CNXN. Nguyễn Thị Thanh Huệ
Bệnh viện Đại học Y Dược Buôn Ma Thuột

Kể từ ca sinh sống đầu tiên bằng phương pháp thụ tinh trong ống nghiệm (in vitro fertilization – IVF) vào năm 1978, công nghệ hỗ trợ sinh sản (assisted reproductive technologies – ART) đã đạt được nhiều tiến bộ đáng kể. Hiện nay, khoảng 1–4% trẻ sơ sinh trên toàn thế giới được sinh ra nhờ các kỹ thuật ART. Quá trình kích thích buồng trứng có kiểm soát thường tạo ra nhiều phôi, nhưng tỷ lệ làm tổ vẫn còn thấp. Việc chuyển nhiều phôi đồng thời có thể làm tăng khả năng mang thai, song lại đi kèm với nguy cơ đa thai, dẫn đến nguy cơ sinh non, trẻ nhẹ cân và nguy cơ cao gặp các dị tật bẩm sinh. Do đó, nhu cầu phát triển các chiến lược đơn giản và hiệu quả nhằm chọn lọc phôi có tiềm năng làm tổ cao là rất cấp thiết, không chỉ giúp cải thiện tỷ lệ sinh sống mà còn giảm nguy cơ đa thai, chi phí điều trị, và áp lực tâm lý do thất bại IVF. Trong nhiều thập kỷ, việc lựa chọn phôi chủ yếu dựa trên đánh giá hình thái học, tuy nhiên phương pháp này còn nhiều hạn chế như tính chủ quan, sự khác biệt giữa các chuyên viên phôi học, điều kiện nuôi cấy chưa tối ưu và độ tương quan thấp với khả năng làm tổ. Do đó, nhiều nỗ lực đã được thực hiện nhằm cải thiện quy trình đánh giá chất lượng phôi, bao gồm cả các phương pháp xâm lấn và không xâm lấn, mỗi phương pháp đều có những ưu và nhược điểm riêng. Các hệ thống nuôi cấy theo dõi phôi liên tục (time-lapse system – TLS) tích hợp trí tuệ nhân tạo (artificial intelligence - AI) và phân tích động học tế bào đã được ứng dụng để nâng cao độ chính xác trong đánh giá phôi. Bên cạnh đó, xét nghiệm di truyền phôi trước làm tổ (Preimplantation genetic testing - PGT) giúp phát hiện bất thường nhiễm sắc thể trước chuyển phôi, tuy nhiên các vấn đề như tính xâm lấn của sinh thiết, khảm, và chi phí cao đã thúc đẩy việc nghiên cứu các phương pháp thay thế hiệu quả và an toàn hơn trong lựa chọn phôi.
Các kỹ thuật không xâm lấn nhằm bảo tồn tính toàn vẹn của phôi ngày càng thu hút sự quan tâm. Những phương pháp này chủ yếu dựa trên phân tích môi trường nuôi cấy phôi riêng lẻ, thông qua việc đánh giá các phân tử sinh học được phôi tiết ra hoặc hấp thụ. Các hướng tiếp cận bao gồm phân tích chuyển hóa, protein, gen, phiên mã, cũng như đo mức tiêu thụ oxy và trạng thái stress oxy hóa trong môi trường nuôi cấy. Bài viết này tổng quan các chiến lược lựa chọn phôi hiện tại và trình bày một số hướng nghiên cứu triển vọng nhất nhằm tối ưu hóa chiến lược chuyển đơn phôi (single embryo transfer – SET) và nâng cao khả năng sinh con đủ tháng, khỏe mạnh.

Phương pháp xâm lấn
Một trong những xét nghiệm xâm lấn được sử dụng phổ biến nhất là PGT. PGT bao gồm việc lấy sinh thiết tế bào từ noãn hoặc phôi người trong chu kỳ IVF, phân tích thành phần di truyền và sử dụng thông tin này giúp lựa chọn phôi phù hợp nhất để chuyển vào tử cung. Hiện nay, PGT được sử dụng để đánh giá tình trạng lệch bội nhiễm sắc thể (PGT-A), bất thường cấu trúc (PGT-SR) và các rối loạn đơn gen (PGT-M).

