Valutazione dell'impatto della ridotta concentrazione di ossigeno sul tasso di natalità dal vivo

Sono stati compiuti progressi significativi nella caratterizzazione dell'ambiente ottimale per lo sviluppo di un embrione in coltura. Questi sforzi si sono basati sulla premessa che la coltura clinica dell'embrione dovrebbe imitare l'ambiente in vivo. A tal fine, i ricercatori hanno fatto di tutto per ricreare ogni aspetto dell'ambiente naturale a cui è esposto l'embrione precoce. Questo approccio mirato ha portato a modifiche significative del sistema di coltura dell'embrione nel moderno laboratorio di fecondazione in vitro (FIV) e, in ultima analisi, a miglioramenti nei tassi di gravidanza.

Un'area che è stata oggetto di un esame approfondito è la relazione tra la concentrazione di ossigeno nell'incubatrice e lo sviluppo embrionale precoce. L'ossigeno svolge un ruolo centrale nel metabolismo embrionale. Il meccanismo che ne regola l'utilizzo dipende dallo stadio dello sviluppo embrionale. Durante i primi 3 giorni di sviluppo, l'ossigeno raggiunge l'embrione tramite diffusione passiva e il suo gradiente di concentrazione è regolato dal consumo di ossigeno durante la fosforilazione ossidativa. Le inefficienze in questo processo - dovute all'integrità compromessa della membrana mitocondriale interna o ad alterazioni nella disponibilità del substrato - possono provocare un'eccessiva produzione di specie reattive dell'ossigeno dannose che possono causare danni significativi al macchinario cellulare e portare infine all'arresto embrionale.

Anche la concentrazione di ossigeno a cui è esposto l'embrione in coltura può influire su questo sistema delicatamente equilibrato e alterare la salute metabolica di un embrione. Storicamente, la concentrazione di ossigeno atmosferico (circa il 20%) è stata utilizzata esclusivamente nei laboratori di fecondazione in vitro umana per la coltura degli embrioni. Tuttavia, più indagini hanno successivamente scoperto che la concentrazione fisiologica di ossigeno all'interno del tratto riproduttivo femminile è ben al di sotto dei livelli atmosferici, essendo costantemente misurata a <10%. Queste osservazioni hanno portato a più prove che confrontano le concentrazioni di ossigeno atmosferico al 5% di ossigeno nella coltura dell'embrione. Questi studi hanno dimostrato significative perturbazioni nell'espressione genica, nella secrezione proteica e nell'utilizzo non ottimale di aminoacidi e carboidrati negli embrioni coltivati ​​in ossigeno atmosferico. Gli stessi confronti sono stati effettuati negli studi clinici sulla fecondazione in vitro e hanno dimostrato che gli embrioni coltivati ​​in 5% di ossigeno hanno costantemente portato a un aumento del tasso di gravidanza clinica e del tasso di nati vivi. Una meta-analisi di questo argomento ha suggerito che una clinica con un tasso di nati vivi al basale del 30% potrebbe aspettarsi un miglioramento fino al 13% quando si coltivano embrioni al 5% di O2.

Come risultato di questi dati convincenti, la maggior parte dei moderni programmi di fecondazione in vitro ora coltiva esclusivamente embrioni al 5% di concentrazione di ossigeno. Tuttavia, alcuni hanno proposto che la concentrazione di ossigeno a cui è esposto l'embrione dopo il terzo giorno di sviluppo sia in realtà inferiore al 5%. Questi dati nascono dall'idea che l'embrione attraversi la giunzione utero-tubarica il giorno 3 dello sviluppo in vivo. Diversi studi hanno dimostrato che la concentrazione di ossigeno nell'utero è in realtà inferiore a quella nella tuba di Falloppio a circa il 2%. Pertanto, il sistema di coltura embrionale più fisiologico coltiverebbe gli embrioni in ossigeno al 5% fino al giorno 3 e quindi ridurrà la concentrazione di ossigeno al 2% fino al trasferimento o alla crioconservazione il giorno 5 o 6.

Un cambiamento nella concentrazione ottimale di ossigeno per un embrione il giorno 3 si adatterebbe a un cambiamento generale dei requisiti metabolici degli embrioni osservati in questa fase di sviluppo. L'attivazione del genoma embrionale si verifica il giorno 3, il che richiede un aumento significativo dell'attività biosintetica. Anche il comportamento metabolico degli embrioni cambia sostanzialmente durante questo periodo. L'embrione cambia la sua strategia metabolica dalla fosforilazione ossidativa al metabolismo basato sul glucosio sotto forma di glicolisi aerobica e ciclo dell'acido citrico. Durante questo processo, chiamato compattazione, gli embrioni mostrano un consumo di ossigeno notevolmente aumentato.

