Ocena wpływu obniżonego stężenia tlenu na wskaźnik urodzeń żywych

Poczyniono znaczne postępy w charakterystyce optymalnego środowiska dla rozwijającego się zarodka w hodowli. Wysiłki te opierały się na założeniu, że kliniczna hodowla zarodków powinna naśladować środowisko in vivo. W tym celu badacze dołożyli wszelkich starań, aby odtworzyć każdy aspekt naturalnego środowiska, na które narażony jest wczesny zarodek. To skoncentrowane podejście doprowadziło do znacznych modyfikacji systemu hodowli zarodków w nowoczesnym laboratorium zapłodnienia in vitro (IVF), a ostatecznie do poprawy wskaźników ciąż.

Jednym z obszarów, który został poddany znacznej analizie, jest związek między stężeniem tlenu w inkubatorze a wczesnym rozwojem embrionalnym. Tlen odgrywa kluczową rolę w metabolizmie embrionalnym. Mechanizm rządzący jej wykorzystaniem jest zależny od etapu rozwoju embrionalnego. W ciągu pierwszych 3 dni rozwoju tlen dociera do zarodka na drodze biernej dyfuzji, a gradient jego stężenia jest regulowany przez zużycie tlenu podczas fosforylacji oksydacyjnej. Nieefektywność tego procesu - spowodowana upośledzoną integralnością wewnętrznej błony mitochondrialnej lub zmianami w dostępności substratu - może skutkować nadmierną produkcją szkodliwych reaktywnych form tlenu, co może spowodować znaczne uszkodzenia maszynerii komórkowej i ostatecznie doprowadzić do zatrzymania embrionu.

Stężenie tlenu, na które narażony jest zarodek w hodowli, może również wpływać na ten delikatnie zrównoważony system i zmieniać zdrowie metaboliczne zarodka. W przeszłości stężenie tlenu atmosferycznego (około 20%) było stosowane wyłącznie w ludzkich laboratoriach IVF do hodowli zarodków. Jednak późniejsze liczne badania wykazały, że fizjologiczne stężenie tlenu w żeńskim układzie rozrodczym jest znacznie poniżej poziomu atmosferycznego i konsekwentnie mierzone na poziomie <10%. Obserwacje te doprowadziły do ​​wielu prób porównujących stężenie tlenu atmosferycznego z 5% tlenem w hodowli zarodków. Badania te wykazały znaczące zaburzenia w ekspresji genów, wydzielaniu białek i suboptymalnym wykorzystaniu aminokwasów i węglowodanów w zarodkach hodowanych w atmosferze tlenu. Te same porównania przeprowadzono w klinicznych badaniach IVF i wykazano, że zarodki hodowane w 5% tlenie konsekwentnie powodowały wzrost wskaźnika ciąż klinicznych i wskaźnika żywych urodzeń. Metaanaliza tego tematu sugeruje, że klinika, w której wyjściowy wskaźnik urodzeń żywych wynosi 30%, może spodziewać się poprawy nawet o 13% w przypadku hodowli zarodków przy 5% O2.

W wyniku tych przekonujących danych większość nowoczesnych programów IVF hoduje obecnie wyłącznie zarodki przy 5% stężeniu tlenu. Jednak niektórzy sugerowali, że stężenie tlenu, na które narażony jest zarodek po 3 dniu rozwoju, jest w rzeczywistości niższe niż 5%. Dane te pochodzą z pomysłu, że zarodek przekracza połączenie maciczno-jajowodowe w trzecim dniu rozwoju in vivo. Wiele badań wykazało, że stężenie tlenu w macicy jest w rzeczywistości niższe niż w jajowodzie i wynosi około 2%. Tak więc najbardziej fizjologiczny system hodowli zarodków hodowałby zarodki w 5% tlenie do dnia 3, a następnie zmniejszał stężenie tlenu do 2% do czasu przeniesienia lub kriokonserwacji w dniu 5 lub 6.

Zmiana optymalnego stężenia tlenu dla zarodka w dniu 3 pasowałaby do ogólnej zmiany wymagań metabolicznych zarodków obserwowanej na tym etapie rozwoju. Aktywacja genomu embrionalnego następuje w dniu 3, co powoduje znaczny wzrost aktywności biosyntetycznej. Zachowanie metaboliczne zarodków również zmienia się znacznie w tym czasie. Zarodek zmienia swoją strategię metaboliczną z fosforylacji oksydacyjnej na metabolizm oparty na glukozie w postaci tlenowej glikolizy i cyklu kwasu cytrynowego. Podczas tego procesu, zwanego zagęszczaniem, zarodki wykazują znacznie zwiększone zużycie tlenu.

