CN Lê Ngọc Quế Anh – IVF Tâm Anh
 
Phôi tiền làm tổ dễ gặp phải tình trạng bất ổn nhiếm sắc thể dẫn đến sự tăng hoặc giảm hàm lượng di truyền nhiễm sắc thể gây ảnh hưởng đến sức sống của phôi và được coi là nguyên nhân chính gây sảy thai, dị tật bẩm sinh. Các bất thường này bao gồm lệch bội (tăng hoặc giảm số lượng nhiễm sắc thể) và lệch bội cục bộ (bất thường cấu trúc nhiễm sắc thể). Nguyên nhân có thể do lỗi giảm phân (gây ra phôi hoàn toàn bất thường) hoặc lỗi nguyên phân (gây ra khảm nhiễm sắc thể, chỉ ảnh hưởng một phần tế bào phôi). Tỷ lệ khảm ở phôi phân chia dao động từ 15-91%, nhưng giảm dần khi phôi phát triển đến giai đoạn phôi nang do sự ngừng phát triển hoặc mất chọn lọc các tế bào lệch bội.
 
Phát hiện khảm nhiễm sắc thể ở phôi nang chủ yếu dựa trên phân tích di truyền tế bào bằng phương pháp giải trình tự thế hệ mới (next-generation sequencing - NGS). Tuy nhiên, NGS chỉ phát hiện được các bất thường khi có ít nhất 20-30% tế bào lệch bội, nên khảm mức độ thấp có thể không được phát hiện. Ngoài ra, NGS không phát hiện được các bất thường đối xứng nếu không có sự thay đổi rõ ràng về số lượng nhiễm sắc thể. Do đó, tỷ lệ thực sự của khảm nhiễm sắc thể ở phôi nang vẫn chưa rõ, và việc áp dụng xét nghiệm di truyền tiền làm tổ phát hiện lệch bội (preimplantation genetic testing for aneuploidy – PGT-A) để lựa chọn phôi vẫn còn gây tranh cãi.
 
Mặc dù FISH đã được sử dụng để nghiên cứu hiện tượng thể khảm, phương pháp này tốn nhiều công sức và có phạm vi hạn chế. Việc sàn lọc nhiễm sắc thể toàn diện ở cấp độ tế bào đơn mang lại những hiểu biết sâu sắc hơn vì nó cho phép kiểm tra tất cả các nhiễm sắc thể và các vùng dưới nhiễm sắc thể. Tuy nhiên, các phương pháp hiện có như giải trình tự RNA đơn bào (single-cell RNA-Seq) hoặc phân tích với số lượng tế bào hạn chế thường dễ mắc lỗi hoặc bị giới hạn trong ứng dụng. Để khắc phục những hạn chế này, nghiên cứu đã sử dụng giải trình tự toàn bộ bộ gen đơn bào (single-cell whole-genome sequencing - scKaryo-Seq) để phân tích hàm lượng nhiễm sắc thể của các tế bào đơn lẻ từ phôi nang người được hiến tặng cho nghiên cứu. Nghiên cứu nhằm mục đích: phân biệt lỗi giảm phân và lỗi nguyên phân; nghiên cứu hành vi của các dòng tế bào và xác định thời điểm xảy ra lỗi nguyên phân trong quá trình phát triển và liệu các tế bào bất thường có được biểu hiện quá mức trong một hoặc hai dòng tế bào hay không.
 
Các quy trình kích thích buồng trứng, lấy noãn, các quy trình thụ tinh trong ống nghiệm, đánh giá phôi, trữ phôi đã được thực hiện từ 2013 đến 2015. Phôi được trữ lạnh ở giai đoạn phôi dâu khi có ít nhất 12 tế bào hoặc độ nén ít nhất 30%. Phôi sau rã (129 phôi) được nuôi cấy trong tủ timelapse EmbryoScope, trong đó 79 phôi phát triển thành phôi nang chất lượng tốt, có thể sinh thiết. Bên cạnh đó có 24 phôi bị loại khỏi phân tích do cả sinh thiết và phân bố tế bào đơn trong đĩa đều thất bại hoặc kết quả giải trình tự không kết luận được. Tế bào từ lá nuôi phôi (trophectoderm - TE) và khối tế bào bên trong (inner cell mass - ICM) của phôi được tách ra để phân tích riêng biệt. Phôi được hiến tặng bởi các cặp vợ chồng với tuổi mẹ trung bình hiến tặng là 34 tuổi. Nghiên cứu kiểm tra bốn thông số kiểm soát bao gồm: chất lượng biểu đồ giải trình tự, tổng số lần đọc, độ nhọn, chỉ số Bhattacharyya.
 
Nghiên cứu xác nhận rằng scKaryo-Seq là một phương pháp chính xác để xác định số lượng nhiễm sắc thể trong tế bào đơn lẻ, với độ chính xác 99,5% trong việc phát hiện các bất thường đã biết.
 
Tổng cộng 1057 trong số 2322 tế bào đã được phân tích thành công (45%), trong đó 535 tế bào có hàm lượng nhiễm sắc thể bất thường. Kết quả ghi nhận được phần lớn phôi người ở giai đoạn phôi nang ở thể khảm (82%). Chỉ một tỉ lệ nhỏ phôi có bộ nhiễm sắc thể đồng nhất trong tế bào bao gồm: 11% hoàn toàn bình thường và 7% có cùng một bất thường nhiễm sắc thể (nguồn gốc từ giảm phân). Khảm lưỡng bội – lệch bội (diploid-aneuploid mosaic) là loại phổ biến nhất với 58% trong đó trung bình 60% tế bào bình thường. Khảm lệch bội (aneuploid mosaic) chiếm 24% chứa các tế bào có ít nhất một bất thường chung (nguồn gốc từ giảm phân) nhưng một số tế bào có thêm các bất thường do nguyên phân. Có mối tương quan đáng kể giữa tế bào bình thường với tổng số tế bào của phôi và độ mở rộng phôi nang.
 
