Thành công của thụ tinh trong ống nghiệm (IVF) hiện nay thường được ghi nhận thông qua kết quả trẻ sinh sống sau điều trị. Tuy vậy, tác động lâu dài của các kỹ thuật hỗ trợ sinh sản đến sức khỏe của trẻ sinh vẫn là chủ đề nghiên cứu cần quan tâm. Bằng chứng từ các nghiên cứu giúp định hướng và kiểm soát việc áp dụng kỹ thuật IVF hiệu quả và an toàn hơn. Sức khỏe của trẻ sinh ra từ IVF có thể bị tác động bởi các yếu tố từ bố mẹ hoặc các kỹ thuật IVF như kích thích buồng trứng, ICSI, hệ thống môi trường nuôi cấy... Trong đó, môi trường nuôi cấy phôi là yếu tố quan trọng cần quan tâm vì nó tác động trực tiếp vào quá trình phát triển của phôi.

1. Môi trường nuôi cấy phôi là gì?

Môi trường nuôi cấy là hệ các chất cung cấp chất dinh dưỡng và các yếu tố cần thiết cho sự phát triển của phôi. Nhìn chung, môi trường nuôi cấy phôi đều chứa các thành phần cơ bản tương tự như: đường, axit amin, protein, ion, hormone tăng trưởng…

Môi trường nuôi cấy là yếu tố quan trọng tác động trực tiếp đối với sự phát triển của phôi được nuôi cấy. Môi trường nuôi cấy ảnh hưởng đến tiềm năng phát triển của phôi, kết cục thai kỳ cũng như tác động đến hệ phiên mã (transcriptome), sự biểu hiện của các gen của phôi thai và thượng di truyền của phôi thai [1]–[6].

2. Mối tương quan giữa môi trường nuôi cấy phôi với chất lượng phôi

 - Kết quả phôi học

Năm 2017, Sfontouris và cs., đã tiến hành nghiên cứu tiến cứu ngẫu nhiên chia đôi noãn từ các bệnh nhân tiên lượng tốt để so sánh 2 môi trường đơn bước thương mại SAGE (Origio) và Continuous Single Culture_CSC (Irvine Scientific). Kết quả thu được là tỉ lệ thụ tinh (68,6% ± 7,5% vs 72,4% ± 12%; p= 0,359) và tỉ lệ phôi ngày 3 (84,6% ± 6% vs 84,6% ± 7,7%; p= 0,915), tỉ lệ phôi tốt ngày 3 (70,2 % ±10,1% vs 69,5% ± 9,4 12%; p= 0,7), cũng như tỉ lệ tạo thành phôi nang (53,6% ±9% vs 51,9% ±9,7%; p= 0,755) và  tỉ lệ phôi nang loại tốt (36,8% ± 8,7% vs 36,1% ±8,9%; p= 0,85) không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê. Nuôi cấy liên tục trong 2 môi trường đơn bước này sẽ cho kết quả tiềm năng phôi nang như nhau [7].

Một nghiên cứu hồi cứu năm 2018, cũng so sánh các kết cục phôi và thai kỳ khi chuyển phôi ngày 2 hoặc ngày 3 ở 2 nhóm phôi nuôi trong môi trường SAGE-1 và Vitrolife (G1-Plus/G2-Plus). Kết quả là số lượng cũng như chất lượng phôi ngày 2 và 3 của nhóm nuôi cấy ở nhóm SAGE-1 đều cao hơn đáng kể phôi được nuôi cấy trong môi trường đơn bước so với môi trường G1-Plus/G2-Plus: phôi ngày 2 [loại A (190 vs. 107; p<0,001), B (133 vs 118; p=0,018)]; phôi ngày 3 [loại A (40 vs. 19; p=0,048) nhưng loại B không khác biệt (40 vs. 49)]. Do đó, nghiên cứu này ghi nhận tỉ lệ phôi đủ điều kiện trữ lạnh trong môi trường đơn bước cao hơn so với môi trường chuyển tiếp (21% vs 11%; p<0,001). Tuy nhiên, kết cục thai kỳ không khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa 2 nhóm môi trường này, bao gồm tỉ lệ làm tổ, thai lâm sàng và sẩy thai [8].

