Evaluación del impacto de la concentración reducida de oxígeno en la tasa de nacidos vivos

Se ha logrado un progreso significativo en la caracterización del entorno óptimo para un embrión en desarrollo en cultivo. Estos esfuerzos se han basado en la premisa de que el cultivo clínico de embriones debe imitar el entorno in vivo. Con este fin, los investigadores han hecho todo lo posible para recrear todos los aspectos del entorno natural al que está expuesto el embrión temprano. Este enfoque enfocado ha llevado a modificaciones significativas del sistema de cultivo de embriones en el laboratorio moderno de fertilización in vitro (FIV) y, en última instancia, a mejoras en las tasas de embarazo.

Un área que ha sido objeto de un escrutinio significativo es la relación entre la concentración de oxígeno en la incubadora y el desarrollo embrionario temprano. El oxígeno juega un papel central en el metabolismo embrionario. El mecanismo que gobierna su utilización depende de la etapa de desarrollo embrionario. Durante los primeros 3 días de desarrollo, el oxígeno llega al embrión por difusión pasiva y su gradiente de concentración está regulado por el consumo de oxígeno durante la fosforilación oxidativa. Las ineficiencias en este proceso, debido a la integridad comprometida de la membrana mitocondrial interna o alteraciones en la disponibilidad del sustrato, pueden dar como resultado una producción excesiva de especies reactivas de oxígeno dañinas que pueden causar un daño significativo a la maquinaria celular y, en última instancia, conducir a la detención embrionaria.

La concentración de oxígeno a la que está expuesto el embrión en cultivo también puede afectar este sistema delicadamente equilibrado y alterar la salud metabólica de un embrión. Históricamente, la concentración de oxígeno atmosférico (aproximadamente el 20 %) se utilizaba exclusivamente en los laboratorios de FIV humana para el cultivo de embriones. Sin embargo, múltiples investigaciones encontraron posteriormente que la concentración fisiológica de oxígeno dentro del tracto reproductivo femenino está muy por debajo de los niveles atmosféricos, y se mide consistentemente en <10%. Estas observaciones dieron lugar a múltiples ensayos que compararon las concentraciones de oxígeno atmosférico con un 5 % de oxígeno en el cultivo de embriones. Estos estudios demostraron perturbaciones significativas en la expresión génica, la secreción de proteínas y la utilización subóptima de aminoácidos y carbohidratos en embriones cultivados en oxígeno atmosférico. Se realizaron las mismas comparaciones en estudios clínicos de FIV y se demostró que los embriones cultivados en oxígeno al 5 % dieron como resultado consistentemente un aumento en la tasa de embarazo clínico y la tasa de nacidos vivos. Un metanálisis de este tema sugirió que una clínica con una tasa inicial de nacidos vivos del 30 % podría esperar una mejora de hasta el 13 % al cultivar embriones al 5 % de O2.

Como resultado de estos datos convincentes, la mayoría de los programas modernos de FIV ahora cultivan exclusivamente embriones con una concentración de oxígeno del 5 %. Sin embargo, algunos han propuesto que la concentración de oxígeno a la que se expone el embrión después del día 3 de desarrollo es en realidad inferior al 5%. Estos datos parten de la idea de que el embrión cruza la unión útero-tubárica en el día 3 de desarrollo in vivo. Múltiples estudios han demostrado que la concentración de oxígeno en el útero es en realidad más baja que la de la trompa de Falopio en aproximadamente un 2%. Por lo tanto, el sistema de cultivo de embriones más fisiológico cultivaría embriones en oxígeno al 5% hasta el día 3 y luego disminuiría la concentración de oxígeno al 2% hasta la transferencia o crioconservación en el día 5 o 6.

Un cambio en la concentración óptima de oxígeno para un embrión en el día 3 encajaría con un cambio general en los requisitos metabólicos de los embriones observados en esta etapa de desarrollo. La activación del genoma embrionario se produce el día 3, lo que provoca un aumento significativo de la actividad biosintética. El comportamiento metabólico de los embriones también cambia sustancialmente durante este tiempo. El embrión cambia su estrategia metabólica de la fosforilación oxidativa al metabolismo basado en la glucosa en forma de glucólisis aeróbica y ciclo del ácido cítrico. Durante este proceso, denominado compactación, los embriones muestran un consumo de oxígeno mucho mayor.

