Kỹ sư Nguyễn Thị Nguyệt
Đơn vị HTSS IVFMD FAMILY, BVĐK Gia Đình, Đà Nẵng

Trong bốn thập kỷ qua, tỷ lệ song thai trên toàn cầu đã gia tăng đáng kể, chủ yếu do sự phát triển của các kỹ thuật hỗ trợ sinh sản (Assisted Reproductive Technology - ART). Song thai có thể là dị hợp tử (DZ) từ hai trứng riêng biệt hoặc đơn hợp tử (MZ) hình thành do tách từ một phôi đã thụ tinh (1). Song thai MZ chiếm khoảng 0,4% ca sinh tự nhiên, nhưng tỷ lệ này trong ART cao hơn, dao động từ 0,72% đến 5% (2). Song thai làm tăng nguy cơ sinh non, hội chứng truyền máu song thai, biến chứng sản khoa và thậm chí dính liền. Dù chuyển phôi đơn là biện pháp giảm song thai DZ, song thai MZ vẫn khó dự phòng do cơ chế chưa được làm rõ.
Cặp song sinh đơn hợp tử (MZ) được phân loại dựa trên số lượng màng ối và màng đệm, hai cấu trúc bảo vệ thai trong suốt thai kỳ. Ở người, màng đệm hình thành chủ yếu từ lớp tế bào lá nuôi (Trophectoderm cells - TE), trong khi khối tế bào nội mô (inner cell mass - ICM) tạo nên các mô thai nhi. Tách ICM ở giai đoạn phôi nang hoặc muộn hơn tạo song thai đơn màng đệm, trong khi phân chia sớm cả ICM và TE (trước ngày 3) dẫn đến hai phôi nang riêng biệt với hai màng đệm. Báo cáo ART gần đây cho thấy phân chia muộn vẫn có thể tạo song thai hai màng đệm, thách thức quan điểm truyền thống. Bài viết đề xuất mô hình mới giải thích cơ chế phân chia MZ, nhằm tối ưu ART và giảm nguy cơ thai kỳ song thai.

1. Cơ chế tế bào của sinh đôi đơn hợp tử, đơn màng đệm
Hiện tượng sinh đôi đơn hợp tử, đơn màng đệm (monochorionic MZ twins) xảy ra khi khối tế bào nội mô (inner cell mass - ICM) của phôi tách thành nhiều cụm riêng biệt trong một khoang phôi nang (blastocoel), dẫn tới hai (hoặc nhiều) phôi cùng chia sẻ một màng đệm. Điều này được chứng minh qua các báo cáo hiếm gặp về phôi người chứa hai hoặc ba cụm ICM riêng biệt trong một khoang phôi nang, tạo ra song thai hoặc tam thai đơn hợp tử đơn màng đệm (3,4).
1. 1. Tính “lỏng lẻo” của ICM – yếu tố chính gây tách ICM
Mô hình kinh điển giả thuyết rằng sự giảm kết dính tế bào có thể đóng vai trò quan trọng trong phân tách ICM. Dữ liệu lâm sàng cho thấy, tỷ lệ sinh đôi MZ tăng từ 0,38% lên 1,38% khi chuyển phôi nang có chất lượng ICM thấp, bao gồm cả những ICM lỏng lẻo (5).
Thí nghiệm trên chuột đã chứng minh vai trò của các gen điều hòa kết dính: tế bào gốc phôi chuột (mESCs) thiếu Jarid2 giảm đáng kể E-cadherin, đồng thời làm tăng biểu hiện Nanog và giảm tín hiệu Wnt9a, Prickle1, Fzd2, dẫn đến sự hình thành nhiều cụm ICM trong 35–48% phôi nang. Điều này cho thấy kết dính tế bào suy yếu và ICM lỏng lẻo là cơ chế chính gây phân tách ICM và sinh đôi MZ.