Nghiên cứu tiến cứu với cỡ mẫu lớn mới nhất công bố năm 2018, cho thấy môi trường đơn bước (CSC) cho kết quả phôi tốt hơn so với phôi của nhóm môi trường chuyển tiếp (Quinn’s Advantage) nhưng kết cục lâm sàng không thay đổi. Tỉ lệ phôi nang/số noãn MII – ICSI (n = 2211/5841, 37,9% vs 1073/3216, 33,4%; p<0,01), và tỉ lệ phôi nang/ chu kỳ (p=0.01) của nhóm môi trường CSC cao hơn đáng kể. Vì thế, tỉ lệ chu kỳ không có phôi nang của nhóm môi trường CSC thấp hơn đáng kể so với nhóm môi trường Quinn’s Advantage cũng như tỉ lệ phôi nang loại tốt cao hơn (n = 1262/2211, 57,1% vs. n = 563/1073, 52.5%; p = 0.01) và phôi phát triển nhanh hơn (ngày 5, n = 1260/2211; 57,0% so với n = 482/1073; 44,9%; p < 0,01) [9].

 - Động học của phôi

Năm 2012, nghiên cứu so sánh ngẫu nhiên chia đôi noãn nuôi cấy 2 môi trường khác nhau (SSM và ECM/MB) được thực hiện nhằm khảo sát động học của phôi. Phôi nuôi trong môi trường đơn bước có tiến trình phát triển nhanh hơn được thể hiện qua các thông số thời điểm biến mất tiền nhân (tfPN) và thời điểm phôi 2, 3, 4, 5 phôi bào (t2, t3, t4, t5) ngắn hơn có ý nghĩa thống kê so với phôi nuôi ở môi trường chuyển tiếp. Trong khi đó, các thông số cc2 = t3-t2 và s2 = t4-t3 cũng như tỉ lệ thai và làm tổ không khác nhau. Vì tốc độ phát triển của phôi ở môi trường chuyển tiếp chậm hơn so với môi trường đơn bước nên tỉ lệ có phôi ngày 6 đông lạnh ở nhóm môi trường chuyển tiếp cao hơn đáng kể so với đơn bước [10].

Năm 2013, nghiên cứu tiến cứu đoàn hệ chia đôi noãn để so sánh động học phôi của 2 nhóm noãn được nuôi trong môi trường Global (LifeGlobal) và Quinn’s Advantage (SAGE). Kết quả thu được là không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê của các thông số động học được phân tích như thời điểm xuất hiện và biến mất tiền nhân tPNa, tPNf, t2, t3, t4, t5, cc2=t3-t2, s2=t4-t3. Và không có sự khác biệt về tỉ lệ phôi có thông số t5  (48,8–56,6 giờ), s2 (<0,75 giờ), cc2 (<12h) trong khoảng tối ưu (38% vs 40,2%; 49% vs 49,4%; 53,2% vs 52,2% , p>0,05; lần lượt). Hơn nữa, cũng không có sự khác biệt về tỉ lệ làm tổ và tỉ lệ thai (42,0% vs 38,2%;  48,0% vs 58,8% ; p>0,05; tương ứng Global và Quinn’s Advantage) [11].

Như vậy, môi trường nuôi cấy phôi khác nhau có thể tác động đến tiến trình phát triển của phôi. Từ đó, nó ảnh hưởng đến động học phát triển của phôi. Tuy nhiên, mức độ tác động này có ý nghĩa thống kê hay không vẫn còn nhiều tranh luận.

