CN. Phạm Bích Vân, ThS. Nguyễn Huyền Minh Thụy - IVF Tâm Anh
 
Nghiên cứu này nhằm tìm hiểu các yếu tố ảnh hưởng đến việc duy trì cân bằng nhiệt độ của phôi trong giai đoạn tiền làm tổ.  Ảnh hưởng của stress nhiệt độ lên sinh sản liên quan đến biến đổi khí hậu và hiện tượng nóng lên toàn cầu có thể dẫn đến sự giảm phát triển và khả năng sống của phôi, tăng hoạt động của ty thể, sản xuất ROS (reactive oxygen species). Mặc dù có kiến thức sâu rộng về vai trò của ty thể trong các chức năng khác nhau của tế bào, tuy nhiên khả năng tạo nhiệt của ty thể trong giai đoạn phát triển tiển làm tổ còn rất ít được quan tâm.
 
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự phát triển của giao tử và phôi giai đoạn đầu
Nhiệt độ của giao tử và phôi tiền làm tổ ở động vật có vú tại các vị trí như nang noãn, ống dẫn trứng và tử cung thường thấp hơn nhiệt độ cơ thể khoảng 1-2^oC. Từ các nghiên cứu cổ điển của Van’t Hoff và Arrhenius vào cuối thế kỳ trước, người ta đã biết rằng tốc độ phản ứng hóa học về bản chất phụ thuộc vào nhiệt độ. Ví dụ, tác động chủ yếu của giảm nhiệt độ môi trường xung quanh sẽ làm giảm tốc độ phản ứng trao đổi chất. Nhiều mô hình thuật toán được đề xuất để mô tả mối quan hệ này, trong đó “Q10” là mô hình phổ biến nhất để mô tả mức độ thay đổi của tốc độ phản ứng khi nhiệt độ trong một phạm vi cố định là 10^oC. Thông thường, giá trị Q10 của tốc độ trao đổi chất là 2 có nghĩa là khi nhiệt độ thay đổi tối đa 10^oC thì tốc độ trao đổi chất sẽ tăng hoặc giảm gấp đôi, nếu thay đổi 1^oC thì tốc độ trao đổi chất sẽ thay đổi tối thiểu khoảng 10%. Vậy có nghĩa là tốc độ trao đổi chất của phôi giai đoạn đầu trong hệ sinh dục có thể thấp hơn ít nhất khoảng 10% so với mức nhiệt độ cơ thể duy trì (37-39^oC tùy loài). Điều này có thể giải thích sự khác biệt trong hoạt động trao đổi chất giữa nuôi cấy in-vitro và phôi được tạo ra trong cơ thể sống.
 
Tăng nhiệt độ của cơ thể đi kèm với sự rụng trứng
Trước khi rụng trứng, nhiệt độ của cơ thể thường nằm trong khoảng 35,5^oC đến 36,6^oC. Tuy nhiên sau rụng trứng 24 giờ, nhiệt độ tăng lên khoảng 36,1^oC đến 37,2^oC, với mức tăng trung bình là 0,5-0,6 ^oC, điều đáng lưu ý ở đây là nhiệt độ tăng cao này kéo dài trong 7 ngày. Matsuzuka và cộng sự (2005) đã báo cáo rằng stress nhiệt độ ở chuột làm tăng hình thành ROS trong ống dẫn trứng. Tuy nhiên, tác động của việc tăng ROS lên sinh lý phôi vẫn chưa thật sự làm rõ. Hiện nay, kiến thức về các quá trình trao đổi chất của phôi chủ yếu dựa trên các nghiên cứu in vitro ngay cả khi xem xét phôi in vivo. Hầu như, phôi được duy trì trong ống nghiệm dựa trên nhiệt độ lõi của cơ thể vật chủ: 37^oC ở chuột, 37^oC ở người, 39^oC ở bò. Điều này có nghĩa là hiểu biết về chuyển hóa phôi có thể không phản ánh đầy đủ thực tế.
 
Khía cạnh phát triển và chức năng của quá trình phát triển tiền làm tổ có thể giảm thiểu tác động của stress nhiệt độ
Trong giai đoạn tiền làm tổ, phôi cần ít năng lượng, chủ yếu từ quá trình chuyển hóa oxy hóa của ty thể, với một phần nhỏ từ quá trình sản xuất lactase hiếu khí. Trong giai đoạn này, các vật liệu di truyền được sao chép trong quá trình phân chia hợp tử nhưng các thành phần tế bào như ty thể thì không được sao chép, khiến cho các quá trình đòi hỏi tiêu tốn nhiều năng lượng như tổng hợp protein và hoạt động bơm natri, kali (Na+, K+) qua màng tế bào (ATPase) vẫn duy trì ở mức thấp. Khi phôi phát triển thành phôi nang và số lượng tế bào tăng lên nhu cầu năng lượng tăng do hàm lượng protein và hoạt động Na+, K+, ATPase gia tăng, chủ yếu nhờ vào quá trình phosphoryl hóa oxy hóa của ty thể. Tuy nhiên, duy trì sự sống sót của phôi giai đoạn tiền làm tổ có thể được hưởng lợi khi các ty thể ở trạng thái trao đổi chất ở trạng thái nghỉ.
 