1.2. Lực cơ học tách ICM
1.2.1. Quá trình tạo khoang phôi (cavitation)
Trong ART, nuôi cấy phôi dài ngày đến giai đoạn phôi nang làm tăng đáng kể tỷ lệ sinh đôi MZ. Quan sát thực nghiệm cho thấy, sự co sụp và tái giãn nở khoang phôi nhiều lần có thể làm tách ICM ở phôi người (6). Ở chuột, khoang phôi không hình thành từ một điểm duy nhất mà bắt đầu từ hàng trăm khoang vi mô do “hydraulic fracturing - phá vỡ bằng thuỷ lực”, sau đó hợp nhất thành một khoang lớn. Khi tế bào trong phôi kết dính yếu, quá trình này càng dễ tách ICM thành nhiều cụm độc lập.
1.2.2. Hiện tượng phôi thoát màng dạng số 8 (8-shaped hatching)
Thao tác hỗ trợ thoát màng ZP có thể dẫn đến tách ICM khi một lỗ hở nhỏ trên ZP tạo áp lực cơ học lên cụm ICM. Trường hợp quan sát bằng time-lapse cho thấy phôi thoát màng dạng số 8 khiến ICM bị kéo ra khỏi ZP và chia thành ba phần, dẫn đến tam thai đơn hợp tử. Trên chuột, hiện tượng này xảy ra ở >20% phôi nuôi in vitro và tách ICM rõ rệt hơn khi ICM nằm gần vị trí thoát vỏ (Yan và cs., 2015; Onodera và cs., 2017). Trong điều kiện tự nhiên, thoát màng diễn ra nhanh nhờ enzyme tử cung, ít khi tạo dạng số 8, nhưng kỹ thuật ART có thể làm tăng nguy cơ này.
1.23. Sinh đôi đơn hợp tử đơn ối (Monoamniotic) – biến thể nguy cơ cao
Khi ICM tách chưa hoàn toàn, biểu mô phôi (epiblast) có thể hợp nhất, dẫn đến song thai đơn hợp tử chung cả màng đệm và màng ối, chiếm 1–2% ca sinh đôi MZ sống (Hall, 2003). Nếu ICM không tách hoàn toàn, nguy cơ dính liền (conjoined twins) rất cao. Việc nghiên cứu hiện tượng này còn khó khăn do tỷ lệ thấp và thiếu mô hình động vật phù hợp.
2. Cơ chế tế bào của sự sinh đôi đơn hợp tử hai màng đệm
Trong thai kỳ tự nhiên, song thai hai màng đệm thường được giả định là kết quả của hai hợp tử riêng biệt, bắt nguồn từ việc hai trứng được thụ tinh độc lập; tuy nhiên, chỉ các kỹ thuật phân tích di truyền như dấu vân tay DNA hoặc xét nghiệm STR mới có thể xác nhận chính xác. Việc nghiên cứu cơ chế sinh đôi đơn hợp tử (MZ) hai màng đệm gặp nhiều thách thức cho tới khi xuất hiện các báo cáo từ ART ghi nhận nhiều ca mang thai song thai hai màng đệm từ một lần chuyển đơn phôi nang (7,8). Đáng chú ý, trường hợp thai ba hai màng đệm từ một phôi nang duy nhất đã được báo cáo lần đầu gần đây (9). Tuy nhiên, một số song thai hai màng đệm sau chuyển đơn phôi có thể vẫn là dị hợp tử, do phôi chuyển từ ART phát triển song song với một phôi tự thụ tinh sau rụng trứng. Để loại trừ giả thuyết này, nhiều nghiên cứu đã tiến hành xét nghiệm di truyền và xác nhận các ca này thực sự là MZ (7,8).
Vấn đề trọng tâm trong cơ chế sinh đôi MZ hai màng đệm là thời điểm phân tách phôi. Mô hình cổ điển cho rằng sự phân chia xảy ra trước ngày phôi thứ 3, khi phôi bào tách thành hai khối tế bào độc lập và phát triển thành hai phôi nang riêng biệt với màng đệm và màng ối riêng. Herranz (2015) đề xuất phân chia có thể diễn ra ngay sau lần phân cắt đầu tiên ở giai đoạn hai tế bào. Tuy nhiên, các báo cáo ART gần đây cho thấy phân chia ở giai đoạn phôi nang hoặc muộn hơn cũng có thể tạo ra song thai MZ hai màng đệm, gợi ý một cơ chế bổ sung ngoài mô hình cổ điển (7,8).