 - Kết cục thai kỳ lâm sàng

Kết cục lâm sàng của chu kỳ điều trị IVF như thai lâm sàng, thai diễn tiến, sẩy thai…cũng được so sánh giữa các loại môi trường khác nhau trong nhiều nghiên cứu. Tuy nhiên, vấn đề này vẫn còn đang tranh luận do bằng chứng từ các phân tích tổng quan hệ thống cho thấy không có tác động có ý nghĩa thống kê.

Năm 2016, bài tổng quan hệ thống và phân tích tổng hợp so sánh kết cục thai kỳ giữa các môi trường không khác biệt về tỉ lệ thai diễn tiến (relative risk (RR) = 0,9; 95 % CI = 0,7 - 1,3; 2 nghiên cứu trên 246 phụ nữ), thai lâm sàng (RR= 1,0; 95 % CI = 0,7 – 1,4; 1 nghiên cứu trên 100 phụ nữ), tỉ lệ sẩy thai/ thai lâm sàng (RR= 1,3; 95 % CI = 0,4 -4,3; 2 nghiên cứu trên 246 phụ nữ). Môi trường đơn bước liên quan đến gia tăng tỉ lệ tạo thành phôi nang/ngẫu nhiên noãn hoặc hợp tử so với môi trường chuyển tiếp (10 nghiên cứu với 7455 noãn/hợp tử). Các bằng chứng kết cục thai so sánh giữa các môi trường đều có chất lượng rất thấp [12].

Bài tổng quan và phân tích hệ thống mới nhất vào năm 2017, phân tích 4 nghiên cứu RCT so sánh tỉ lệ thai diễn tiến, thai lâm sàng, sẩy thai của 2 nhóm môi trường đơn bước, chuyển tiếp cho thấy không có sự khác nhau giữa 2 nhóm về tỉ lệ thai lâm sàng (3RCT; RR=1,09; 95%CI=0,83-1,44; p=0,53), thai diễn tiến (4 RCT;  RR=1,11; 95% CI=0,87-1,40; p=0,39), sẩy thai (3 RCT, RR=0,89; 95% CI=0,44-1,81;  p=0,74). Nhóm tác giả đưa ra kết luận việc lựa chọn môi trường nuôi cấy đơn bước hoặc chuyển tiếp không ảnh hưởng đến tỉ lệ thai diễn tiến của bệnh nhân điều trị IVF [13].

3. Mối tương quan giữa môi trường nuôi cấy phôi và sự biểu hiện gen của phôi

Sự biểu hiện gen của phôi tiền làm tổ in vitro bị ảnh hưởng bởi giai đoạn phát triển của phôi, tuổi mẹ, nồng độ oxygen nuôi cấy và môi trường nuôi cấy [3]. Môi trường nuôi cấy cũng là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến sự biểu hiện gen của phôi động vật hữu nhũ và phôi người [4][14].
Môi trường nuôi cấy phôi G5 và HTF được nghiên cứu có ảnh hưởng đến sự phiên mã các gen của phôi rã đông và nuôi 2 ngày trong 2 loại môi trường này. Nghiên cứu sử dụng phôi ngày 6 có nguồn gốc từ phôi ngày 4 (tất cả các phôi được nuôi trong môi trường giống nhau từ ngày 0-4) vì phôi giai đoạn sau nén nhạy cảm với môi trường nuôi cấy hơn [2]. Nhóm tác giả cũng nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự biểu hiện gen của các phôi ngày 6 rã đông. Kết quả cho thấy số lượng gen biểu hiện khác biệt giữa 2 nhóm môi trường này là 596 gen. Các gen này có ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa, chu kỳ tế bào và phosphoryl hóa [3].

