Культивування ембріонів у лабораторії: що важливо знати пацієнтам під час програми ЕКЗ?

 У багатьох пар програма екстракорпорального запліднення (ЕКЗ) асоціюється насамперед з гормональною стимуляцією та перенесенням ембріона у порожнину матки. Водночас одна з ключових подій відбувається набагато раніше і часто “за лаштунками” — у ембріологічній лабораторії. Саме там, у перші дні після запліднення, ембріон проходить дуже чутливий період розвитку.

Саме в цей період формується життєздатність майбутнього ембріона, його здатність до подальшого розвитку та імплантації. Завдання сучасної репродуктивної медицини — створити в ембріологічній лабораторії умови, максимально наближені до природного середовища жіночого організму, оскільки навіть незначні зміни температури, газового складу або поживного балансу можуть впливати на клітинні поділи, метаболізм та якість ембріона.

Після злиття яйцеклітини та сперматозоїда формується зигота, яка починає проходити послідовні клітинні поділи — процес, відомий як дроблення. Упродовж перших кількох днів ембріон переходить від стадії двох клітин до морули, а приблизно на 5–7 день формується бластоциста — багатоклітинна структура, здатна до імплантації в ендометрій.

У природному циклі цей ранній розвиток відбувається у маткових трубах і порожнині матки — у стабільному середовищі з оптимальною температурою, контрольованим газовим складом і чітко збалансованими поживними речовинами.
Під час програми ЕКЗ ці умови відтворюються в ембріологічній лабораторії за допомогою спеціалізованих інкубаторів та культуральних середовищ, що забезпечують постійний контроль температури, рівнів кисню, вуглекислого газу та азоту.

Культуральне середовище для ембріона можна порівняти з мікроскопічною екосистемою, у якій відбувається ранній розвиток нового життя. Це не просто поживний розчин, а ретельно збалансована система, що підтримує стабільний рівень pH, осмотичний баланс і оптимальні концентрації поживних речовин.

Сучасні середовища для культивування ембріонів містять амінокислоти, вітаміни, солі, енергетичні субстрати, антиоксиданти та інші біологічно активні компоненти. Їхній склад розроблений таким чином, щоб максимально відтворювати природні умови внутрішнього середовища жіночого організму та підтримувати життєздатність клітин на кожному етапі розвитку.

Якісно підібране культуральне середовище дозволяє:

• зменшити клітинний стрес і накопичення продуктів метаболізму;
• підтримувати правильний ритм клітинних поділів;
• сприяти розвитку ембріонів до стадії бластоцисти;
• зберігати внутрішній біохімічний баланс, важливий для імплантації.

Наукові дослідження також свідчать, що умови культивування можуть впливати на епігенетичні механізми регуляції клітин, які мають значення не лише для настання вагітності, а й для довгострокового здоров’я дитини. Саме тому контроль якості середовища та лабораторних умов є одним із ключових чинників успіху програми ЕКЗ.

На ранніх етапах розвитку репродуктивних технологій ембріологи прагнули максимально точно відтворити природну зміну умов, через які проходить ембріон у жіночому організмі. Було встановлено, що склад рідин у маткових трубах та порожнині матки відрізняється — зокрема за концентрацією глюкози, пірувату та лактату, які слугують джерелами енергії для ембріона.

На основі цих спостережень були створені двохстадійні (послідовні) культуральні середовища, коли ембріон спочатку розвивався в одному середовищі на ранніх стадіях дроблення, а згодом переносився в інше — оптимізоване для стадії бластоцисти. Такий підхід дозволяв точніше відповідати метаболічним потребам ембріона на різних етапах розвитку.

Втім, переведення ембріонів між середовищами вимагало відкриття інкубатора, що могло спричиняти коливання температури та газового складу, створюючи додатковий стрес для клітин у критичний період розвитку.

З подальшим розвитком науки з’явилися одностадійні (single-step) середовища, які містять повний набір компонентів, необхідних ембріону від моменту запліднення до стадії бластоцисти. Такий підхід дозволяє культивувати ембріон в одному стабільному середовищі без потреби частого втручання, що знижує ризик стресу та покращує стабільність розвитку.

Одностадійні середовища побудовані за принципом метаболічної гнучкості. Вони містять кілька джерел енергії та амінокислот, однак ембріон не споживає всі компоненти одночасно. Його клітини «обирають» ті поживні речовини, які відповідають поточним потребам розвитку.

На ранніх стадіях ембріон переважно використовує піруват і лактат, тоді як у міру формування бластоцисти зростає роль глюкози та амінокислот. Цей процес регулюється клітинними транспортерами, ферментними системами та внутрішнім метаболічним станом ембріона.

Такий підхід дозволяє ембріону адаптуватися природним шляхом, а лабораторії — мінімізувати втручання та створити максимально стабільні умови для розвитку.

Список використаних джерел:

1. Sfontouris, I. A., Martins, W. P., Nastri, C. O., Viana, I. G. R., Navarro, P. A., Raine-Fenning, N., Van Der Poel, S., Rienzi, L., & Racowsky, C. (2016). Blastocyst culture using single versus sequential media in clinical IVF: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials. Journal of Assisted Reproduction and Genetics, 33(10), 1261–1272. https://doi.org/10.1007/s10815-016-0774-5
2. Sacha, Caitlin R., Daksha Gopal, Chia-Ling Liu, Howard R. Cabral, Judy E. Stern, Daniela A. Carusi, Catherine Racowsky, and Charles L. Bormann. 2022. “The Impact of Single-step and Sequential Embryo Culture Systems on Obstetric and Perinatal Outcomes in Singleton Pregnancies: The Massachusetts Outcomes Study of Assisted Reproductive Technology.” Fertility and Sterility 117 (6): 1246–54. https://doi.org/10.1016/j.fertnstert.2022.03.005.
3. Paternot, Goedele, Sophie Debrock, Thomas M D’Hooghe, and Carl Spiessens. 2010. “Early Embryo Development in a Sequential Versus Single Medium: A Randomized Study.” Reproductive Biology and Endocrinology 8 (1): 83. https://doi.org/10.1186/1477-7827-8-83.
4. Sciorio, Romualdo, and Paolo Rinaudo. 2023. “Culture Conditions in the IVF Laboratory: State of the ART and Possible New Directions.” Journal of Assisted Reproduction and Genetics 40 (11): 2591–2607. https://doi.org/10.1007/s10815-023-02934-5.