Các thí nghiệm trên động vật cung cấp bằng chứng quan trọng về tính khả thi của giả thuyết này. Việc tách phôi bào trước nén chặt ở người có thể tạo ra nhiều phôi nang riêng biệt. Ở cừu và bò, nhân bản bằng chia đôi phôi sớm đã thành công từ thập niên 1980. Nghiên cứu trên chuột cho thấy định hướng số phận tế bào xuất hiện sớm từ giai đoạn hai tế bào, song phôi bào vẫn có thể tạo cá thể sống khi được tách và nuôi riêng. Để đảm bảo sự phát triển bình thường, phôi không màng trong suốt (zona pellucida, ZP) được nuôi trong giếng hình chữ U/V hoặc đặt trở lại ZP rỗng, tạo điều kiện kết tụ ba chiều và ngăn bám dính bất thường.
Về mặt sinh lý, việc hình thành song thai MZ hai màng đệm qua phân tách sớm đòi hỏi nhiều yếu tố: (1) lực vật lý hoặc sự suy yếu ZP để hỗ trợ phân tách (10); (2) cơ chế duy trì khoảng cách giữa hai phôi để tránh tái hợp, có thể nhờ dòng chất lỏng do lông mao trong ống dẫn trứng; (3) sự đảm bảo kết tụ tế bào tối ưu nhằm phát triển phôi nang thành công. Tuy nhiên, phôi không ZP có nguy cơ kết dính kém và giảm khả năng làm tổ, thể hiện qua các báo cáo lâm sàng và nghiên cứu di truyền trên phụ nữ mang đột biến ZP.
Tổng hợp bằng chứng từ ART và mô hình động vật cho thấy sinh đôi MZ hai màng đệm là hiện tượng hiếm trong điều kiện tự nhiên, nhưng có thể xảy ra qua nhiều cơ chế, bao gồm phân tách sớm phôi bào, vỡ ZP tự phát, hoặc phân tách khối ICM/TE ở giai đoạn blastocyst. Việc làm sáng tỏ cơ chế này không chỉ giúp giải thích biến thể hình thái trong song thai MZ mà còn có thể đóng góp quan trọng trong chiến lược giảm tỷ lệ đa thai trong ART, tối ưu hóa an toàn thai kỳ cho cả mẹ và thai nhi.
3. Cơ chế hình thành cặp song sinh đơn hợp tử hai màng đệm (dichorionic MZ) sau chuyển phôi nang đơn trong ART
Các báo cáo gần đây chỉ ra rằng một số thai kỳ song thai đơn hợp tử (MZ) hai màng đệm có thể bắt nguồn từ những bất thường trong quá trình phôi thoát màng (hatching) và các thao tác trong hỗ trợ sinh sản (ART). Van Langendonckt và cộng sự (2000), Behr và Milki (2003), Kyono (2013), Sundaram và cộng sự (2018) và Jundi và cộng sự (2021) đã mô tả nhiều trường hợp chuyển một phôi nang đơn nhưng dẫn đến thai đôi MZ dichorionic, gợi ý rằng sự thoát màng bất thường đóng vai trò quan trọng. Đặc biệt, hiện tượng thoát màng hình số 8, khi khe mở trên màng trong suốt (ZP) quá hẹp, có thể khiến chỉ một phần khối tế bào bên trong (ICM) thoát ra ngoài trong khi phần còn lại vẫn nằm trong ZP. Áp lực cơ học từ khe hẹp, đặc biệt khi được tạo bởi laser, có thể chia tách đồng thời cả ICM và lớp tế bào lá nuôi (TE), hình thành hai phôi nang riêng biệt, mỗi phôi có màng đệm riêng biệt (11). Cơ chế này tương đồng với phương pháp tách phôi nang nhân tạo (embryo splitting) trong chăn nuôi gia súc như cừu, dê và lợn, nơi phôi nang được cắt cơ học thành hai nửa bằng kim chuyên dụng.
