Почему во время развития in vitro иногда происходит остановка эмбриона?

В этом посте мы расскажем, почему эмбрионы перестают расти, прежде чем становятся бластоцистами на 5-й день своего развития.

Это называется «остановкой развития эмбриона» либо эмбрио арест (embryo arrest). Мы рассмотрим множество причин, по которым ооциты могут вызывать задержку развития эмбриона, а также некоторые причины, связанные с мужским фактором.

 

Остановка эмбриона – это когда эмбрион перестает расти, как правило, на стадии дробления (хотя это может случиться и с морулами).

 

Однако даже при улучшенных условиях развития от 10 до 15% эмбрионов, полученных во время экстракорпорального оплодотворения (ЭКО), подвергаются постоянной остановке клеточного цикла. Примерно у 40% пар, проходящих лечение ЭКО, наблюдается один случай остановки эмбриона за цикл. Без сомнения, наиболее важными факторами, ведущими к остановке эмбриона и, следовательно, к невозможности зачать ребенка, являются хромосомные аномалии эмбриона.

 

Почему происходит остановка развития эмбриона?

 

Ранние стадии развития человека очень подвержены ошибкам из-за хромосомных аномалий, которые могут возникать на различных критических стадиях во время мейоза, оплодотворения и раннего деления эмбриона. В целом зародыши на ранних стадиях развития имеют высокий уровень хромосомной анеуплоидии (отклонения числа копий хромосом). Было даже высказано предположение, что в течение третьего дня развития эмбриона (стадия 8 клеток) 60% всех эмбрионов, полученных с помощью ЭКО, имеют по крайней мере одну клетку с анеуплоидиями.

 

Хромосомные нарушения (анэуплоидии)

 

В недавно опубликованном исследовании Маурер и его сотрудники изучили 119 эмбрионов, у которых остановилось развитие, и обнаружили, что у 70% из них были хромосомные аномалии. Это означает, что хромосомные аномалии являются наиболее существенной причиной ареста эмбриона (Maurer и соавторы, 2015).

 

Все это подтверждает идею о том, что хромосомно аномальные эмбрионы сталкиваются со значительным давлением. Этот отрицательный отбор, по-видимому, имеет место в основном во время предимплантационного периода, вызывая остановку деления и/или дегенерацию эмбриона.

 

Однако следует принимать во внимание, что развитие до стадии бластоцисты не является надежным с точки зрения отбора в отношении тех эмбрионов, которые являются хромосомными аномалиями. Согласно нашим собственным результатам, с использованием PGT-A  (NGS) (всеобъемлющий хромосомный скрининг) от 30-50% эмбрионов, которые достигают стадии бластоцисты с нормальной морфологией, имеют хромосомные нарушения. Таким образом, использование технологии преимплантационного генетического тестирования помогает нам выбрать эмбрион с наибольшей вероятностью имплантации и наступления беременности.

Результаты предимплантационного генетического тестирования эмбрионов PGT

Нормальный (эуплоидный), збалансированный набор хромосом

Пример патологии – потеря (моносомия) 13, 16 хромосомы

 

 

Женский репродуктивный возраст

С увеличение женского репродуктивного возраста увеличивается частота  анэуплоидных эмбрионов (эмбрионов с нарушением правильного количества хромосом) – к сожалению этот факт влияет и на увеличение отставания эмбрионов в своем развитии, частота остановки эмбрионов  увеличивается.

Нарушение кариотипа (трисомия 21 хромосомы):

 

Митохондрии играют важную роль в выработке энергии для функционирования клетки. Это своего рода батерийки для клетки!

 

С возрастом митохондрии начинают разрушаться, что может привести к ошибкам в разделении хромосом или анеуплоидии.

 

Поскольку митохондрии производят энергию для клетки, их меньшее количество может затруднить деление эмбриона, что может привести к его остановке. Энергию из митохондрий эмбрион для своего развития получает исключительно от ооцита. Мужская митохондрия дает энергию мперматозоиду исключительно для его движения и не учавствует в прцессе дробления эмбриона.

 

Активация генома эмбриона

 

Сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку и формирует эмбрион. В частности, он формирует геном эмбриона. Это полный набор ДНК эмбриона, включающий все инструкции, необходимые для его жизнедеятельности в будущем.

 

Геном эмбриона фактически не включается примерно до 3-го дня, когда в эмбрионе будет около 8 клеток (Hanna et al. 2018).

 

До этого момента эмбрион полагается на сохраненные в яйцеклетке материнские факторы.

Поскольку ДНК эмбриона еще не активна, она не может создавать собственные факторы, поэтому ей необходимо полагаться на сохраненные материнские факторы. Ооцит очень ответственный!

 

Эти факторы участвуют в:

  • распаковке ДНК спермы;
  • объединении ДНК яйцеклетки и сперматозоидов для формирования генома эмбриона;
  • отключении генетических программ яйцеклеток /сперматозоидов и включение эмбриональной программы;
  • копировании ДНК и 3 раунда деления клеток (чтобы получить 8 клеток).