1. Sinh thiết phôi bào

Trong giai đoạn ngày thứ ba sau thụ tinh, khi phôi đạt giai đoạn 6–8 tế bào, sinh thiết phôi bào thường được thực hiện để phục vụ chẩn đoán di truyền tiền làm tổ. Sinh thiết hai phôi bào mang lại độ chính xác cao hơn nhưng có thể ảnh hưởng đến sự sống còn của phôi do loại bỏ đến 30% khối lượng tế bào. Trong khi đó, sinh thiết một tế bào ít gây tổn hại hơn nhưng có nguy cơ chẩn đoán sai lệch do lượng vật liệu di truyền hạn chế. Các kỹ thuật như phản ứng chuỗi polymerase (PCR) và lai huỳnh quang tại chỗ (FISH) đã được ứng dụng từ sớm để phân tích tế bào đơn lẻ.

2. Sinh thiết phôi nang

Ở giai đoạn phôi nang, bộ gen của phôi đã được kích hoạt, cho phép thực hiện kiểm tra chính xác. Thông thường, quá trình này bao gồm việc thu nhận năm đến tám tế bào từ lớp tế bào lá nuôi mà không gây nguy hiểm cho sự sống sót của phôi nang. Tuy nhiên, sinh thiết phôi nang có những hạn chế đáng kể. Hạn chế chính là tỷ lệ phôi đạt đến giai đoạn phôi nang còn thấp, dẫn đến việc có rất ít phôi để sinh thiết. Ngoài ra, độ chính xác của chẩn đoán có thể bị ảnh hưởng nếu các tế bào lá nuôi có biểu hiện sự khác biệt về mặt di truyền so với khối tế bào nội mô. Sự khác biệt này đã được quan sát thấy trong 1% thai kỳ; trong những trường hợp như vậy, tình trạng nhiễm sắc thể của phôi khác với tình trạng của nhau thai được gọi là khảm.

3. Sinh thiết thể cực

Phương pháp này bao gồm việc thu nhận thể cực thứ nhất và/hoặc thứ hai để gián tiếp phân tích thành phần di truyền của noãn. Tuy nhiên, phương pháp này không hiệu quả nếu mẹ là người đồng hợp tử với một rối loạn di truyền lặn trên nhiễm sắc thể thường và bố là người mang gen đột biến. Nếu chỉ có một sự kiện tái tổ hợp xảy ra trong vùng gen cụ thể khiến nhiễm sắc thể đơn sẽ không thể sở hữu cả hai alen. Vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách thu nhận và phân tích cả hai thể cực. Quan trọng hơn, phân tích thể cực không thể phát hiện các bất thường phát sinh sau khi hợp nhất tiền nhân đực và cái, điều này giới hạn khả năng dự đoán chính xác tình trạng di truyền của phôi, đặc biệt là các bất thường trong quá trình nguyên phân. Mặc dù sinh thiết thể cực được thực hiện sau giảm phân I có thể phát hiện các lệch bội giảm phân, nhưng những bất thường này có khả năng tự điều chỉnh sau giảm phân II, dẫn đến kết quả chẩn đoán không hoàn toàn chính xác về tình trạng cuối cùng của phôi.

4. Sinh thiết dịch khoang phôi

Dịch khoang phôi là một nguồn DNA tiềm năng của phôi. Việc thu nhận dịch phôi nang không ảnh hưởng đến cấu trúc của phôi, đảm bảo tỷ lệ sống sót cao cho cả phôi có hình thái tốt và xấu. Hơn nữa, quá trình này dường như thích hợp với các quy trình thường quy tại phòng Labo. Kể từ khi phát hiện ra DNA tự được khuếch đại trong dịch khoang phôi, nhiều nghiên cứu đã gợi ý rằng dịch khoang phôi có thể được phân tích bằng CGH hoặc NGS để phân tích nhiễm sắc thể chi tiết. Điều này mở ra một hướng đi mới đầy hứa hẹn cho việc chẩn đoán di truyền tiền làm tổ một cách ít xâm lấn hơn.

Phương pháp không xâm lấn

1. Đánh giá hình thái phôi

Trong hơn 30 năm, đánh giá hình thái phôi là phương pháp đánh giá được sử dụng phổ biến. Một trở ngại lớn trong việc lựa chọn phôi dựa trên hình thái ở giai đoạn phân chia là sự thiếu nhất quán giữa các phòng thí nghiệm. Do phụ thuộc vào số lượng và chất lượng phôi, cùng với yếu tố thời gian là một yếu tố quan trọng. Mặc dù việc này giúp tránh được một số vấn đề liên quan đến việc phân loại phôi, nhưng đòi hỏi phải lấy phôi ra khỏi tủ cấy để kiểm tra bằng kính hiển vi. Điều này chỉ cung cấp một cái nhìn gián đoạn, không liên tục về giai đoạn phát triển tiền làm tổ vốn có của phôi.