Ngoài ra, chu kỳ làm rã đông phôi từ thủy tinh hóa (vitrification-warming) cũng có thể góp phần vào sự hình thành song thai MZ dichorionic. Shibuya và Kyono (2012) báo cáo một trường hợp hiếm gặp khi một phôi nang sau rã đông tách thành hai phôi nang riêng biệt trong ZP, dẫn đến cặp song sinh MZ hai màng đệm. Trong quá trình phôi nở rộng lại khoang phôi (re-expansion) sau đông lạnh – rã đông, một số tế bào có thể duy trì cấu trúc nguyên vẹn, vô tình chia ICM và TE thành hai phôi nang nhỏ độc lập. Mặc dù đây là báo cáo duy nhất quan sát trực tiếp phân chia phôi nang, các ca thai đôi MZ dichorionic chưa rõ nguyên nhân sau chuyển một phôi nang rã đông đơn lẻ cũng đã được ghi nhận (8), cho thấy cơ chế tương tự có thể đang hiện diện.
Tổng hợp các dữ liệu này nhấn mạnh rằng những thao tác phôi liên quan đến thoát màng và đông lạnh - rã đông trong ART có thể tạo điều kiện phân tách phôi nang thành hai phôi riêng biệt, dẫn đến cặp song sinh MZ hai màng đệm, thách thức quan điểm truyền thống rằng phân tách sớm trước giai đoạn phôi dâu là nguyên nhân duy nhất của song thai hai màng đệm.
4. Hướng nghiên cứu tương lai
4.1.  Mô hình hóa phôi người sớm trong ống nghiệm
Sự phát triển của blastoid từ tế bào iPSC/ESC và mô hình sau làm tổ mở ra cơ hội nghiên cứu khả năng tách ICM/TE sau nở và sau làm tổ (12). Các công nghệ tái tạo vi môi trường, điều chỉnh áp lực khoang phôi, và quan sát trực tiếp theo thời gian độ phân giải cao sẽ giúp làm sáng tỏ cơ chế này (10).
4.2. Di truyền và biểu sinh của “gen song sinh”
Tỷ lệ MZ cao trong ART có thể phản ánh yếu tố di truyền nhiều hơn tác động kỹ thuật. Giải trình tự toàn bộ hệ gen trong phả hệ bốn thế hệ MZ cho thấy biến thể SNP và CNV tập trung ở các gen điều hòa kết dính tế bào và tín hiệu Rho GTPase. Điều này ủng hộ giả thuyết giảm kết dính ICM dẫn tới phân chia trong quá trình quá trình tạo khoang. Tuy nhiên, chưa tìm thấy một gen đơn lẻ quyết định MZ; có thể là đa gen và đa yếu tố gây nên. Ở mức biểu sinh, dấu ấn methyl hóa đặc trưng MZ vẫn được bảo tồn ở tế bào soma, mở ra hướng chẩn đoán và nghiên cứu mới (13).
5. Ý nghĩa lâm sàng và giảm nguy cơ MZ trong ART
Dù chuyển đơn phôi đã trở thành tiêu chuẩn nhằm hạn chế đa thai, MZ vẫn có thể xảy ra. Để giảm nguy cơ, cần:
-         Quan sát phôi nang bằng time-lapse với độ phân giải cao để nhận diện bất thường hình thái
-         Tránh chuyển phôi có ICM lỏng lẻo hoặc chia cụm, phôi nang đang tách đôi
-         Khi hỗ trợ phôi thoát màng, nên tạo cửa lỗ xa ICM và mô phỏng quá trình ly giải tự nhiên của zona thay vì đục lỗ nhỏ duy nhất, nhằm hạn chế nở hình số 8
-         Đánh giá kỹ phôi nang đã phân chia trước chuyển để tránh DC-MZ.
