Évaluation de l'impact de la concentration réduite en oxygène sur le taux de naissances vivantes

Des progrès significatifs ont été réalisés dans la caractérisation de l'environnement optimal pour un embryon en développement en culture. Ces efforts ont été basés sur la prémisse que la culture clinique d'embryons devrait imiter l'environnement in vivo. À cette fin, les enquêteurs se sont donné beaucoup de mal pour recréer chaque aspect du cadre naturel auquel l'embryon précoce est exposé. Cette approche ciblée a conduit à des modifications importantes du système de culture d'embryons dans le laboratoire moderne de fécondation in vitro (FIV) et, finalement, à des améliorations des taux de grossesse.

Un domaine qui a fait l'objet d'un examen approfondi est la relation entre la concentration en oxygène de l'incubateur et le développement embryonnaire précoce. L'oxygène joue un rôle central dans le métabolisme embryonnaire. Le mécanisme régissant son utilisation dépend du stade de développement embryonnaire. Durant les 3 premiers jours de développement, l'oxygène atteint l'embryon par diffusion passive et son gradient de concentration est régulé par la consommation d'oxygène lors de la phosphorylation oxydative. L'inefficacité de ce processus - due à une intégrité compromise de la membrane mitochondriale interne ou à des altérations de la disponibilité du substrat - peut entraîner une production excessive d'espèces réactives nocives de l'oxygène qui peuvent causer des dommages importants à la machinerie cellulaire et finalement conduire à un arrêt embryonnaire.

La concentration d'oxygène à laquelle l'embryon en culture est exposé peut également avoir un impact sur ce système délicatement équilibré et altérer la santé métabolique d'un embryon. Historiquement, la concentration en oxygène atmosphérique (environ 20 %) était exclusivement utilisée dans les laboratoires de FIV humaine pour la culture d'embryons. Cependant, plusieurs enquêtes ont par la suite révélé que la concentration physiologique d'oxygène dans l'appareil reproducteur féminin est bien inférieure aux niveaux atmosphériques, étant systématiquement mesurée à <10%. Ces observations ont conduit à de multiples essais comparant les concentrations d'oxygène atmosphérique à 5 % d'oxygène dans la culture d'embryons. Ces études ont démontré des perturbations significatives dans l'expression des gènes, la sécrétion de protéines et l'utilisation sous-optimale des acides aminés et des glucides chez les embryons cultivés dans l'oxygène atmosphérique. Les mêmes comparaisons ont été faites dans des études cliniques de FIV et ont démontré que les embryons cultivés dans 5% d'oxygène entraînaient systématiquement une augmentation du taux de grossesse clinique et du taux de naissances vivantes. Une méta-analyse de ce sujet a suggéré qu'une clinique avec un taux de naissances vivantes de base de 30 % pouvait s'attendre à une amélioration aussi importante que 13 % lors de la culture d'embryons à 5 % d'O2.

À la suite de ces données convaincantes, la plupart des programmes de FIV modernes cultivent désormais exclusivement des embryons à une concentration d'oxygène de 5 %. Cependant, certains ont proposé que la concentration d'oxygène à laquelle l'embryon est exposé après le 3e jour de développement est en réalité inférieure à 5 %. Ces données partent de l'idée que l'embryon franchit la jonction utéro-tubaire au jour 3 du développement in vivo. Plusieurs études ont démontré que la concentration d'oxygène dans l'utérus est en fait inférieure à celle dans la trompe de Fallope à environ 2 %. Ainsi, le système de culture d'embryons le plus physiologique cultiverait des embryons dans 5 % d'oxygène jusqu'au jour 3, puis diminuerait la concentration d'oxygène à 2 % jusqu'au transfert ou à la cryoconservation au jour 5 ou 6.

Une modification de la concentration optimale en oxygène pour un embryon au jour 3 correspondrait à un changement général des besoins métaboliques des embryons observés à ce stade de développement. L'activation du génome embryonnaire se produit au jour 3, ce qui entraîne une augmentation significative de l'activité biosynthétique. Le comportement métabolique des embryons change également considérablement pendant cette période. L'embryon change sa stratégie métabolique de la phosphorylation oxydative au métabolisme basé sur le glucose sous la forme de la glycolyse aérobie et du cycle de l'acide citrique. Au cours de ce processus, appelé compactage, les embryons présentent une consommation d'oxygène considérablement accrue.