 

Фрагментация ДНК сперматозоидов влияет на уменьшение образования бластоцист, и вполне возможно, что значительное повреждение может привести к остановке эмбриона. Вредные факторы окружающей среды (неправильное питание, курение, ионизирующее излучение, пестициды, прием определенных препаратов, воздействие лаков, красок может приводить в увеличению окислительному стрессу и повреждению ДНК половых клеток, соответственно увеличению фрагментации ДНК. Большое значение при этом имеет исключение вредных факторов, оптимизация питания, прием антиоксидантов, назначенных опытным врачем.

 

Теломеры – это повторяющиеся последовательности ДНК на конце каждой хромосомы. У нас они есть, потому что каждый раз, когда клетка делится, ДНК нужно копировать для новой клетки. И каждый раз, когда копируется ДНК, теряется крошечный кусочек ДНК на каждом конце.

 

Таким образом, наши хромосомы компенсируют это дополнительными частями на каждом конце.

Считается, что укорочение теломер является причиной старения. А некоторые считают, что путь к бессмертию можно найти, расширив наши теломеры.

 

Активные формы кислорода могут повреждать ДНК и вызывать укорачивание ДНК теломер, что может привести к клеточному старению.

 

Исследования показали, что поврежденные или укороченные теломеры могут вызывать арест эмбриона (Betts et al. 2008).

 

Условия эмбриологической лаборатории

 

Около 50-70% эмбрионов не достигают стадии бластоцисты (Wong et al. 2010), и примерно у 40% всех пациентов обнаруживается по крайней мере один арестованный эмбрион за цикл (Betts et al. 2008).

 

Так что «задержка эмбриона» – явление довольно распространенное!

 

Эмбрионы развиваются в эмбриологической лаборатории перед переносом в матку. Условия, которые создает лаборатория, важны для развития эмбриона.

 

Воздух, которым мы дышим, содержит около 21% кислорода, но в женских половых путях уровень кислорода составляет от 2 до 8% (Morin 2017). Общее мнение таково, что эмбрионы, культивируемые в 5%  кислороде, как правило, имеют более высокий успех и с меньшей вероятностью могут быть арестованы

 

Это снижение кислорода может иметь важное значение для предотвращения образования фрагментации ДНК клеток эмбриона.

 

Также улучшен состав культуральных средств. Это, наряду с полным мониторингом pH и осмотической концентрации, означает, что мы можем регулярно проводить пролонгированное развитие эмбриона до стадии бластоцисты, чтобы улучшить отбор эмбрионов и увеличить частоту наступления беременности.

 

Эмбриологическая лаборатория должна иметь очень чистый воздух быть  оснащенной сверхмощными HEPA-фильтрами для очистки воздуха.

Летучие органические соединения (VOC) – это молекулы в воздухе, которые могут быть вредными для эмбрионов. Некоторые распространенные летучие органические соединения:

  • этанол, изопропиловый спирт (для обеззараживания поверхностей);
  • пропен, ацетонитрил, стирол (из пластмасс);
  • формальдегид, ацетальдегид (содержится в красках, бензине, смоге).

 

Чистая лаборатория и чистый воздух важны для здоровья эмбриона. По этой причине использование дезодорантов и парфюмерии и бытовой химии с сильным запахом недопустимо. Пластиковая посуда, которая используется для культивирования эмбрионов, перед использованием «дегазируется», открывая упаковку и выпуская VOC.

 

Некоторые VOC являются известными канцерогенами и могут вызывать повреждение ДНК.

 

Поскольку эмбрионы настолько малы и ограничены в том, как они могут обрабатывать эти токсины, летучие органические соединения могут иметь большое влияние на их развитие.

 

VOC были связаны с остановкой эмбриона или неспособностью продуцировать бластоцисты, а также с уменьшением общего успеха

эмбрионов задерживается больше из-за яйцеклетки или спермы?

 

Что влияет больше на задержку развития эмбриона – яйцеклетка или сперматозоид?

 

Судя по тому, что мы обсудили в этом посте, проблемы с задержкой развития эмбриона, по-видимому, в основном связаны с яйцеклеткой.

 

Так почему же яйцеклетка оказывается такое большое воздействие?

 

Ооцит огромен по сравнению со сперматозоидом. При оплодотворении ооцит становится эмбрионом. Весь этот «материал» внутри яйцеклетки имеет большое воздействие на развитие эмбриона.

У людей сперматозоиды – самые маленькие клетки, а ооциты – самые большие (фото: относительный размер яйцеклетки).

Исходя из их объемов, в ооцит можно вместить около 64 000 головок сперматозоидов!

Неудивительно, что яйцеклетка играет такую ​​важную роль.

Но все ситуации разные!

 

Сперма имеющая воздействие оксидативного стресса, фрагментацию ДНК,  определенно может быть причиной ареста эмбрионов.

Обе стороны вносят свой вклад, просто яйцеклетка играет во всем этом большую роль.