Kết hợp mô hình nghiên cứu mới và giải mã di truyền–biểu sinh có thể giúp hiểu rõ cơ chế hình thành MZ, từ đó giảm tỷ lệ song thai MZ trong ART, cải thiện độ an toàn cho cả mẹ và thai.
6. Kết luận
Hiểu biết về cơ chế tế bào hình thành song thai đơn hợp tử (MZ), đặc biệt là song thai đơn màng đệm (monochorionic MZ twins), đang ngày càng được mở rộng nhờ tiến bộ nghiên cứu phôi học và hỗ trợ sinh sản. Nhiều bằng chứng cho thấy hiện tượng tách lỏng lẻo khối tế bào bên trong (ICM) trong quá trình giãn nở phôi nang đa điểm (multi-point blastocoel expansion) có thể dẫn đến sự hình thành các cụm ICM riêng biệt bên trong một phôi nang, giải thích cơ chế tạo song thai MZ đơn màng đệm. Trong khi đó, sự xuất hiện tự nhiên của song thai MZ hai màng đệm (dichorionic MZ twins) vẫn còn nhiều tranh luận và chưa được lý giải đầy đủ, mặc dù tỷ lệ song thai MZ ở quần thể tự nhiên ước tính khoảng 0,42% số ca sinh (14).
Trong lĩnh vực ART, một số yếu tố can thiệp như quá trình nở bất thường dạng số 8 và các chu kỳ làm ấm phôi sau thủy tinh hóa (vitrification warming cycles) được báo cáo có liên quan đến sự phân tách phôi nang, dẫn đến song thai MZ hai màng đệm ngay cả sau chuyển một phôi nang duy nhấ. Những quan sát này gợi ý rằng cơ chế hình thành song thai MZ trong môi trường nhân tạo có thể khác biệt đáng kể so với cơ chế tự nhiên, đòi hỏi nghiên cứu chuyên sâu hơn.
Để giải mã đầy đủ hiện tượng này, việc phát triển và hiệu chỉnh mô hình nghiên cứu song thai MZ là cần thiết, kết hợp dữ liệu từ các ca ART lâm sàng được báo cáo, thí nghiệm trên động vật, và các mô hình phôi người in vitro như phôi nang nuôi cấy, gastruloid, và cơ quan phôi từ tế bào iPSC. Những nghiên cứu này không chỉ góp phần làm sáng tỏ cơ chế di truyền và biểu sinh nền tảng, mà còn giúp điều chỉnh chiến lược chuyển phôi nhằm giảm tỷ lệ song thai MZ, qua đó giảm nguy cơ thai kỳ đa thai và biến chứng sản khoa.

Nguồn tham khảo
1.      Hall JG. Twinning. Lancet. 2003 Aug 30;362(9385):735-43. doi: 10.1016/S0140-6736(03)14237-7. PMID: 12957099.
2.      Luke B, Brown MB, Wantman E, Stern JE. Factors associated with monozygosity in assisted reproductive technology pregnancies and the risk of recurrence using linked cycles. Fertil Steril. 2014 Mar;101(3):683-9. doi: 10.1016/j.fertnstert.2013.11.034. Epub 2014 Jan 2. PMID: 24388206; PMCID: PMC3936194.
3.      Lee SF, Chapman M, Bowyer L. Monozygotic triplets after single blastocyst transfer: case report and literature review. Aust N Z J Obstet Gynaecol. 2008 Dec;48(6):583-6. doi: 10.1111/j.1479-828X.2008.00926.x. PMID: 19133048.
4.      Noli L, Capalbo A, Ogilvie C, Khalaf Y, Ilic D. Discordant Growth of Monozygotic Twins Starts at the Blastocyst Stage: A Case Study. Stem Cell Reports. 2015 Dec 8;5(6):946-953. doi: 10.1016/j.stemcr.2015.10.006. Epub 2015 Nov 12. PMID: 26584541; PMCID: PMC4682124.