Các yếu tố khác nhau ảnh hưởng đến cân bằng nhiệt trong tế bào noãn và phôi trước khi làm tổ
Sự sinh nhiệt của ty thể:
Phần lớn lượng nhiệt sinh ra trong các sinh vật hằng nhiệt xuất phát từ ty thể và là kết quả của quá trình phosphoryl hóa oxy hóa. Tuy nhiên cũng có bằng chứng mạnh mẽ cho thấy phôi giai đoạn đầu, đặc biệt ở người và vật nuôi, sử dụng lipid nội sinh làm chất nền để tạo ra lượng nhiệt gấp đôi so với quá trình oxy hóa cacbonhydrat hoặc protein. Hiệu quả quá trình phosphoryl hóa oxy hóa hình thành ATP ở ty thể trưởng thành là 40%, trong khi gần khoảng 60% còn lại được giải phóng dưới dạng nhiệt do rò rỉ proton, giá trị này có thể khác nhau giữa các tế bào và trạng thái trao đổi chất khác nhau.
Một nghiên cứu của Chretien và cộng sự (2018) đã báo cáo rằng ty thể có thể duy trì hoạt động sinh lý ở nhiệt độ gần 50^oC, ở nhiệt độ mà protein sẽ bị biến tính. Tuy nhiên báo cáo này nhận được chỉ trích nhưng mang tính xây dựng bởi Lane về tính hợp lệ của phương pháp và cấu trúc của ty thể. Một nghiên cứu khác của Macherel và cộng sư (2021) đưa ra ba vấn đề liên quan đến bài viết này đó là: khó khăn trong việc đo lường nhiệt độ, tính chất dẫn nhiệt của từng tế bào và sự rò rỉ proton. Các vấn đề về phương pháp và tính chất dẫn nhiệt được khám phá trong nghiên cứu của Song và cộng sự (2021) chỉ ra rằng các tế bào đơn lẻ có độ dẫn nhiệt khác nhau, với khả năng truyền nhiệt cao hơn ở ngoại vi so với ở trung tâm. Điều này đặc biêt phù hợp trong bối cảnh tế bào noãn và hợp tử của động vật có vú, có đường kính lớn hơn so với tế bào soma. Hơn nữa, phản ứng của tế bào nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ môi trường đã khiến Song và cộng sự đưa ra giả thuyết táo bạo rằng tế bào động vật máu nóng có thể điều chỉnh độ dẫn nhiệt theo nhiệt độ môi trường, duy trì sự cân bằng nhiệt của tế bào. Dù ngày càng có nhiều mối quan tâm về tính chất sinh nhiệt của ty thể và tế bào, tuy nhiên việc đo lường và hiểu biết chính xác về nhiệt nội bào vẫn còn nhiều thách thức cần được nghiên cứu thêm.
Sự di chuyển nội bào của ty thể :
Ty thể trong tế bào di chuyển thông qua phản ứng tổng hợp và phân hạch, được vận chuyển bởi các protein động cơ trong tế bào, di chuyển dọc theo các sợi tế bào chất. Chúng có thể phân phối đến các vị trí cần tăng năng lượng và vận chuyển giữa các tế bào. Các cơ chế này có thể giúp giảm nhiệt độ cục bộ được tạo ra ở vùng lân cận của ty thể, hỗ trợ sự tích lũy ATP.
 
Kết luận:
Mặc dù có nhiều dữ liệu hiện có, khái niệm cụ thể về kiểm soát nhiệt độ trong quá trình phát triển tiền làm tổ vẫn ít nhận được nhiều sự chú ý. Bài viết này chỉ ra sự thiếu hụt dữ liệu đáng tin cậy và nhấn mạnh một chương trình nghiên cứu cần thực hiện trong điều kiện phòng thí nghiệm nơi phôi được nuôi cấy cũng như các tác động của stress nhiệt độ bởi biến đổi khí hậu, điều này có tác động tiêu cực đến nhiều chỉ số kết quả lâm sàng của sự phát triển phôi người. Do đó, việc xác định rõ ràng và cải thiện các yếu tố nhiệt độ trong điều kiện nuôi cấy phôi giai đoạn tiền làm tổ là điều rất quan trọng. Rõ ràng đây là một chủ đề cần được nghiên cứu sâu hơn trong tương lai.
 
Nguồn: Leese HJ, Sturmey RG. Determinants of thermal homeostasis in the preimplantation embryo: a role for the embryo's central heating system? J Assist Reprod Genet. 2024 Jun;41(6):1475-1480. doi: 10.1007/s10815-024-03130-9. Epub 2024 May 8. PMID: 38717600; PMCID: PMC11224206.

Từ khóa: Sự phát triển phôi; chức năng ty thể, điều chỉnh nhiệt độ.