Utvärdering av effekten av minskad syrekoncentration på levande födelse

Betydande framsteg har gjorts för att karakterisera den optimala miljön för ett växande embryo i kultur. Dessa ansträngningar har varit baserade på premissen att klinisk embryokultur ska efterlikna in vivo-miljön. För detta ändamål har utredarna gjort stora ansträngningar för att återskapa varje aspekt av den naturliga miljön som det tidiga embryot exponeras för. Detta fokuserade tillvägagångssätt har lett till betydande modifieringar av embryokultursystemet i det moderna provrörsbefruktningslabbet (IVF) och i slutändan till förbättringar av graviditetsfrekvensen.

Ett område som har varit föremål för betydande granskning är förhållandet mellan inkubatorns syrekoncentration och tidig embryonal utveckling. Syre spelar en central roll i embryonal metabolism. Mekanismen som styr dess användning är beroende av embryonal utvecklingsstadium. Under de första 3 dagarna av utvecklingen når syre embryot via passiv diffusion och dess koncentrationsgradient regleras av syreförbrukningen under oxidativ fosforylering. Ineffektivitet i denna process - på grund av försämrad integritet av det inre mitokondriella membranet eller förändringar i substrattillgänglighet - kan resultera i överdriven produktion av skadliga reaktiva syrearter som kan orsaka betydande skada på cellulärt maskineri och i slutändan leda till embryonal stopp.

Koncentrationen av syre som embryot i kulturen utsätts för kan också påverka detta känsligt balanserade system och förändra ett embryos metaboliska hälsa. Historiskt har atmosfärisk syrekoncentration (cirka 20%) uteslutande använts i mänskliga IVF-laboratorier för embryoodling. Flera undersökningar visade emellertid att den fysiologiska koncentrationen av syre i det kvinnliga fortplantningsorganet ligger långt under atmosfäriska nivåer, och mäts konsekvent till <10 %. Dessa observationer ledde till flera försök som jämförde atmosfäriska syrekoncentrationer med 5% syre i embryokultur. Dessa studier visade betydande störningar i genuttryck, proteinutsöndring och suboptimalt utnyttjande av aminosyror och kolhydrater i embryon odlade i atmosfäriskt syre. Samma jämförelser gjordes i kliniska IVF-studier och visade att embryon odlade i 5 % syre konsekvent resulterade i en ökning av klinisk graviditetsfrekvens och levande födelse. En metaanalys av detta ämne föreslog att en klinik med en baslinjefrekvens av levande födelse på 30 % kunde förvänta sig en förbättring så stor som 13 % när embryon odlades med 5 % O2.

Som ett resultat av dessa övertygande data odlar de flesta moderna IVF-program nu uteslutande embryon med 5 % syrekoncentration. Vissa har dock föreslagit att syrekoncentrationen som embryot exponeras för efter dag 3 av utvecklingen faktiskt är lägre än 5%. Dessa data kommer från idén att embryot korsar utero-tubal-korsningen på dag 3 av utvecklingen in vivo. Flera studier har visat att syrekoncentrationen i livmodern faktiskt är lägre än i äggledaren med cirka 2 %. Således skulle det mest fysiologiska embryoodlingssystemet odla embryon i 5 % syre till dag 3 och sedan minska syrekoncentrationen till 2 % tills överföring eller kryokonservering på dag 5 eller 6.

En förändring i den optimala syrekoncentrationen för ett embryo på dag 3 skulle passa med en allmän förändring av metaboliska krav hos embryon som ses i detta utvecklingsstadium. Aktivering av det embryonala genomet sker på dag 3, vilket medför en signifikant ökning av biosyntetisk aktivitet. Det metaboliska beteendet hos embryon förändras också avsevärt under denna tid. Embryot ändrar sin metaboliska strategi från oxidativ fosforylering till glukosbaserad metabolism i form av den aeroba glykolysen och citronsyracykeln. Under denna process, kallad kompaktering, uppvisar embryon kraftigt ökad syreförbrukning.