El entorno fisiológico del aparato reproductor femenino tiende a reflejar las necesidades metabólicas del embrión en desarrollo antes de la implantación. A medida que el embrión cambia su estrategia metabólica después de la compactación y al ingresar al útero, es ciertamente posible que una concentración reducida de oxígeno en el útero pueda respaldar mejor los mecanismos de producción de energía de esta etapa en el desarrollo embrionario. Recapitular este entorno en cultivo puede mejorar el desarrollo embrionario y la salud a largo plazo de los embarazos resultantes de la FIV.

Esta teoría ha sido corroborada en dos estudios piloto recientes. El primer estudio, recientemente galardonado con el premio Prize Paper Award en la Reunión Científica de la Sociedad Estadounidense de Medicina Reproductiva de 2016, aleatorizó embriones donados para investigación a una concentración de oxígeno del 2 % o 5 % después del día 3 de desarrollo y descubrió que los embriones tenían el doble de probabilidades de explotar si se cultivaron en una concentración de oxígeno al 2%. Sin embargo, los embriones estudiados en esta investigación se fertilizaron de forma anormal o se calentaron de la criopreservación el día 3 después de ser donados a la investigación. Ninguno fue diseñado para uso clínico.

Con estas limitaciones en mente, nuestro grupo completó recientemente un estudio utilizando embriones destinados a uso clínico (Copernicus IRB: RMA-2016-02). En este estudio, inscribimos a 60 pacientes y dividimos todos los embriones en curso en el día 3 de desarrollo para cultivarlos en oxígeno al 2 % o al 5 % hasta la etapa de blastocisto. Los resultados aún no se han publicado, pero el cultivo en oxígeno al 2 % después del día 3 produjo más blastocistos que el cultivo en oxígeno al 5 %. En total, 30 pacientes tuvieron más embriones que alcanzaron el blastocisto con un 2 % de oxígeno, mientras que solo 17 pacientes tuvieron más embriones que alcanzaron el blastocisto con un 5 % de oxígeno. Diez pacientes tenían igual número en ambas condiciones (3 se retiraron del estudio). Esta diferencia alcanzó significación estadística.

Este estudio inicial fue diseñado para evaluar específicamente el rendimiento del desarrollo de los embriones en ambas condiciones. Sin embargo, también hay algunos datos de embarazo disponibles de aquellas pacientes a las que se les ha procedido a transferir estos embriones. En este estudio inicial, las condiciones de cultivo no influyeron en la decisión de qué embrión transferir. Esto fue cegado a embriólogos y pacientes y solo se utilizaron criterios morfológicos típicos. Una vez más, de las pacientes que han procedido a la transferencia de embriones, los embriones que habían sido cultivados en oxígeno al 2 % se han comportado mejor que los exclusivamente en el 5 % (88,9 % [16/18] frente a 62,5 % [15/24]

Sin embargo, este estudio inicial no fue diseñado para probar específicamente la cuestión de si el oxígeno al 2 % frente al 5 % en un cultivo extendido produce mejores resultados en el embarazo. Los pacientes no fueron aleatorizados para recibir oxígeno al 2% o al 5%. Por lo tanto, los datos actuales de embarazo son propensos a algunos sesgos y se necesita un estudio mejor controlado para evaluar el impacto de la reducción de la concentración de oxígeno en el cultivo sobre los resultados más importantes: la tasa de nacidos vivos.

Propósito del estudio propuesto Este estudio busca comparar los resultados clínicos de los embriones cultivados a una concentración de oxígeno del 2 % y una concentración de oxígeno del 5 % después de la compactación. El resultado primario bajo estudio será la tasa de nacidos vivos. Los resultados secundarios incluirán la tasa de aborto espontáneo, la edad gestacional al momento del parto, el peso al nacer al momento del parto, la tasa de blastulación embrionaria, el estado de ploidía embrionaria (aneuploide o euploide) y parámetros morfológicos (expansión, grado de masa celular interna, grado de trofoectodermo). También se recopilará y analizará la tasa de nacidos vivos acumulada de todos los embriones que se originan en el ciclo de estimulación del estudio. En teoría, esto revelará si alguna ventaja en el número de blastocistos disponibles para la transferencia se traduce en una mayor eficiencia reproductiva cuando se realiza un cultivo prolongado con un 2 % de oxígeno.