2. Nuôi cấy dài ngày

Việc lựa chọn phôi thông qua nuôi cấy kéo dài đến giai đoạn phôi nang có thể là một cách tiếp cận có lợi, vì nhiều phôi bị ngừng phát triển ở giai đoạn đầu. Sự phát triển của phôi trong môi trường nuôi cấy kéo dài cho đến ngày thứ 5 là trọng tâm của các phân tích tổng hợp. Việc sử dụng nuôi cấy phôi nang như một phương án điều trị tiêu chuẩn cho tất cả bệnh nhân vẫn là chủ đề gây tranh cãi. Tuy nhiên, việc tích hợp môi trường nuôi cấy mở rộng với các xét nghiệm chẩn đoán bổ sung để cải thiện kết quả hoặc tạo điều kiện cho việc lựa chọn đơn phôi chuyển đã được đề xuất.

3. Phân tích dịch nang

Dự đoán chất lượng phôi dựa trên các đặc điểm nang noãn đã thu hút được sự quan tâm đáng kể. Các kỹ thuật như siêu âm ba chiều và chụp động mạch Doppler đã được sử dụng để đánh giá mạch máu trong nang noãn. Nhiều nghiên cứu đã điều tra nồng độ inhibin A trong dịch nang, có mối liên quan đến nồng độ tương đối cao của yếu tố tăng trưởng nội mô mạch máu có nguồn gốc từ tuyến nội tiết (EG-VEGF) trong dịch nang, chất lượng noãn và phôi tốt, tỷ lệ mang thai. Ngoài ra, lưu lượng máu quanh nang noãn, yếu tố tăng trưởng giống insulin 1 trong dịch nang noãn và EG-VEGF huyết thanh có thể đóng vai trò là yếu tố dự báo độc lập về kết quả mang thai. Mặc dù các dấu hiệu sinh hóa này là chủ đề của nghiên cứu đang diễn ra, nhưng hiện không được sử dụng trong thực hành lâm sàng thường quy.

4. Mối liên quan giữa cumulus với chất lượng phôi

Biểu hiện gen tế bào cumulus đã được khám phá như một dấu hiệu đánh giá năng lực phát triển của noãn và chất lượng phôi. Nghiên cứu đã tập trung vào nhiều gen liên quan đến các quá trình như chuyển hóa, sinh steroid, truyền tín hiệu và mở rộng cumulus. Các gen này đã được kiểm tra trong bối cảnh trưởng thành của noãn, tỷ lệ thụ tinh, chất lượng phôi vào ngày 2 và ngày 3, sự phát triển của phôi nang và quá trình lão hóa của mẹ. Những hiểu biết từ các nghiên cứu này cho thấy rằng việc đánh giá mức độ biểu hiện của các gen cụ thể trong CC có thể là một phương pháp bổ sung để lựa chọn phôi.

5. TLS trong lựa chọn phôi

TLS cung cấp một môi trường nuôi cấy không bị gián đoạn và bảo vệ phôi khỏi tiếp xúc với các điều kiện bên ngoài trong thời gian nuôi cấy. Trong những năm gần đây, TLS đã nổi lên như một công cụ đầy hứa hẹn để cải thiện việc lựa chọn phôi và tạo điều kiện cho việc áp dụng SET góp phần giảm nguy cơ đa thai. Công nghệ này cho phép quan sát, theo dõi liên tục tiến trình phát triển của phôi. Cung cấp một phương pháp tiếp cận hiệu quả hơn về mặt chi phí, nhanh hơn và ít xâm lấn hơn. Tuy nhiên, việc tích hợp PGT-A với phân tích động học hình thái có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc lựa chọn phôi có tiềm năng làm tổ cao nhất.

6. Vi dòng chảy (Microfluidics) trong lựa chọn phôi

Các nền tảng Lab-on-a-chip đã cách mạng hóa lĩnh vực hệ thống phân tích sinh học và hóa học phân tử thu nhỏ hoặc di động. Các nền tảng này đóng vai trò quan trọng như khả năng hoạt động và lựa chọn tinh trùng, trưởng thành và lựa chọn noãn, phát triển phôi và thụ tinh trong ống nghiệm, cũng như phát triển các hệ thống buồng trứng, ống dẫn trứng và tinh hoàn trên chip, công nghệ chu kỳ kinh nguyệt đầy đủ trên chip và bảo quản lạnh phôi và giao tử. Ngoài ra, một số báo cáo đã mô tả việc sử dụng vi lưu như một nền tảng đủ điều kiện cho các dấu ấn sinh học phôi trong quá trình thực hiện các hoạt động không xâm lấn. Hơn nữa, vi lưu đã được công nhận là một nền tảng đủ điều kiện để đánh giá không xâm lấn các dấu ấn sinh học phôi. 