Fizjologiczne środowisko żeńskiego układu rozrodczego zwykle odzwierciedla potrzeby metaboliczne rozwijającego się zarodka przedimplantacyjnego. Ponieważ zarodek zmienia swoją strategię metaboliczną po zagęszczeniu i wejściu do macicy, z pewnością możliwe jest, że zmniejszone stężenie tlenu w macicy może najlepiej wspierać mechanizmy wytwarzania energii na tym etapie rozwoju embrionalnego. Rekapitulacja tego środowiska w hodowli może poprawić rozwój embrionalny i długoterminowe zdrowie ciąż będących wynikiem IVF.

Teoria ta została potwierdzona w dwóch ostatnich badaniach pilotażowych. Pierwsze badanie, nagrodzone ostatnio nagrodą Prize Paper Award na spotkaniu naukowym American Society for Reproductive Medicine w 2016 r., polegało na randomizowanych zarodkach przekazywanych do badań przy stężeniu tlenu wynoszącym 2% lub 5% po 3. hodowano je w 2% stężeniu tlenu. Jednak zarodki badane w tym badaniu zostały albo nienormalnie zapłodnione, albo ogrzane z kriokonserwacji w 3 dniu po przekazaniu do badań. Żaden nie był przeznaczony do użytku klinicznego.

Mając na uwadze te ograniczenia, nasza grupa niedawno zakończyła badanie z wykorzystaniem zarodków przeznaczonych do użytku klinicznego (Copernicus IRB: RMA-2016-02). W tym badaniu zapisaliśmy 60 pacjentów i podzieliliśmy wszystkie trwające zarodki w 3 dniu rozwoju do hodowli w 2% lub 5% tlenie do stadium blastocysty. Wyniki nie zostały jeszcze opublikowane, ale hodowla w 2% tlenie po 3 dniach dała więcej blastocyst niż hodowla w 5% tlenie. W sumie u 30 pacjentów więcej zarodków dotarło do blastocysty przy 2% tlenie, podczas gdy tylko u 17 pacjentów więcej zarodków dotarło do blastocysty przy 5% tlenie. Dziesięciu pacjentów miało taką samą liczbę w obu warunkach (3 wycofało się z badania). Różnica ta osiągnęła istotność statystyczną.

To wstępne badanie zostało zaprojektowane w celu szczegółowej oceny wydajności rozwojowej zarodków w obu warunkach. Jednak dostępne są również pewne dane dotyczące ciąży od tych pacjentek, które przystąpiły do ​​transferu tych zarodków. W tym wstępnym badaniu warunki hodowli nie miały wpływu na decyzję, który zarodek należy przenieść. Było to zaślepione dla embriologów i pacjentów i wykorzystano tylko typowe kryteria morfologiczne. Ponownie, wśród pacjentek, które przystąpiły do ​​transferu zarodków, zarodki hodowane w 2% tlenie zachowywały się lepiej niż zarodki wyłącznie u 5% (88,9% [16/18] vs. 62,5% [15/24]

Jednak to wstępne badanie nie zostało zaprojektowane w celu konkretnego sprawdzenia, czy 2% w porównaniu z 5% tlenu w rozszerzonej hodowli zapewnia lepsze wyniki ciąży. Pacjentów nie przydzielono losowo do grupy 2% lub 5% tlenu. W związku z tym obecne dane dotyczące ciąży są podatne na pewne błędy i potrzebne jest lepiej kontrolowane badanie oceniające wpływ obniżonego stężenia tlenu w hodowli na najważniejsze wyniki: wskaźnik żywych urodzeń.

Cel proponowanego badania Celem tego badania jest porównanie wyników klinicznych zarodków hodowanych przy 2% stężeniu tlenu i 5% stężeniu tlenu po zagęszczeniu. Głównym badanym wynikiem będzie wskaźnik urodzeń żywych. Drugorzędowe wyniki obejmują częstość poronień, wiek ciążowy przy porodzie, masę urodzeniową przy porodzie, wskaźnik blastulacji zarodka, status ploidalności zarodka (aneuploidalny lub euploidalny) oraz parametry morfologiczne (ekspansja, stopień masy komórek wewnętrznych, stopień trofektodermy). Zgromadzony i przeanalizowany zostanie również skumulowany współczynnik urodzeń żywych wszystkich zarodków pochodzących z cyklu stymulacji badania. To teoretycznie ujawni, czy jakakolwiek przewaga w liczbie dostępnych blastocyst do przeniesienia przekłada się na większą wydajność reprodukcyjną, gdy rozszerzona hodowla jest prowadzona przy 2% tlenu.