L'ambiente fisiologico del tratto riproduttivo femminile tende a rispecchiare le esigenze metaboliche dell'embrione preimpianto in via di sviluppo. Poiché l'embrione sposta la sua strategia metabolica dopo la compattazione e all'ingresso nell'utero, è certamente possibile che una ridotta concentrazione di ossigeno nell'utero possa supportare al meglio i meccanismi di produzione di energia di questa fase dello sviluppo embrionale. Ricapitolare questo ambiente nella cultura può migliorare lo sviluppo embrionale e la salute a lungo termine delle gravidanze risultanti dalla fecondazione in vitro.

Questa teoria è stata confermata in due recenti studi pilota. Il primo studio, recentemente premiato con il Prize Paper Award all'American Society for Reproductive Medicine Scientific Meeting del 2016, ha randomizzato embrioni donati alla ricerca a una concentrazione di ossigeno del 2% o del 5% dopo il terzo giorno di sviluppo e ha scoperto che gli embrioni avevano il doppio delle probabilità di blastulare se sono stati coltivati ​​in concentrazione di ossigeno al 2%. Tuttavia, gli embrioni studiati in questa indagine sono stati fecondati in modo anomalo o riscaldati dalla crioconservazione il giorno 3 dopo essere stati donati alla ricerca. Nessuno era destinato all'uso clinico.

Con queste limitazioni in mente, il nostro gruppo ha recentemente completato uno studio utilizzando embrioni destinati all'uso clinico (Copernicus IRB: RMA-2016-02). In questo studio, abbiamo arruolato 60 pazienti e diviso tutti gli embrioni in corso il giorno 3 dello sviluppo in coltura in ossigeno al 2% o al 5% fino allo stadio di blastocisti. I risultati non sono ancora stati pubblicati, ma la coltura in ossigeno al 2% dopo il giorno 3 ha prodotto più blastocisti rispetto alla coltura in ossigeno al 5%. In totale, 30 pazienti avevano più embrioni che raggiungevano la blastocisti con il 2% di ossigeno, mentre solo 17 pazienti avevano più embrioni che raggiungevano la blastocisti con il 5% di ossigeno. Dieci pazienti presentavano un numero uguale in entrambe le condizioni (3 si sono ritirati dallo studio). Questa differenza ha raggiunto la significatività statistica.

Questo studio iniziale è stato progettato per valutare specificamente le prestazioni di sviluppo degli embrioni in entrambe le condizioni. Tuttavia, sono disponibili anche alcuni dati sulla gravidanza di quelle pazienti che hanno proceduto al trasferimento di questi embrioni. In questo studio iniziale, le condizioni di coltura non hanno avuto alcun impatto sulla decisione di quale embrione trasferire. Questo è stato accecato da embriologi e pazienti e sono stati utilizzati solo criteri morfologici tipici. Ancora una volta, dei pazienti che hanno proceduto al trasferimento dell'embrione, gli embrioni che erano stati coltivati ​​in 2% di ossigeno hanno ottenuto risultati migliori rispetto a quelli esclusivamente nel 5% (88,9% [16/18] vs. 62,5% [15/24]

Tuttavia, questo studio iniziale non è stato progettato per testare in modo specifico la questione se il 2% rispetto al 5% di ossigeno nella coltura estesa produca migliori esiti della gravidanza. I pazienti non sono stati randomizzati al 2% o al 5% di ossigeno. Pertanto, i dati attuali sulla gravidanza sono soggetti a alcuni pregiudizi ed è necessario uno studio meglio controllato per valutare l'impatto della ridotta concentrazione di ossigeno nella coltura sugli esiti più importanti: il tasso di natalità dal vivo.

Scopo dello studio proposto Questo studio cerca di confrontare i risultati clinici di embrioni coltivati ​​al 2% di concentrazione di ossigeno e al 5% di concentrazione di ossigeno dopo la compattazione. L'esito primario in fase di studio sarà il tasso di natalità dal vivo. Gli esiti secondari includeranno il tasso di aborto spontaneo, l'età gestazionale al parto, il peso alla nascita al parto, il tasso di blastulazione dell'embrione, lo stato di ploidia dell'embrione (aneuploide o euploide) e i parametri morfologici (espansione, grado di massa cellulare interna, grado di trofectoderma). Verrà raccolto e analizzato anche il tasso cumulativo di nati vivi di tutti gli embrioni che provengono dal ciclo di stimolazione dello studio. Ciò rivelerà teoricamente se qualsiasi vantaggio nel numero di blastocisti disponibili per il trasferimento si traduce in una maggiore efficienza riproduttiva quando la coltura estesa viene eseguita al 2% di ossigeno.