CNSH. Khổng Tiết Mây Như – IVFMD
 
Nguồn gốc và cơ chế của quá trình sinh đôi ở phôi người phần lớn vẫn chưa được biết rõ. Trong khi sinh đôi khác trứng (fraternal) lại được hiểu tương đối rõ vì là kết quả của sự làm tổ với cấu hình di truyền riêng biệt; thì sinh đôi cùng trứng (identical) vẫn là một hiện tượng tự nhiên khó nắm bắt và nghiên cứu. Các cặp song sinh cùng trứng có chung bộ gene vì chúng có nguồn gốc từ cùng một phôi thai. Nếu phôi thai bị tách ra trước khi nguyên bào nuôi được biệt hóa thì các cặp song sinh sẽ có nhau thai và túi ối riêng biệt (dichoric), nghĩa là ở giai đoạn phôi nang chúng sẽ sử dụng chung một nhau thai nhưng có túi ối riêng (di-amniotic đơn màng đệm); còn khi phôi thai bị tách sau khi làm tổ thì sẽ có cùng nhau thai và túi ối (monochorionic mono-amniotic). Các báo cáo gần đây đã chỉ ra tỉ lệ song thai tăng cao có liên quan đến ART, trong đó, tỉ lệ song thai cùng hợp tử (monozygotic twinning – MT) cao hơn 2-12 lần so với thụ thai tự nhiên; hiện tượng này đến từ nhiều yếu tố như kích thích buồng trứng, hỗ trợ thoát màng, môi trường nuôi cấy hoặc đông lạnh phôi. Tỉ lệ này đã thu hút sự chú ý trong lĩnh vực y tế do tăng nguy cơ biến chứng thai kỳ so với mang đơn thai; chẳng hạn như tỉ lệ tử vong cao hơn do hội chứng truyền máu song thai (twin-to-twin transfusion syndrome), trình tự thiếu máu – đa hồng cầu (twin anemia-polycythemia sequence), dị tật và tăng xác suất mắc các bệnh lý trong thai kỳ ở người mẹ. Thêm vào đó, tỉ lệ MT này trong thụ thai tự nhiên rất hiếm chỉ 0,4-0,5% ca sinh sống trên toàn cầu nhưng lại tăng đến 1,88% khi điều trị IVF.

Những nỗ lực trong lĩnh vực sinh học tế bào gốc và mô hình phôi gần đây đã dẫn đến sự ra đời của mô hình phát triển phôi nang (blastoids) dựa trên tế bào gốc của chúng. Mô hình này cung cấp một phương tiện có thể mở rộng nghiên cứu và mang tính đạo đức để khám phá sự phát triển phôi sớm của người và sự làm tổ thay vì sử dụng phôi người tự nhiên để thử nghiệm. Nó có thể tóm tắt cả hình thái và bối cảnh phiên mã của phôi nang cũng như mô tả được các giá trị dự đoán phản ứng của phôi đối với môi trường thao tác vi mô. Trong nghiên cứu này, các tác giả sử dụng mảng màng polyme mỏng được tạo hình bằng nhiệt vi mô để tạo ra thông lượng cao và đọc kính hiển vi tại chỗ các phôi nang chứa 2 ICM riêng biệt trong một khoang tế bào lá nuôi (TE) duy nhất hay còn gọi là phôi nang sinh đôi.

