Evaluering av virkningen av redusert oksygenkonsentrasjon på levende fødselsrate

Det er gjort betydelige fremskritt i å karakterisere det optimale miljøet for et utviklende embryo i kultur. Denne innsatsen har vært basert på forutsetningen om at klinisk embryokultur skal etterligne in vivo-miljøet. For dette formål har etterforskere gått langt for å gjenskape alle aspekter av den naturlige settingen som det tidlige embryoet er utsatt for. Denne fokuserte tilnærmingen har ført til betydelige modifikasjoner av embryokultursystemet i det moderne laboratoriet for in vitro fertilisering (IVF) og til slutt til forbedringer i graviditetsrater.

Et område som har vært gjenstand for betydelig gransking er forholdet mellom oksygenkonsentrasjon i inkubatoren og tidlig embryonal utvikling. Oksygen spiller en sentral rolle i embryonal metabolisme. Mekanismen som styrer bruken er avhengig av stadiet av embryonal utvikling. I løpet av de første 3 dagene av utviklingen når oksygen embryoet via passiv diffusjon og konsentrasjonsgradienten reguleres av oksygenforbruket under oksidativ fosforylering. Ineffektivitet i denne prosessen - på grunn av kompromittert integritet av den indre mitokondrielle membranen eller endringer i substrattilgjengelighet - kan resultere i overdreven produksjon av skadelige reaktive oksygenarter som kan forårsake betydelig skade på cellemaskineri og til slutt føre til embryonal arrestasjon.

Konsentrasjonen av oksygen som embryoet i kulturen blir utsatt for kan også påvirke dette delikat balanserte systemet og endre den metabolske helsen til et embryo. Historisk sett ble atmosfærisk oksygenkonsentrasjon (omtrent 20%) utelukkende brukt i humane IVF-laboratorier for embryokultur. Imidlertid fant flere undersøkelser senere at den fysiologiske konsentrasjonen av oksygen i den kvinnelige forplantningskanalen er godt under atmosfæriske nivåer, og ble konsekvent målt til <10 %. Disse observasjonene førte til flere forsøk som sammenlignet atmosfæriske oksygenkonsentrasjoner med 5% oksygen i embryokultur. Disse studiene viste betydelige forstyrrelser i genuttrykk, proteinsekresjon og suboptimal utnyttelse av aminosyrer og karbohydrater i embryoer dyrket i atmosfærisk oksygen. De samme sammenligningene ble gjort i kliniske IVF-studier og viste at embryoer dyrket i 5 % oksygen konsekvent resulterte i en økning i klinisk graviditetsrate og levendefødte. En metaanalyse av dette emnet antydet at en klinikk med en baseline levende fødselsrate på 30 % kunne forvente en forbedring så stor som 13 % når man dyrker embryoer med 5 % O2.

Som et resultat av disse overbevisende dataene dyrker de fleste moderne IVF-programmer nå utelukkende embryoer med 5 % oksygenkonsentrasjon. Noen har imidlertid foreslått at oksygenkonsentrasjonen som embryoet utsettes for etter dag 3 i utviklingen faktisk er lavere enn 5 %. Disse dataene stammer fra ideen om at embryoet krysser utero-tubal-krysset på dag 3 av utviklingen in vivo. Flere studier har vist at oksygenkonsentrasjonen i livmoren faktisk er lavere enn i egglederen på omtrent 2 %. Dermed vil det mest fysiologiske embryokultursystemet dyrke embryoer i 5 % oksygen til dag 3 og deretter redusere oksygenkonsentrasjonen til 2 % til overføring eller kryokonservering på dag 5 eller 6.

En endring i den optimale oksygenkonsentrasjonen for et embryo på dag 3 vil passe med et generelt skifte i metabolske behov for embryoer sett på dette utviklingsstadiet. Aktivering av det embryonale genomet skjer på dag 3, noe som gir en betydelig økning i biosyntetisk aktivitet. Den metabolske oppførselen til embryoer endrer seg også betydelig i løpet av denne tiden. Embryoet endrer sin metabolske strategi fra oksidativ fosforylering til glukosebasert metabolisme i form av aerobe glykolyse og sitronsyresyklus. Under denne prosessen, kalt komprimering, viser embryoer sterkt økt oksygenforbruk.

