酸素濃度の低下が生児出生率に及ぼす影響の評価

培養中の胚の発生に最適な環境を特徴付ける上で、大きな進歩がありました。 これらの取り組みは、臨床胚培養が生体内環境を模倣する必要があるという前提に基づいています。 この目的のために、研究者は、初期胚がさらされる自然環境のあらゆる側面を再現するために多大な努力を払ってきました. この焦点を絞ったアプローチにより、現代の体外受精 (IVF) ラボにおける胚培養システムが大幅に変更され、最終的に妊娠率が向上しました。

重要な精査の対象となっている 1 つの領域は、インキュベーターの酸素濃度と初期胚発生との関係です。 酸素は、胚の代謝において中心的な役割を果たします。 その利用を支配するメカニズムは、胚発生の段階に依存しています。 発生の最初の 3 日間、酸素は受動拡散を介して胚に到達し、その濃度勾配は酸化的リン酸化中の酸素消費によって調節されます。 このプロセスの非効率性 - ミトコンドリア内膜の完全性が損なわれたり、基質の利用可能性が変化したりすることにより、有害な活性酸素種が過剰に生成され、細胞機構に重大な損傷を与え、最終的に胚の停止につながる可能性があります。

培養中の胚がさらされる酸素濃度も、この微妙にバランスの取れたシステムに影響を与え、胚の代謝の健康状態を変化させる可能性があります。 歴史的に、大気中の酸素濃度 (約 20%) は、ヒトの IVF ラボでのみ胚培養に使用されていました。 しかし、その後の複数の調査により、女性の生殖管内の生理的酸素濃度は大気レベルをはるかに下回り、一貫して 10% 未満であることがわかりました。 これらの観察結果は、大気中の酸素濃度と胚培養中の 5% の酸素を比較する複数の試験につながりました。 これらの研究は、大気酸素中で培養された胚における遺伝子発現、タンパク質分泌、およびアミノ酸と炭水化物の次善の利用における重大な摂動を示しました。 臨床 IVF 研究でも同じ比較が行われ、5% 酸素で培養された胚は一貫して臨床妊娠率と生児出生率の増加をもたらすことが実証されました。 このトピックのメタ分析では、ベースラインの生児出生率が 30% の診療所では、胚を 5% O2 で培養すると 13% もの改善が期待できることが示唆されました。

これらの説得力のあるデータの結果として、最新の IVF プログラムのほとんどは現在、5% の酸素濃度で胚のみを培養しています。 しかし、発生の3日目以降に胚がさらされる酸素濃度は、実際には5％未満であると提案する人もいます. これらのデータは、胚が in vivo での発生の 3 日目に卵管接合部を通過するという考えに由来します。 複数の研究により、子宮内の酸素濃度は実際には卵管内の酸素濃度よりも約 2% 低いことが示されています。 したがって、最も生理学的な胚培養システムは、胚を 3 日目まで 5% の酸素で培養し、5 日目または 6 日目に移植または凍結保存するまで酸素濃度を 2% に下げます。

3 日目の胚の最適酸素濃度の変化は、この発生段階で見られる胚の代謝要件の一般的な変化と一致します。 胚ゲノムの活性化は生合成活性の​​大幅な増加を促す 3 日目に発生します。 胚の代謝挙動も、この時期に大幅に変化します。 胚は、その代謝戦略を酸化的リン酸化から、好気性解糖およびクエン酸回路の形でのグルコースベースの代謝に変更します。 圧縮と呼ばれるこのプロセス中に、胚は酸素消費量が大幅に増加します。

女性の生殖管の生理的環境は、発生中の着床前胚の代謝ニーズを反映する傾向があります。 胚は、圧縮後および子宮に入る際にその代謝戦略をシフトするため、子宮内の酸素濃度の低下が、胚発生のこの段階のエネルギー生成メカニズムを最もよくサポートする可能性は確かにあります。 培養でこの環境を再現することで、体外受精による妊娠の胚の発育と長期的な健康状態が向上する可能性があります。

この理論は、最近の 2 つのパイロット研究で裏付けられています。 最初の研究は、最近 2016 年米国生殖医学学会で賞論文賞を受賞したもので、無作為化された胚を研究に提供し、発生 3 日後に酸素濃度を 2% または 5% にすると、胚は 2 倍の確率で胞胚形成することがわかりました。それらは 2% の酸素濃度で培養されました。 ただし、この調査で研究された胚は、研究に寄付された後、3日目に異常に受精したか、凍結保存から温められました。 いずれも臨床使用を意図したものではありませんでした。

これらの制限を念頭に置いて、私たちのグループは最近、臨床使用を目的とした胚を利用した研究を完了しました (Copernicus IRB: RMA-2016-02)。 この研究では、60 人の患者を登録し、発生の 3 日目にすべての進行中の胚を分割して、胚盤胞期まで 2% または 5% の酸素で培養しました。 結果はまだ発表されていませんが、3 日目以降の 2% 酸素での培養は、5% 酸素での培養よりも多くの胚盤胞を生成しました。 全部で 30 人の患者が 2% の酸素でより多くの胚が胚盤胞に到達しましたが、5% の酸素でより多くの胚が胚盤胞に到達したのは 17 人の患者だけでした。 10 人の患者が両方の条件で同数でした (3 人は試験から脱落しました)。 この差は統計的有意性に達しました。

この最初の研究は、特に両方の条件での胚の発育パフォーマンスを評価するために設計されました。 ただし、これらの胚の移植を進めた患者から入手できる妊娠データもあります。 この最初の研究では、培養条件は移植する胚の決定に影響を与えませんでした。 これは発生学者と患者には知らされておらず、典型的な形態学的基準のみが利用されました。 繰り返しますが、胚移植に進んだ患者のうち、2% の酸素で培養された胚は、5% だけで培養された胚よりも良好に機能しました (88.9% [16/18] 対 62.5% [15/24]

ただし、この最初の研究は、長期培養における 2% 対 5% の酸素がより良い妊娠転帰をもたらすかどうかという問題を具体的にテストするようには設計されていませんでした. 患者は 2% または 5% の酸素に無作為に割り付けられませんでした。 したがって、現在の妊娠データには偏りが生じやすく、培養中の酸素濃度の低下が最も重要な結果である出生率に与える影響を評価する、より適切に管理された研究が必要です。

提案された研究の目的 この研究は、圧縮後に 2% の酸素濃度と 5% の酸素濃度で培養された胚の臨床転帰を比較しようとしています。 研究中の主要な結果は出生率です。 副次的結果には、流産率、分娩時の在胎週数、分娩時の出生時体重、胚発育率、胚の倍数性状態（異数体または正倍数体）、および形態学的パラメータ（拡大、内部細胞質量グレード、栄養外胚葉グレード）が含まれます。 研究刺激サイクルに由来するすべての胚の累積生児出生率も収集および分析されます。 これにより、2% の酸素で拡張培養を行った場合に、移植に利用できる胚盤胞数の利点が生殖効率の向上につながるかどうかが理論的に明らかになります。