Tế bào gốc vạn năng của người (human pluripotent stem cells – hPSCs) có khả năng tự tổ chức thành các cấu trúc giống như phôi nang khi được đặt trong môi trường vi mô không bám dính. Các tác giả đã sử dụng phôi người và dòng PSCs (HNES1 và niPSC HDF75) để tạo ra phôi nang trong điều kiện vi giếng nhiệt thông lượng cao tùy chỉnh (mục tiêu là gieo được 100 tế bào ở mỗi vi giếng). Kết quả cho thấy sự xuất hiện hiếm gặp (1-5%) của phôi nang hình thành một khoang duy nhất chứa nhiều cụm giống ICM trong 72-96h sau nuôi cấy. Sự ức chế con đường truyền tín hiệu Hippo và số lượng tế bào khởi đầu có thể ảnh hưởng động năng của TE so với ICM; nên acid lysophosphatidic (LPA) với nồng độ ngày càng tăng kết hợp với số lượng tế bào gieo cao hơn được thêm vào để tăng tỉ lệ sinh đôi tự phát. Cụ thể là tỉ lệ phôi nang đôi cao nhất sau khi gieo 200 và 300 tế bào (200c và 300c) với 2,5µM LPA lần lượt là 16,4 ± 3,2% và 18,2 ± 7,1%.
-Điều kiện 200c là giá trị gần đúng hơn với số lượng tế bào có trong phôi nang.
-Các phôi nang đôi 300c có đường kính nang là 266 ± 50 μm lớn hơn so với 200c là 228 ± 32 μm (P=0,003).
-Phôi nang đôi 200c có diện tích phôi lớn hơn 18% so với phôi nang đơn 1 ICM nhưng không có ý nghĩa thống kê (P>0,9).
-Khi quan sát các ICM anh chị em trong từng phôi nang đôi thì chỉ có phôi nang đôi 200c có sự phân đôi rõ ràng trong tỉ lệ diện tích ICM. Kích thước của các ICM tương tự nhau (tỉ lệ 0,76 tại bách phân vị thứ 75) hoặc có kích thước riêng biệt (1 ICM lớn hơn ICM kia 4-5 lần – tỉ lệ 0,22 tại bách phân vị thứ 25). Ngược lại, cặp song sinh 300c không biểu hiện khuynh hướng có tỉ lệ kích thước cụ thể giữa các ICM.  
-OCT4+ và SOX17+ biểu hiện cao hơn trong phôi nang đôi (P=0,0005 và P=0,0004).
-Dữ liệu hình ảnh Time-lapse cho thấy rõ hiện tượng phôi nang đôi xảy ra trong giai đoạn tạo khoang và mở rộng nang sau đó, vị trí nhất quán của 2 ICM trong một góc 150 độ trên một bán cầu của phôi. Trong quá trình kết đôi, cụm ICM nhỏ gọn đơn lẻ chuyển thành một loại tế bào kéo dài, xảy ra đồng thời với sự mở rộng khoang phôi, cho thấy sự tương tác cơ học sinh học tiềm ẩn thúc đẩy sự giải nén và sắp xếp lại không gian của các tế bào ICM thành 2 cụm riêng biệt. Điều này cho thấy phản ứng thích nghi với những thay đổi về mặt cơ sinh học trong môi trường nở rộng của phôi nang; từ đó, thể hiện mối tương quan giữa tốc độ nở rộng nang và số lượng TE trong phôi nang người.

Các tác giả đã đánh giá thêm khả năng làm tổ của phôi nang đôi. Chúng áp vào biểu mô nội mạc tử cung và làm tổ bằng cực đối diện, một phần của lớp TE tiếp xúc chặt chẽ với các tế bào biểu mô. Vì phôi nang đôi chứa marker TE phân cực NR2F2 ở 2 bên của TE nên chứa nhiều tế bào giống TE phân cực hơn là phôi nang đơn, điều này có thể làm tăng khả năng bám dính nội mạc tử cung hơn. Khi đồng nuôi cấy phôi nang đơn và đôi trên biểu mô nội mạc bên trong một con chip vi lưu trong 48hrs thì tỉ lệ bám dính của phôi nang đôi cao hơn khi tiếp xúc với tốc độ dòng chảy dưới 200µL min^-1. Nghĩa là tỉ lệ làm tổ của phôi nang đôi cao hơn so với phôi nang đơn. Phôi nang đôi sau đó vẫn duy trì được 2 phần OCT4 riêng biệt sau 48hrs làm tổ.

Như vậy, mô hình này có thể hữu ích trong tương lai để nghiên cứu sự tái hấp thu hoặc hợp nhất của ICM và mối quan hệ giữa các sự kiện này với kích thước ICM. Những kiến thức về các cơ chế này có thể giúp các tác giả hiểu được nguyên nhân cơ bản gây ra biến chứng thai kỳ liên quan đến cặp song sinh. Các điều kiện nuôi cấy để phát triển thêm sau khi làm tổ cũng cần được tối ưu hóa. Mặc khác, quan sát hiện tại vẫn còn thiếu dữ liệu về cấu trúc 3D của phôi nang đơn và đôi sau làm tổ như các khoang giống như túi ối và noãn hoàng.
Tóm lại, mô hình song sinh này cung cấp một nền tảng hiệu quả để sàng lọc các hợp chất kích thích hoặc ức chế quá trình sinh đôi. Từ đó cho phép xác định mục tiêu phân tử về mặt y khoa giúp giảm khả năng sinh đôi, do đó giảm nguy cơ biến chứng cho cả phôi thai và mẹ.

Nguồn: Dorian G.L, Asli AK, Ge G, Clemens AB, Stefan G và Erik JV. Monochorionic twinning in bioengineered human embryo models. Advanced Materials. 2024.

Từ khóa: phôi nang, cấy ghép làm tổ trên chip, sinh đôi cùng trứng, mô hình phôi dựa trên tế bào gốc, nền tảng vi giếng tạo hình nhiệt, mô hình phôi song sinh.