Den fysiologiska miljön i det kvinnliga reproduktionsorganet tenderar att spegla de metaboliska behoven hos det utvecklande preimplantationsembryot. Eftersom embryot ändrar sin metaboliska strategi efter komprimering och när det kommer in i livmodern, är det säkerligen möjligt att en reducerad syrekoncentration i livmodern bäst stöder de energiproducerande mekanismerna i detta stadium i embryonal utveckling. Att rekapitulera denna miljö i kultur kan förbättra embryonal utveckling och långsiktig hälsa för graviditeter som är resultatet av IVF.

Denna teori har bekräftats i två nyligen genomförda pilotstudier. Den första studien, som nyligen belönades med Prize Paper Award vid 2016 American Society for Reproductive Medicine Scientific Meeting, randomiserade embryon som donerades till forskning till 2 % eller 5 % syrekoncentration efter dag 3 av utvecklingen och fann att embryon hade dubbelt så stor risk att sprängas om de odlades i 2 % syrekoncentration. Embryon som studerades i denna undersökning var emellertid antingen onormalt befruktade eller uppvärmda från kryokonservering på dag 3 efter att ha donerats till forskning. Ingen var avsedd för klinisk användning.

Med dessa begränsningar i åtanke har vår grupp nyligen avslutat en studie med embryon avsedda för klinisk användning (Copernicus IRB: RMA-2016-02). I denna studie registrerade vi 60 patienter och delade upp alla pågående embryon på dag 3 av utvecklingen till odling i antingen 2% eller 5% syre tills blastocyststadiet. Resultaten har ännu inte publicerats, men odling i 2 % syre efter dag 3 gav fler blastocyster än odling i 5 % syre. Totalt hade 30 patienter fler embryon nå blastocyst i 2 % syre, medan endast 17 patienter hade fler embryon nå blastocyst i 5 % syre. Tio patienter hade lika många i båda tillstånden (3 drog sig ur studien). Denna skillnad nådde statistisk signifikans.

Denna första studie utformades för att specifikt utvärdera embryonens utvecklingsprestanda under båda förhållanden. Det finns dock även vissa graviditetsdata tillgängliga från de patienter som har fortsatt att överföra dessa embryon. I denna första studie hade odlingsförhållanden ingen inverkan på beslutet om vilket embryo som skulle överföras. Detta var förblindat för embryologer och patienter och endast typiska morfologiska kriterier användes. Återigen, av patienter som har gått vidare till embryoöverföring har embryon som hade odlats i 2 % syre presterat bättre än de som uteslutande 5 % (88,9 % [16/18] mot 62,5 % [15/24]

Denna första studie var dock inte utformad för att specifikt testa frågan om 2 % kontra 5 % syre i förlängd kultur ger bättre graviditetsresultat. Patienterna randomiserades inte till vare sig 2 % eller 5 % syre. Sålunda är aktuella graviditetsdata benägna att vara partisk och en bättre kontrollerad studie behövs för att utvärdera effekten av minskad syrekoncentration i kulturen på de viktigaste resultaten: levande födelsetal.

Syftet med den föreslagna studien Denna studie syftar till att jämföra kliniska resultat av embryon som odlats vid 2 % syrekoncentration och 5 % syrekoncentration efter kompaktering. Det primära resultatet som studeras kommer att vara levande födelsetal. Sekundära utfall kommer att inkludera missfallsfrekvens, graviditetsålder vid förlossningen, födelsevikt vid förlossningen, embryoblastulationshastighet, embryonploidstatus (aneuploid eller euploid) och morfologiska parametrar (expansion, inre cellmassgrad, trophectoderm-grad). Den kumulativa födelsetalen för alla embryon som härrör från studiestimuleringscykeln kommer också att samlas in och analyseras. Detta kommer teoretiskt att avslöja om någon fördel i antalet tillgängliga blastocyster för överföring översätts till högre reproduktionseffektivitet när utökad odling utförs med 2 % syre.