7. Môi trường nuôi cấy phôi

Trong quá trình nuôi cấy, các chất do phôi bài tiết ra là một nguồn giàu các vật liệu sinh học và các dấu hiệu sinh học tiềm năng bị ảnh hưởng bởi phôi. Do đó, nó phản ánh chất lượng phôi và là một chỉ số có giá trị về năng lực phát triển của phôi. Khi phân tích, các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm và loại môi trường nuôi cấy thường được xem xét. Những yếu tố này có thể tác động đến các yếu tố biểu sinh, và từ đó, ảnh hưởng đến hình thái phôi, động học tăng trưởng, sinh lý và quá trình trao đổi chất của phôi. Tuy nhiên, việc chuẩn hóa các giao thức môi trường nuôi cấy đã giúp giảm thiểu sự khác biệt trong việc xác định các dấu hiệu sinh học, từ đó giảm tính biến thiên trong kết quả. Do đó, dựa trên loại dấu hiệu sinh học có trong môi trường nuôi cấy bao gồm các yếu tố từ hệ gen, phiên mã, chuyển hóa, protein, tiêu thụ oxy và các chỉ số trạng thái oxy hóa có tiềm năng lớn trong việc lựa chọn phôi.

8. AI trong lựa chọn phôi

Các mô hình AI có tiềm năng xác định phôi có khả năng mang thai. Học máy có thể chuẩn hóa nhiều loại dữ liệu lâm sàng, giảm thiểu các sai lệch tiềm ẩn và giảm sự thay đổi khách quan giữa con người. Công nghệ này cho phép đánh giá phôi khách quan hơn so với đánh giá thủ công của con người. Các mô hình AI có thể diễn giải được, tạo điều kiện thuận lợi cho việc đánh giá phôi dựa trên các thông số có ý nghĩa về mặt sinh học. Các thông số được sử dụng cho quá trình lựa chọn phôi là khác nhau giữa các mô hình AI. Cơ sở dữ liệu được sử dụng trong một nghiên cứu đã phân loại bốn đặc điểm riêng biệt: phương pháp thụ tinh (IVF hoặc ICSI), thời gian nuôi cấy (ví dụ: 5 ngày), chất lượng phôi (ví dụ: phôi nang, tươi hoặc trữ) và kết quả (ví dụ: phôi làm tổ, mang thai, có nhịp tim thai hoặc sinh con sống). Ngoài ra, các yếu tố như thông tin nhân khẩu học của bệnh nhân, xin-cho noãn, môi trường nuôi cấy, tiêu chí chất lượng hình ảnh và các bối cảnh lâm sàng khác có thể liên quan đến việc mô tả đặc điểm của một quần thể phôi cụ thể. Việc lựa chọn các tính năng đầu vào cho mô hình có thể ảnh hưởng lớn đến khả năng dự đoán xác suất mang thai của mô hình.

Triển vọng tương lai
Nhiều công nghệ lựa chọn phôi khác nhau đã xuất hiện trong thập kỷ qua. Các công nghệ này được sử dụng kết hợp với hình thái học hoặc nhằm thay thế cho đánh giá hình thái học thông thường. Một số lĩnh vực nghiên cứu triển vọng nhất cho các quy trình không xâm lấn bao gồm phân tích cf-DNA, TLS kết hợp với AI và phân tích từ môi trường nuôi cấy phôi nang. Các công nghệ protein, trao đổi chất, gen và phiên mã là những công cụ có giá trị cho phân tích phôi không xâm lấn. Việc chọn phôi bằng các dấu hiệu hình thái động học đã được chứng minh là cải thiện tỷ lệ thành công so với kết quả thu được thông qua việc chọn phôi dựa trên hình thái học tiêu chuẩn.
Với những thành công đáng kể của cả các công cụ tin sinh học, sự kết hợp của những công nghệ này được kỳ vọng sẽ biến đổi sự hiểu biết của chúng ta về sinh lý phôi và nâng cao khả năng lựa chọn phôi chuyển trong các chu kỳ ART. Từ đó, cung cấp cái nhìn tổng quan về chức năng của phôi liên quan đến sự phát triển, chất lượng và kết quả tiềm năng của phôi. Tuy nhiên, vẫn cần nhiều nỗ lực để chuyển đổi các nghiên cứu thí điểm sang ứng dụng lâm sàng rộng rãi. 

TLTK: Bashiri, Zahra, et al. "Advanced strategies for single embryo selection in assisted human reproduction: A review of clinical practice and research methods." Korean Journal of Fertility and Sterility (2024).