L'environnement physiologique de l'appareil reproducteur féminin tend à refléter les besoins métaboliques de l'embryon préimplantatoire en développement. Comme l'embryon modifie sa stratégie métabolique après compactage et à son entrée dans l'utérus, il est certainement possible qu'une concentration réduite d'oxygène dans l'utérus puisse mieux soutenir les mécanismes de production d'énergie de cette étape du développement embryonnaire. La récapitulation de cet environnement en culture peut améliorer le développement embryonnaire et la santé à long terme des grossesses résultant de la FIV.

Cette théorie a été corroborée dans deux études pilotes récentes. La première étude, récemment récompensée par le Prize Paper Award lors de la réunion scientifique de l'American Society for Reproductive Medicine en 2016, a randomisé des embryons donnés à la recherche à une concentration d'oxygène de 2% ou 5% après le troisième jour de développement et a révélé que les embryons étaient deux fois plus susceptibles de blastuler si ils ont été cultivés dans une concentration d'oxygène de 2 %. Cependant, les embryons étudiés dans cette enquête ont été anormalement fécondés ou réchauffés de la cryoconservation au jour 3 après avoir été donnés à la recherche. Aucun n'était destiné à un usage clinique.

Avec ces limites à l'esprit, notre groupe a récemment terminé une étude utilisant des embryons destinés à un usage clinique (Copernicus IRB : RMA-2016-02). Dans cette étude, nous avons recruté 60 patients et divisé tous les embryons en cours au jour 3 du développement pour les mettre en culture dans 2 % ou 5 % d'oxygène jusqu'au stade de blastocyste. Les résultats n'ont pas encore été publiés, mais la culture dans 2% d'oxygène après le jour 3 a produit plus de blastocystes que la culture dans 5% d'oxygène. Au total, 30 patients avaient plus d'embryons atteignant le blastocyste dans 2% d'oxygène, tandis que seulement 17 patients avaient plus d'embryons atteignant le blastocyste dans 5% d'oxygène. Dix patients avaient un nombre égal dans les deux conditions (3 se sont retirés de l'étude). Cette différence a atteint une signification statistique.

Cette étude initiale a été conçue pour évaluer spécifiquement les performances de développement des embryons dans les deux conditions. Cependant, certaines données sur la grossesse sont également disponibles pour les patientes qui ont procédé au transfert de ces embryons. Dans cette première étude, les conditions de culture n'avaient pas d'impact sur le choix de l'embryon à transférer. Cela a été aveuglé aux embryologistes et aux patients et seuls les critères de morphologie typiques ont été utilisés. Encore une fois, parmi les patients qui ont procédé au transfert d'embryons, les embryons qui avaient été cultivés dans 2 % d'oxygène ont obtenu de meilleurs résultats que ceux exclusivement dans 5 % (88,9 % [16/18] contre 62,5 % [15/24]

Cependant, cette étude initiale n'a pas été conçue pour tester spécifiquement la question de savoir si 2% contre 5% d'oxygène dans une culture prolongée produit de meilleurs résultats de grossesse. Les patients n'ont pas été randomisés pour recevoir 2 % ou 5 % d'oxygène. Ainsi, les données actuelles sur la grossesse sont sujettes à certains biais et une étude mieux contrôlée est nécessaire pour évaluer l'impact de la concentration réduite d'oxygène dans la culture sur les critères de jugement les plus importants : le taux de naissances vivantes.

But de l'étude proposée Cette étude vise à comparer les résultats cliniques d'embryons cultivés à une concentration d'oxygène de 2 % et à une concentration d'oxygène de 5 % après compactage. Le principal résultat à l'étude sera le taux de naissances vivantes. Les critères de jugement secondaires incluront le taux de fausses couches, l'âge gestationnel à l'accouchement, le poids à la naissance à l'accouchement, le taux de blastulation de l'embryon, le statut de ploïdie de l'embryon (aneuploïde ou euploïde) et les paramètres morphologiques (expansion, degré de masse cellulaire interne, degré de trophectoderme). Le taux de naissances vivantes cumulé de tous les embryons issus du cycle de stimulation de l'étude sera également collecté et analysé. Cela révélera théoriquement si tout avantage dans le nombre de blastocystes disponibles pour le transfert se traduit par une plus grande efficacité de reproduction lorsque la culture prolongée est effectuée à 2 % d'oxygène.