Nghiên cứu đa trung tâm năm 2015, tiến hành so sánh sự biểu hiện gen của phôi tiền làm tổ (ngày 6) nuôi cấy trong môi trường G5 (Vitrolife) so với môi trường HTF (các phụ nữ được chọn ngẫu nhiên vào 2 nhóm). Trong nghiên cứu này, các phôi ngày 2, 3 không sử dụng cho bệnh nhân sẽ được nuôi cấy tiếp đến ngày 6 để đánh giá biểu hiện gen. Mức độ biểu hiện của 951 gen khác nhau đáng kể (p < 0,01) giữa 2 nhóm. Các gen tham gia vào 18 con đường nội bào: quá trình apoptosis, chuyển hóa, sinh tổng hợp protein, điều hòa chu trình tế bào, thì biểu hiện khác nhau và khác biệt đáng kể. Các gen tham gia quá trình sao chép DNA, điều khiển G1-S và con đường phosphoryl oxi hóa được điều hòa tăng biểu hiện hơn trong nhóm G5 so với nhóm HTF. Hơn nữa, nhóm G5 có số phôi bào nhiều hơn tỉ lệ làm tổ cao hơn so với nhóm HTF. Những thay đổi biểu hiện gen có những ảnh hưởng đến các con đường sinh lý cũng như có tác động đến sức khỏe trẻ IVF thời gian dài sau này mà vẫn chưa được hiểu rõ [4].

 - Thượng di truyền

Sự biểu hiện gen được điều hòa bởi các cơ chế khác nhau, trong đó thượng di truyền (epigenetic) là một cơ chế đặc biệt quan trọng. Methyl hóa DNA là một biến đổi thượng di truyền thiết yếu. Bản chất của methyl hóa DNA là việc gắn thêm gốc methyl (-CH3) trên các Cytosine (5-methylcytosine: 5meC) của DNA. Quá trình này có thể bị ảnh hưởng bởi nuôi cấy in vitro. In dấu di truyền (imprinted gen) là một biến đổi thượng di truyền thiết yếu. Tất cả các gen của con cái đều có 2 allen một từ bố và một từ mẹ. Tuy nhiên, chỉ một allen gốc của bố hoặc mẹ được biểu hiện. Việc methyl hóa sẽ giúp sự im lặng của allen bố hoặc mẹ nên được duy trì trong suốt quá trình phát triển của con cái từ phôi thai đến suốt cuộc đời. Trong suốt khoảng thời gian mà quá trình methyl hóa hoặc demethyl hóa (loại bỏ gốc methyl ra khỏi DNA) diễn ra thì dễ bị gặp các lỗi do các điều kiện môi trường bên ngoài tác động. Ở người, in dấu di truyền có thể được hoàn thành trong hoặc sau khi thụ tinh và do đó có thể bị ảnh hưởng bởi điều kiện nuôi cấy. In dấu di truyền rất quan trọng đối với sự phát triển của phôi và cho sức khỏe tương lai của trẻ.

Tuy nhiên, thượng di truyền cũng có thể bị ảnh hưởng bởi điều kiện nuôi cấy cũng như môi trường nuôi cấy [15][16]. Hầu hết các nghiên cứu về biểu hiện gen và thượng di truyền của phôi in vitro đều trên động vật và không thể ngoại suy ý nghĩa cho người. Sự methyl hóa DNA của phôi sẽ khác nhau giữa các phôi được nuôi ở các môi trường khác nhau. Nghiên cứu vào năm 2016, so sánh methyl hóa DNA và hydromethyl hóa DNA trong 2 điều kiện nuôi cấy đơn bước và chuyển tiếp G1/G2 (Vitrolife) và Global (LifeGlobal). Đưa ra kết luận quá trình methyl hóa DNA và hydromethyl hóa DNA bị ảnh hưởng bởi môi trường nuôi cấy. Hydromethyl hóa DNA là quá trình loại bỏ gốc methyl thay bằng gốc –OH. Tuy nhiên, nghiên cứu này chỉ nuôi cấy phôi thỏ vì rào cản y đức khi tiến hành thí nghiệm trên phôi người. Hơn nữa, phôi thỏ có thời gian hoạt hóa bộ gen phôi cũng như quá trình chuyển hóa gần với phôi người hơn chuột [5].