Det fysiologiske miljøet i den kvinnelige forplantningskanalen har en tendens til å speile de metabolske behovene til det utviklende preimplantasjonsembryoet. Ettersom embryoet endrer sin metabolske strategi etter komprimering og når det kommer inn i livmoren, er det absolutt mulig at en redusert oksygenkonsentrasjon i livmoren best kan støtte de energiproduserende mekanismene i dette stadiet i embryonal utvikling. Å rekapitulere dette miljøet i kultur kan forbedre embryonal utvikling og langsiktig helse for svangerskap som følge av IVF.

Denne teorien har blitt bekreftet i to nyere pilotstudier. Den første studien, nylig tildelt Prize Paper Award på American Society for Reproductive Medicine Scientific Meeting 2016, randomiserte embryoer donert til forskning til 2 % eller 5 % oksygenkonsentrasjon etter dag 3 av utviklingen og fant at embryoer hadde dobbelt så stor sannsynlighet for å blastulere hvis de ble dyrket i 2 % oksygenkonsentrasjon. Imidlertid ble embryoer studert i denne undersøkelsen enten unormalt befruktet eller oppvarmet fra kryokonservering på dag 3 etter å ha blitt donert til forskning. Ingen var beregnet på klinisk bruk.

Med disse begrensningene i tankene, har gruppen vår nylig fullført en studie med bruk av embryoer beregnet for klinisk bruk (Copernicus IRB: RMA-2016-02). I denne studien registrerte vi 60 pasienter og delte alle pågående embryoer på dag 3 av utviklingen til kultur i enten 2 % eller 5 % oksygen frem til blastocyststadiet. Resultatene er ennå ikke publisert, men kultur i 2 % oksygen etter dag 3 ga flere blastocyster enn kultur i 5 % oksygen. Totalt hadde 30 pasienter flere embryoer nå blastocyst i 2 % oksygen, mens bare 17 pasienter hadde flere embryoer nå blastocyst i 5 % oksygen. Ti pasienter hadde like mange ved begge tilstandene (3 trakk seg fra studien). Denne forskjellen nådde statistisk signifikans.

Denne første studien ble designet for å spesifikt evaluere utviklingsevnen til embryoer under begge forhold. Imidlertid er det også noen graviditetsdata tilgjengelig fra de pasientene som har gått videre med å overføre disse embryoene. I denne første studien hadde dyrkingsforholdene ingen innvirkning på beslutningen om hvilket embryo som skulle overføres. Dette ble blindet for embryologer og pasienter, og bare typiske morfologiske kriterier ble brukt. Igjen, av pasienter som har gått videre til embryooverføring, har embryoer som hadde blitt dyrket i 2 % oksygen prestert bedre enn de utelukkende hos 5 % (88,9 % [16/18] vs. 62,5 % [15/24]

Denne første studien ble imidlertid ikke designet for å spesifikt teste spørsmålet om hvorvidt 2 % versus 5 % oksygen i utvidet kultur gir bedre graviditetsresultater. Pasientene ble ikke randomisert til verken 2 % eller 5 % oksygen. Dermed er nåværende graviditetsdata utsatt for en viss skjevhet, og en bedre kontrollert studie er nødvendig for å evaluere virkningen av redusert oksygenkonsentrasjon i kulturen på de viktigste resultatene: levende fødselsrate.

Formål med foreslått studie Denne studien søker å sammenligne kliniske resultater av embryoer dyrket ved 2 % oksygenkonsentrasjon og 5 % oksygenkonsentrasjon etter komprimering. Det primære resultatet som studeres vil være levende fødselsrate. Sekundære utfall vil inkludere spontanabortrate, svangerskapsalder ved fødsel, fødselsvekt ved fødsel, embryoblastulasjonshastighet, embryoploiditetsstatus (aneuploid eller euploid) og morfologiske parametere (ekspansjon, indre cellemassegrad, trophectoderm-grad). Den kumulative fødselsraten for alle embryoer som stammer fra studiestimuleringssyklusen vil også bli samlet inn og analysert. Dette vil teoretisk avsløre om noen fordel i antall tilgjengelige blastocyster for overføring oversetter til større reproduksjonseffektivitet når utvidet kultur utføres med 2 % oksygen.