Avaliação do Impacto da Redução da Concentração de Oxigênio na Taxa de Nascidos Vivos

Progressos significativos foram feitos na caracterização do ambiente ideal para um embrião em desenvolvimento em cultura. Esses esforços foram baseados na premissa de que a cultura clínica de embriões deve imitar o ambiente in vivo. Para este fim, os investigadores fizeram grandes esforços para recriar todos os aspectos do cenário natural ao qual o embrião inicial é exposto. Essa abordagem focada levou a modificações significativas do sistema de cultura de embriões no moderno laboratório de fertilização in vitro (FIV) e, finalmente, a melhorias nas taxas de gravidez.

Uma área que tem sido submetida a um escrutínio significativo é a relação entre a concentração de oxigênio na incubadora e o desenvolvimento embrionário inicial. O oxigênio desempenha um papel central no metabolismo embrionário. O mecanismo que rege sua utilização depende do estágio de desenvolvimento embrionário. Durante os primeiros 3 dias de desenvolvimento, o oxigênio chega ao embrião por difusão passiva e seu gradiente de concentração é regulado pelo consumo de oxigênio durante a fosforilação oxidativa. Ineficiências neste processo - devido à integridade comprometida da membrana mitocondrial interna ou alterações na disponibilidade de substrato - podem resultar na produção excessiva de espécies reativas de oxigênio nocivas que podem causar danos significativos à maquinaria celular e, finalmente, levar à parada embrionária.

A concentração de oxigênio a que o embrião em cultura é exposto também pode afetar esse sistema delicadamente equilibrado e alterar a saúde metabólica de um embrião. Historicamente, a concentração de oxigênio atmosférico (aproximadamente 20%) foi utilizada exclusivamente em laboratórios de FIV humana para cultura de embriões. No entanto, várias investigações subsequentes descobriram que a concentração fisiológica de oxigênio no trato reprodutivo feminino está bem abaixo dos níveis atmosféricos, sendo consistentemente medida em <10%. Essas observações levaram a vários testes comparando as concentrações de oxigênio atmosférico a 5% de oxigênio na cultura de embriões. Esses estudos demonstraram perturbações significativas na expressão gênica, secreção de proteínas e utilização subótima de aminoácidos e carboidratos em embriões cultivados em oxigênio atmosférico. As mesmas comparações foram feitas em estudos clínicos de fertilização in vitro e demonstraram que os embriões cultivados em 5% de oxigênio resultaram consistentemente em um aumento na taxa de gravidez clínica e na taxa de nascidos vivos. Uma meta-análise deste tópico sugeriu que uma clínica com uma taxa de nascidos vivos de 30% poderia esperar uma melhora de até 13% ao cultivar embriões a 5% de O2.

Como resultado desses dados convincentes, a maioria dos programas modernos de fertilização in vitro agora cultiva exclusivamente embriões com concentração de oxigênio de 5%. No entanto, alguns propuseram que a concentração de oxigênio à qual o embrião é exposto após o terceiro dia de desenvolvimento é, na verdade, inferior a 5%. Esses dados se originam da ideia de que o embrião cruza a junção útero-tubária no dia 3 do desenvolvimento in vivo. Vários estudos demonstraram que a concentração de oxigênio no útero é realmente menor do que na trompa de Falópio em aproximadamente 2%. Assim, o sistema de cultura de embriões mais fisiológico seria cultivar embriões em 5% de oxigênio até o dia 3 e depois diminuir a concentração de oxigênio para 2% até a transferência ou criopreservação no dia 5 ou 6.

Uma mudança na concentração ideal de oxigênio para um embrião no dia 3 se ajustaria a uma mudança geral nas necessidades metabólicas de embriões observadas nesse estágio de desenvolvimento. A ativação do genoma embrionário ocorre no dia 3, o que leva a um aumento significativo na atividade biossintética. O comportamento metabólico dos embriões também muda substancialmente durante esse período. O embrião muda sua estratégia metabólica da fosforilação oxidativa para o metabolismo baseado em glicose na forma da glicólise aeróbica e do ciclo do ácido cítrico. Durante este processo, denominado compactação, os embriões exibem um consumo de oxigênio muito maior.

