人工知能強化された使用済み培養培地の形態運動学的分析とラマンスペクトルに基づく、体外受精のための新しい統合的非侵襲的胚選択アプローチ

私たちの研究には 2 つのフェーズが含まれます。 フェーズ I (遡及研究) では、胚選択に関する RS メソッドを使用して CNN 強化 MK をトレーニングするためにアーカイブされたデータが収集され、統合アプローチ (MK-RS) につながります。 第 II 相（前向き研究）では、確立された統合 MK-RS 法を使用して胚を選択し、臨床妊娠率を評価し、ランダム化比較試験で当社のアプローチの有効性を評価します。

フェーズ I では、微速度撮影保育器に内蔵された顕微鏡とカメラによって胚の画像が 10 分ごとに撮影されます。 次に、画像は CNN アルゴリズムによって 1 日目のヒト胚のセグメンテーションによって評価され、透明帯 (ZP)、細胞質、前核 (PN) という 3 つの異なる特徴が特定されます。 受精から最初の分裂までの間のこれら 3 つの特徴の形態力学は、統合のための時系列データとしてまとめられます。 最初の分割後の形態変化は半自動で注釈が付けられ、市販の MK スコアリング システム (KID スコア) によって分析されます。

培養皿から胚/胚盤胞を取り出した後、対応する使用済み培地 (SCM) が滅菌ポリメラーゼ連鎖反応 (PCR) チューブに収集されます。 ブランク培地も同じ操作基準で収集されます。 特別に設計されたサンプラーを使用して、各サンプルの 7μL SCM をピペットで採取し、SCM の油層を通過させ、それを使い捨て石英ガラス スライド上に滴下し、RS システム (Basecare Raman 200、中国) で照明します。 RS システムは、テスト前にシリコン ウェーハによって 520.5 cm-1 に校正されます。 レーザー励起パラメーターは次のように設定されます: 785 nm の波長、320 mW の出力、および 100 μm のレーザー スポット直径。 信号は、積分時間が 20 秒の電荷結合素子 (CCD) カメラを使用して標準モードでキャプチャされます。 各アリコートについて 3 回の反復を行います。 3 日目以前の胚には G-1 培地が使用され、3 日目以降の胚には G-2 培地が使用されることを考慮すると、異なる培地をテストする場合は再キャリブレーションが不可欠です。 取得されたすべてのスペクトルは、バックグラウンド信号を差し引くことによって前処理されます。 近赤外領域（600 cm-1 ～ 1800 cm-1）内の分光信号は、Labspec 6 ソフトウェア（Horiba、日本）を使用してベクトル正規化のために分析されます。 既知の TE 倍数性結果を含む以前の SCM サンプルは、正倍数体 - 異数体分類基準を確立するためのトレーニング データセットとして使用されます。 全体的な精度の高さ (95.9%、未公開データ) を考慮して、スタッキング分類アルゴリズムが採用されます。

CNN アルゴリズムのセグメント化された時系列、KID スコア アノテーション、RS プロファイリングの結果には数百のサブパラメータがあるため、アンサンブル学習でそれらを組み立てます。アンサンブル学習では、各サブパラメータを弱分類器と見なし、トレーニング中に重みを再割り当てします。 トレーニングの主な指標は臨床妊娠転帰であり、CNN で強調された MK および RS の下にある情報を最終的に得るために、胚盤胞形成の結果が副次的な指標として使用されます。 トレーニング セットとテスト セットの比率は 1:1 となり、トレーニング セットでは、過剰適合を監視するために 5 分割相互検証が実行されます。

フェーズ II は、胚選択のための訓練された MK-RS 法を検証するために設計された前向き、単盲検、ランダム化比較試験で構成されます。 CNN 強化 MK 解析を備えた RS を使用したメタボローム SCM プロファイリングは、従来の形態学的胚評価とともに胚発生の可能性を評価するために使用されます。 胚の発育可能性の結果は、最高品質の胚を選択するために使用されます。 感度と特異性は、患者の TE 生検または非侵襲的出生前検査 (NIPT) の結果を使用して評価され、利用可能な場合は MK-RS 法のスコアリングがさらに確認されます。

ランダム化:

フェーズ II では、すべての包含基準と除外基準を満たし、研究への参加に同意した参加者が、コンピューターで生成されたランダム化リストを使用して、1 対 1 の比率で実験グループと対照グループにランダム化されます。 実験グループの胚の選択はフェーズ I で確立された MK-RS 法に基づきますが、対照グループの胚の選択は従来の胚の形態のグレーディング結果のみに依存します。 この試験では参加者全員が盲目になります。