5.      Eliasen T, Gabrielsen A, Bay B, Iversen L, Knudsen U. Monochorionic twins after single blastocyst transfer: retrospective cohort and blinded time lapse annotation analysis. Reprod Biomed Online. 2021 Jul;43(1):62-65. doi: 10.1016/j.rbmo.2021.04.001. Epub 2021 Apr 6. PMID: 33958311.
6.      Luijkx DG, Ak A, Guo G, van Blitterswijk CA, Giselbrecht S, Vrij EJ. Monochorionic Twinning in Bioengineered Human Embryo Models. Adv Mater. 2024 Jun;36(25):e2313306. doi: 10.1002/adma.202313306. Epub 2024 Apr 18. PMID: 38593372.
7.      Brouillet S, Mereuze S, Ranisavljevic N, Chauveau C, Hamamah S, Cattin J, Verebi C, Cabrol C, Ishmukhametova A, Girardet A, Anahory T, Willems M. Molecular Characterization of a Rare Case of Monozygotic Dichorionic Diamniotic Twin Pregnancy after Single Blastocyst Transfer in Preimplantation Genetic Testing (PGT). Int J Mol Sci. 2022 Sep 16;23(18):10835. doi: 10.3390/ijms231810835. PMID: 36142745; PMCID: PMC9504855.
8.      Semrl N, Barth M, Feigl S, Hochstätter R, Oreskovic I, Fluhr H, Klaritsch P, Speicher I, Kollmann M. Birth of monozygotic dichorionic twins after a single blastocyst embryo transfer: a case report of genetic determination of zygosity. F S Rep. 2023 Mar 7;4(2):231-234. doi: 10.1016/j.xfre.2023.03.002. PMID: 37398607; PMCID: PMC10310970.
9.      Cara S, Bafaro MG, Cattoli M, Coticchio G, Di Paola R, Borini A. First case of dichorionic diamniotic triplet pregnancy after single blastocyst transfer. J Assist Reprod Genet. 2024 Feb;41(2):437-440. doi: 10.1007/s10815-023-02989-4. Epub 2023 Dec 11. PMID: 38079075; PMCID: PMC10894801.
10. Matorras R, Vendrell A, Ferrando M, Larreategui Z. Early Spontaneous Twinning Recorded By Time-Lapse. Twin Res Hum Genet. 2023 Jun;26(3):215-218. doi: 10.1017/thg.2023.24. Epub 2023 Sep 1. PMID: 37655615.
11. Jundi SI, Pereira NCA, Merighi TM, Santos JFD, Yadid IM, Coslovsky M, Criscuolo TS, Penna IAA. Monozygotic dichorionic-diamniotic twin pregnancy after single embryo transfer at blastocyst stage: a case report. JBRA Assist Reprod. 2021 Feb 2;25(1):168-170. doi: 10.5935/1518-0557.20200052. PMID: 32960525; PMCID: PMC7863101.
12. Weatherbee BAT, Gantner CW, Iwamoto-Stohl LK, Daza RM, Hamazaki N, Shendure J, Zernicka-Goetz M. Pluripotent stem cell-derived model of the post-implantation human embryo. Nature. 2023 Oct;622(7983):584-593. doi: 10.1038/s41586-023-06368-y. Epub 2023 Jun 27. Erratum in: Nature. 2023 Sep;621(7977):E30. doi: 10.1038/s41586-023-06524-4. PMID: 37369347; PMCID: PMC10584688.
13. van Dongen J, Hubers N, Boomsma DI. New insights into the (epi)genetics of twinning. Hum Reprod. 2024 Jan 5;39(1):35-42. doi: 10.1093/humrep/dead131. PMID: 38052159; PMCID: PMC10767898.
Jin H, Han Y, Zenker J. Cellular mechanisms of monozygotic twinning: clues from assisted reproduction. Hum Reprod Update. 2024 Dec 1;30(6):692-705. doi: 10.1093/humupd/dmae022. PMID: 38996087; PMCID: PMC11532623