O ambiente fisiológico do trato reprodutivo feminino tende a espelhar as necessidades metabólicas do desenvolvimento do embrião pré-implantação. Como o embrião muda sua estratégia metabólica após a compactação e ao entrar no útero, certamente é possível que uma concentração reduzida de oxigênio no útero possa apoiar melhor os mecanismos de produção de energia desse estágio do desenvolvimento embrionário. A recapitulação desse ambiente na cultura pode melhorar o desenvolvimento embrionário e a saúde a longo prazo das gestações resultantes da fertilização in vitro.

Esta teoria foi corroborada em dois estudos-piloto recentes. O primeiro estudo, recentemente premiado com o Prize Paper Award no Encontro Científico da Sociedade Americana de Medicina Reprodutiva de 2016, randomizou embriões doados para pesquisa com concentração de oxigênio de 2% ou 5% após o terceiro dia de desenvolvimento e descobriu que os embriões tinham duas vezes mais chances de blastular se foram cultivados em concentração de 2% de oxigênio. No entanto, os embriões estudados nesta investigação foram fertilizados de forma anormal ou aquecidos da criopreservação no dia 3 após serem doados para pesquisa. Nenhum foi destinado para uso clínico.

Com essas limitações em mente, nosso grupo concluiu recentemente um estudo utilizando embriões destinados ao uso clínico (Copernicus IRB: RMA-2016-02). Neste estudo, inscrevemos 60 pacientes e dividimos todos os embriões em desenvolvimento no terceiro dia de desenvolvimento para cultura em 2% ou 5% de oxigênio até o estágio de blastocisto. Os resultados ainda não foram publicados, mas a cultura em 2% de oxigênio após o dia 3 produziu mais blastocistos do que a cultura em 5% de oxigênio. No total, 30 pacientes tiveram mais embriões atingindo o blastocisto em 2% de oxigênio, enquanto apenas 17 pacientes tiveram mais embriões atingindo o blastocisto em 5% de oxigênio. Dez pacientes tiveram um número igual em ambas as condições (3 retiraram-se do estudo). Essa diferença atingiu significância estatística.

Este estudo inicial foi projetado para avaliar especificamente o desempenho do desenvolvimento de embriões em ambas as condições. No entanto, também existem alguns dados de gravidez disponíveis de pacientes que procederam à transferência desses embriões. Neste estudo inicial, as condições de cultura não tiveram impacto na decisão de qual embrião transferir. Isso foi cego para embriologistas e pacientes e apenas critérios de morfologia típicos foram utilizados. Novamente, dos pacientes que procederam à transferência de embriões, os embriões que foram cultivados em 2% de oxigênio tiveram um desempenho melhor do que aqueles exclusivamente em 5% (88,9% [16/18] vs. 62,5% [15/24]

No entanto, este estudo inicial não foi projetado para testar especificamente a questão de saber se 2% versus 5% de oxigênio em cultura estendida produz melhores resultados de gravidez. Os pacientes não foram randomizados para 2% ou 5% de oxigênio. Assim, os dados atuais da gravidez são propensos a algum viés e um estudo melhor controlado é necessário para avaliar o impacto da redução da concentração de oxigênio na cultura nos resultados mais importantes: taxa de nascidos vivos.

Objetivo do estudo proposto Este estudo visa comparar os resultados clínicos de embriões cultivados em concentração de oxigênio de 2% e concentração de oxigênio de 5% após a compactação. O desfecho primário em estudo será a taxa de nascidos vivos. Os resultados secundários incluirão taxa de aborto espontâneo, idade gestacional no parto, peso ao nascer no parto, taxa de blastulação embrionária, estado de ploidia do embrião (aneuploide ou euploide) e parâmetros morfológicos (expansão, grau de massa celular interna, grau de trofectoderme). A taxa cumulativa de nascidos vivos de todos os embriões originários do ciclo de estimulação do estudo também será coletada e analisada. Isso revelará teoricamente se alguma vantagem no número de blastocistos disponíveis para transferência se traduz em maior eficiência reprodutiva quando a cultura estendida é realizada a 2% de oxigênio.