Оценка влияния пониженной концентрации кислорода на живорождаемость

Значительный прогресс был достигнут в описании оптимальной среды для развития эмбриона в культуре. Эти усилия были основаны на предпосылке, что клиническая культура эмбрионов должна имитировать среду in vivo. С этой целью исследователи приложили все усилия, чтобы воссоздать каждый аспект естественной среды, в которой находится ранний эмбрион. Этот сфокусированный подход привел к значительным изменениям системы культивирования эмбрионов в современной лаборатории экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) и, в конечном итоге, к повышению частоты наступления беременности.

Одной из областей, которая подверглась тщательному изучению, является взаимосвязь между концентрацией кислорода в инкубаторе и ранним эмбриональным развитием. Кислород играет центральную роль в эмбриональном метаболизме. Механизм, регулирующий его использование, зависит от стадии эмбрионального развития. В течение первых 3 дней развития кислород достигает эмбриона путем пассивной диффузии, а градиент его концентрации регулируется потреблением кислорода во время окислительного фосфорилирования. Неэффективность этого процесса — из-за нарушения целостности внутренней митохондриальной мембраны или изменения доступности субстрата — может привести к избыточному производству вредных активных форм кислорода, которые могут нанести значительный ущерб клеточному механизму и в конечном итоге привести к остановке эмбриона.

Концентрация кислорода, которой подвергается эмбрион в культуре, также может воздействовать на эту тонко сбалансированную систему и изменять метаболическое здоровье эмбриона. Исторически сложилось так, что концентрация атмосферного кислорода (примерно 20%) использовалась исключительно в лабораториях ЭКО человека для культивирования эмбрионов. Однако многочисленные исследования впоследствии показали, что физиологическая концентрация кислорода в женских половых путях значительно ниже атмосферного уровня и постоянно измеряется на уровне <10%. Эти наблюдения привели к многочисленным испытаниям, сравнивающим концентрацию кислорода в атмосфере с 5% кислорода в культуре эмбрионов. Эти исследования продемонстрировали значительные нарушения в экспрессии генов, секреции белков и субоптимальном использовании аминокислот и углеводов у эмбрионов, культивируемых в атмосферном кислороде. Те же сравнения были сделаны в клинических исследованиях ЭКО и показали, что эмбрионы, культивированные в 5% кислороде, неизменно приводили к увеличению клинической частоты наступления беременности и числа живорождений. Мета-анализ по этой теме показал, что клиника с исходным коэффициентом живорождения 30% может ожидать улучшения на 13% при культивировании эмбрионов при 5% O2.

В результате этих убедительных данных большинство современных программ ЭКО в настоящее время культивируют исключительно эмбрионы при 5% концентрации кислорода. Однако некоторые предполагают, что концентрация кислорода, которой подвергается эмбрион после 3-го дня развития, на самом деле ниже 5%. Эти данные исходят из представления о том, что эмбрион пересекает маточно-трубное соединение на 3-й день развития in vivo. Многочисленные исследования показали, что концентрация кислорода в матке на самом деле ниже, чем в маточной трубе, примерно на 2%. Таким образом, наиболее физиологичная система культивирования эмбрионов будет культивировать эмбрионы в 5% кислороде до 3-го дня, а затем снижать концентрацию кислорода до 2% до переноса или криоконсервации на 5-й или 6-й день.

Изменение оптимальной для эмбриона концентрации кислорода на 3-й день соответствовало общему сдвигу метаболических потребностей эмбрионов на этой стадии развития. Активация эмбрионального генома происходит на 3-й день, что вызывает значительное увеличение биосинтетической активности. Метаболическое поведение эмбрионов также существенно меняется в это время. Эмбрион меняет свою метаболическую стратегию с окислительного фосфорилирования на метаболизм, основанный на глюкозе, в форме аэробного гликолиза и цикла лимонной кислоты. Во время этого процесса, называемого уплотнением, эмбрионы значительно увеличивают потребление кислорода.