Trong 69% phôi khảm, có hơn 1 sự kiện lỗi nguyên phân (mitotic error event), có nghĩa là các bất thường nhiễm sắc thể trong các phôi này không chỉ xuất phát từ một lỗi duy nhất trong quá trình phân chia tế bào. Trong phần lớn phôi khảm, người ta quan sát thấy cùng một hoặc các bất thường nhiễm sắc thể tương hỗ ở nhiều hơn 1 tế bào cho thấy chúng có nguồn gốc từ một lỗi phân bào xảy ra trước đó trong quá trình phát triển của phôi, không phải là lỗi ngẫu nhiên trong quá trình xử lý mẫu.
 
Không có bằng chứng cho thấy tế bào bất thường được phân bố ưu tiên cho TE hay ICM. Tuy nhiên, các tế bào bất thường phổ biến hơn ở TE. Ở 35 phôi khảm có kết quả scKaryo-Seq từ cả TE và ICM, nghiên cứu xem xét các bất thường phân bào được chia sẻ giữa hai dòng tế bào hoặc chỉ giới hạn ở TE hoặc ICM để hiểu rõ hơn về thời điểm xảy ra lỗi phân bào.

• Lỗi sau biệt hóa dòng tế bào: Trong 46% (16/35) phôi, không có bất thường chung giữa hai dòng, cho thấy lỗi phân bào có thể xảy ra sau khi biệt hóa dòng tế bào, hoặc các tế bào con kết thúc trong 1 dòng.
• Lỗi trước biệt hóa dòng tế bào: Trong 54% (19/35) phôi, ICM và TE chia sẻ ít nhất 1 bất thường nhiễm sắc thể, cho thấy lỗi phân bào này xảy ra trước khi biệt hóa dòng tế bào. Tuy nhiên, các phôi này cũng có các bất thường khác chỉ giới hạn ở một trong các dòng và có thể xảy ra sau khi biệt hóa dòng tế bào.

Số lượng và thời điểm lỗi phân bào: Giả định rằng các bất thường ảnh hưởng đến cùng một nhiễm sắc thể (đoạn) ở các tế bào con bắt nguồn từ 1 sự kiện lỗi, nhóm nghiên cứu đã phát hiện 82 sự kiện phân bào trong dữ liệu.

• 23% (19/82) sự kiện có thể xảy ra trước khi biệt hóa dòng tế bào.
• 77% (63/82) sự kiện xảy ra sau khi biệt hóa dòng tế bào

Phân tích cũng cho thấy chỉ có 20% (29/147) tất cả các bất thường phân bào được quan sát thấy trong tế bào TE sẽ được xác định bằng giải trình tự DNA hàng loạt. Vì vậy các thực hành PGT-A hiện tại dẫn đến việc đánh giá thấp đáng kể tình trạng khảm trong phôi.
 
Bất thường cấu trúc chiếm 69% (38/55) phôi. Tỷ lệ tế bào có bất thường cấu trúc tương đương với tỷ lệ tế bào có bất thường số lượng do nguyên phân. Cả bất thường số lượng và cấu trúc dạng mất đoạn đều được quan sát thấy thường xuyên hơn so với dạng thêm đoạn. Tần suất bất thường số lượng do nguyên phân và giảm phân trên mỗi nhiễm sắc thể có tương quan nghịch đáng kể với số lượng gen trên nhiễm sắc thể đó.
 
Phương pháp phân tích tế bào đơn cung cấp cái nhìn toàn diện về cấu trúc nhiễm sắc thể của phôi nang chất lượng tốt và góp phần vào việc cải thiện hiểu biết về các cơ chế dẫn đến hiện tượng khảm. Trong thực hành PGT-A hiện tại, hiện tượng khảm nhiễm sắc thể được chẩn đoán sau khi phân tích hàng loạt sinh thiết TE bằng cách quan sát số lượng bản sao nhiễm sắc thể trung gian bằng NGS. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng phương pháp này có thể đánh giá thấp hiện tượng khảm và tạo ra kết quả âm tính giả, nhưng cũng có thể là dương tính giả. Do đó, việc giải thích kết quả PGT-A cần thận trọng và bệnh nhân tiến hành PGT-A nên được tư vấn về những hạn chế về mặt kỹ thuật và sinh học. Để hiểu rõ hơn về hậu quả lâm sàng của hiện tượng khảm ở giai đoạn phôi nang, nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc làm sáng tỏ ảnh hưởng của hiện tượng khảm đối với sự phát triển của phôi và đối với số phận của các tế bào bất thường về nhiễm sắc thể trong quá trình phát triển tiếp theo.
 
Nguồn: Robertson SA, Richards RI. Single-cell sequencing shows mosaic aneuploidy in most human embryos. J Clin Invest. 2024 Mar 15;134(6):e179134. doi: 10.1172/JCI179134. PMID: 38488008; PMCID: PMC10940079.

Từ khóa: giải trình tự, phôi khảm, lệch bội