevet doneret til forskning. Ingen var beregnet til klinisk brug.

Med disse begrænsninger i tankerne, har vores gruppe for nylig afsluttet en undersøgelse med anvendelse af embryoner beregnet til klinisk brug (Copernicus IRB: RMA-2016-02). I denne undersøgelse indskrev vi 60 patienter og delte alle igangværende embryoner på udviklingsdag 3 til dyrkning i enten 2 % eller 5 % oxygen indtil blastocyststadiet. Resultaterne er endnu ikke offentliggjort, men dyrkning i 2 % ilt efter dag 3 gav flere blastocyster end dyrkning i 5 % ilt. I alt havde 30 patienter flere embryoner nå blastocyst i 2 % ilt, mens kun 17 patienter havde flere embryoner nå blastocyst i 5 % ilt. Ti patienter havde lige mange i begge tilstande (3 trak sig fra undersøgelsen). Denne forskel nåede statistisk signifikans.

Denne indledende undersøgelse var designet til specifikt at evaluere embryoners udviklingsevne under begge forhold. Der er dog også nogle graviditetsdata tilgængelige fra de patienter, der er gået videre med at overføre disse embryoner. I denne indledende undersøgelse havde dyrkningsbetingelser ingen indflydelse på beslutningen om, hvilket embryo der skulle overføres. Dette blev blindet for embryologer og patienter, og kun typiske morfologiske kriterier blev brugt. Igen, af patienter, der er gået videre til embryooverførsel, har embryoner, der var blevet dyrket i 2 % oxygen, klaret sig bedre end dem udelukkende hos 5 % (88,9 % [16/18] vs. 62,5 % [15/24]

Denne indledende undersøgelse var dog ikke designet til specifikt at teste spørgsmålet om, hvorvidt 2 % versus 5 % ilt i forlænget kultur giver bedre graviditetsresultater. Patienterne blev ikke randomiseret til hverken 2 % eller 5 % oxygen. Således er de nuværende graviditetsdata tilbøjelige til en vis skævhed, og der er behov for en bedre kontrolleret undersøgelse for at evaluere virkningen af ​​reduceret iltkoncentration i kulturen på de vigtigste resultater: levende fødselsrate.

Formål med foreslået undersøgelse Denne undersøgelse søger at sammenligne kliniske resultater af embryoner dyrket ved 2 % oxygenkoncentration og 5 % oxygenkoncentration efter komprimering. Det primære resultat, der undersøges, vil være levende fødselsrate. Sekundære resultater vil omfatte abortrate, gestationsalder ved fødslen, fødselsvægt ved fødslen, embryoblastulationshastighed, embryoploidistatus (aneuploid eller euploid) og morfologiske parametre (ekspansion, indre cellemassegrad, trophectoderm-grad). Den kumulative levende fødselsrate for alle embryoner, der stammer fra undersøgelsens stimuleringscyklus, vil også blive indsamlet og analyseret. Dette vil teoretisk afsløre, om nogen fordel i antallet af tilgængelige blastocyster til overførsel oversættes til større reproduktionseffektivitet, når udvidet dyrkning udføres ved 2 % oxygen.