Физиологическая среда женского репродуктивного тракта имеет тенденцию отражать метаболические потребности развивающегося преимплантационного эмбриона. Поскольку эмбрион меняет свою метаболическую стратегию после уплотнения и при попадании в матку, вполне возможно, что пониженная концентрация кислорода в матке лучше всего поддерживает механизмы выработки энергии на этой стадии эмбрионального развития. Воспроизведение этой среды в культуре может улучшить эмбриональное развитие и долгосрочное здоровье беременностей, возникших в результате ЭКО.

Эта теория была подтверждена в двух недавних экспериментальных исследованиях. В первом исследовании, недавно получившем премию Prize Paper Award на научном собрании Американского общества репродуктивной медицины в 2016 году, случайным образом отобранные эмбрионы, пожертвованные для исследований, с концентрацией кислорода 2% или 5% после 3-го дня развития, обнаружили, что эмбрионы в два раза чаще бластулируют, если их культивировали при 2% концентрации кислорода. Тем не менее, эмбрионы, изученные в этом исследовании, были либо аномально оплодотворены, либо согреты после криоконсервации на 3-й день после того, как были пожертвованы для исследования. Ни один из них не предназначался для клинического использования.

Учитывая эти ограничения, наша группа недавно завершила исследование с использованием эмбрионов, предназначенных для клинического использования (Copernicus IRB: RMA-2016-02). В этом исследовании мы включили 60 пациентов и разделили все текущие эмбрионы на 3-й день развития для культивирования либо в 2%, либо в 5% кислорода до стадии бластоцисты. Результаты еще не опубликованы, но при культивировании в среде с 2% кислорода после 3-х суток продуцируется больше бластоцист, чем при культивировании в среде с 5% кислорода. В общей сложности у 30 пациентов было больше эмбрионов, достигших бластоцисты при 2% кислорода, и только у 17 пациентов больше эмбрионов достигло бластоцисты при 5% кислороде. Десять пациентов имели одинаковое количество в обоих состояниях (3 выбыли из исследования). Это различие достигло статистической значимости.

Это первоначальное исследование было разработано специально для оценки показателей развития эмбрионов в обоих условиях. Тем не менее, есть также некоторые данные о беременности от тех пациенток, которые приступили к переносу этих эмбрионов. В этом первоначальном исследовании условия культивирования не повлияли на решение о переносе эмбриона. Это было скрыто от эмбриологов и пациентов, и использовались только типичные критерии морфологии. Опять же, у пациентов, перенесших перенос эмбрионов, эмбрионы, культивированные в среде с 2 % кислорода, показали лучшие результаты, чем эмбрионы, культивированные исключительно в 5 % (88,9 % [16/18] против 62,5 % [15/24]).

Тем не менее, это первоначальное исследование не было разработано для того, чтобы специально проверить вопрос о том, приводит ли 2% или 5% кислорода в расширенной культуре к лучшим исходам беременности. Пациенты не были рандомизированы ни на 2%, ни на 5% кислорода. Таким образом, текущие данные о беременности подвержены некоторой предвзятости, и необходимо более контролируемое исследование для оценки влияния пониженной концентрации кислорода в культуре на наиболее важные исходы: частоту живорождения.

Цель предлагаемого исследования Это исследование направлено на сравнение клинических результатов эмбрионов, культивируемых при концентрации кислорода 2% и концентрации кислорода 5% после уплотнения. Первичным исследуемым результатом будет рождаемость живых детей. Вторичные исходы будут включать частоту выкидышей, гестационный возраст на момент родов, массу тела при рождении, частоту бластуляции эмбриона, статус эмбриональной плоидности (анеуплоидный или эуплоидный) и морфологические параметры (расширение, степень внутренней клеточной массы, степень трофэктодермы). Также будет собираться и анализироваться кумулятивная частота живорождения всех эмбрионов, происходящих из исследуемого цикла стимуляции. Теоретически это покажет, приводит ли какое-либо преимущество в количестве доступных бластоцист для переноса к большей репродуктивной эффективности, когда расширенная культура выполняется при 2% кислорода.