4. Kết luận

Bên cạnh việc cung cấp dưỡng chất, điều kiện cần thiết cho sự phát triển của phôi, môi trường nuôi cấy phôi còn có những tác động lâu dài đến biến đổi sự biểu hiện gen và thượng di truyền. Điều này có thể gây biến động về tiến trình phát triển của phôi thai cũng như thể chất của trẻ IVF sau sinh. Vì vậy, tác động của môi trường nuôi cấy phôi đối với sự phát triển phôi cũng như sức khỏe trẻ IVF vẫn còn là chủ đề cần nghiên cứu nhiều hơn nhằm đảm bảo các can thiệp trong IVF hiệu quả và an toàn.

Tài liệu tham khảo

[1] E. Mantikou et al., “Embryo culture media and IVF/ICSI success rates: A systematic review,” Hum. Reprod. Update, 2013.
[2] E. Mantikou et al., “Factors affecting the transcriptome of human preimplantation embryos,” Hum. Reprod., 2013.
[3] E. Mantikou et al., “Factors affecting the gene expression of in vitro cultured human preimplantation embryos,” Hum. Reprod., 2016.
[4] S. H. M. Kleijkers et al., “Differences in gene expression profiles between human preimplantation embryos cultured in two different IVF culture media,” Hum. Reprod., 2015.
[5] J. Salvaing et al., “Assessment of ‘one-step’ versus ‘sequential’ embryo culture conditions through embryonic genome methylation and hydroxymethylation changes,” Hum. Reprod., 2016.
[6] D. Cimadomo et al., “Inconclusive chromosomal assessment after blastocyst biopsy: prevalence, causative factors and outcomes after re-biopsy and re-vitrification. A multicenter experience,” Hum. Reprod., 2018.
[7] I. A. Sfontouris et al., “Blastocyst utilization rates after continuous culture in two commercial single-step media : a prospective randomized study with sibling oocytes,” J Assist Reprod Genet.,  2017.
[8] I. López-Pelayo et al., “Comparison of two commercial embryo culture media (SAGE-1 step single medium vs. G1-PLUSTM/G2-PLUSTMsequential media): Influence on in vitro fertilization outcomes and human embryo quality,” J. Bras. Reprod. Assist., 2018.
[9] D. Cimadomo et al., “Continuous embryo culture elicits higher blastulation but similar cumulative delivery rates than sequential: a large prospective study,” J. Assist. Reprod. Genet., 2018.
[10] N. C. Haydar et al., “Time-lapse evaluation of human embryo development in single versus sequential culture media — a sibling oocyte study,” J Assist Reprod Genet, 2012.
[11] N. Basile et al.,  “Type of culture media does not affect embryo kinetics: A time-lapse analysis of sibling oocytes,” Hum. Reprod., 2013.
[12] I. A. Sfontouris et al., “Blastocyst culture using single versus sequential media in clinical IVF: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials,” J. Assist. Reprod. Genet., 2016.
[13] F. Dieamant et al., “Single versus sequential culture medium : which is better at improving ongoing pregnancy rates ? A systematic review and meta-analysis,” JBRA Assist. Reprod., 2017.
[14] P. Lonergan et al., “Effect of culture environment on gene expression and developmental characteristics in IVF-derived embryos,” Theriogenology, 2006.
[15] N. Hajj and T. Haaf, “Epigenetic disturbances in in vitro cultured gametes and embryos : implications for human assisted reproduction,” Fertil. Steril., 2013.
[16] M. Simopoulou et al., “Considerations regarding embryo culture conditions: From media to epigenetics,” In Vivo (Brooklyn)., 2018.
 

Từ khóa: CVPH. Trần Hà Lan Thanh_IVFMD Phú Nhuận