Từ khi em bé IVF đầu tiên ra đời vào năm 1978, kỹ thuật IVF đã trở nên phổ biến và là một trong những phương pháp quan trọng giúp các cặp vợ chồng vô sinh hiếm muộn có con của chính họ. Số lượng các chu kỳ điều trị IVF mỗi năm một tăng, lên đến 45264 chu kỳ thực hiện IVF tại Anh vào năm 2010 [1]. Năm 1992, kỹ thuật ICSI ra đời hỗ trợ cho các trường hợp vô sinh do yếu tố nam giới như không có tinh trùng trong tinh dịch hay tinh trùng ít yếu dị dạng mà không thể thực hiện IVF. Mặc dù cả 2 kỹ thuật IVF và ICSI ngày càng được cải tiến và hoàn thiện nhưng tỉ lệ trẻ sinh sống vẫn còn thấp hơn 50% [1]. Vì vậy, nhiều cặp vợ chồng phải tốn nhiều thời gian, chi phí cũng như sức khoẻ để có được một đứa trẻ mang về sau khi điều trị thụ tinh trong ống nghiệm. Hiện nay, đa phần các trung tâm thụ tinh trong ống nghiệm đều thực hiện chính sách chuyển nhiều hơn 1 phôi cho bệnh nhân. Điều này giúp tăng cơ hội có thai tuy nhiên cũng tăng nguy cơ đa thai. Đa thai được biết đến là yếu tố làm tăng nguy cơ mắc tiền sản giật, suy tim, nhồi máu cơ tim ở mẹ và nguy cơ khuyết tật về thể chất và trí tuệ ở trẻ. Chuyển đơn phôi lựa chọn (eSET) là phương pháp mới được tiếp cận, nhằm lựa chọn 1 phôi có tiềm năng làm tổ tốt nhất chuyển cho bệnh nhân để giảm nguy cơ đa thai. Cho đến nay, có nhiều phương pháp được sử dụng để lựa chọn phôi phổ biến như đánh giá hình thái phôi, lựa chọn phôi nguyên bội bằng PGT-A, đánh giá động học hình thái phôi bằng hệ thống nuôi cấy theo dõi phôi liên tục time-lapse… Bên cạnh đó, các phương pháp đánh giá khác dựa trên các phân tử sinh học, sự trao đổi chất của phôi cũng được nghiên cứu và ngày càng được hoàn thiện. Một số phương pháp có thể kể đến như metabolomics, genomics, transcriptomics và proteomics.

Transcriptomics

Transcriptomic là kỹ thuật phân tích về tất cả các phân tử RNA thông tin (mRNA) trong tế bào, phản ánh kiểu hình của tế bào tốt hơn phân tích bộ gen. Nó phụ thuộc vào trình tự DNA để xác định trình tự RNA được phiên mã và cả sự biến đổi thượng di truyền để xác định cách mỗi chuỗi DNA biểu hiện trong tế bào. RNA dễ thoái hoá hơn DNA vì vậy mà chúng phải được tách ra khỏi tế bào một cách nhanh chóng trong điều kiện vô trùng. Trong đánh giá phôi, RNA thu nhận từ phôi thường được khuếch đại trước khi đánh giá. Hiện nay, công nghệ vi mảng microarray được sử dụng phổ biến để phân tích mẫu vì nó có thể chứa hàng ngàn gen mục tiêu của người. RNA/cDNA từ mẫu được đánh dấu huỳnh quang và lai với gen mục tiêu cố định trên chip của array. Máy phân tích huỳnh quang cung cấp thông tin về kiểu biểu hiện RNA trong tế bào được kiểm tra. Công nghệ giải trình tự sâu (Deep-sequencing) được sử dụng để thay thế cho hồ sơ hệ sản phẩm phiên mã (transcriptome profiling) sau phân tích. Thay vì sử dụng các phép lai để “bắt giữ” các phân tử RNA gắn với các gen mục tiêu trên array, công nghệ giải trình tự sâu sẽ trực tiếp phiên mã trình tự có trong mẫu và sau đó lập bàn đồ lên trên hệ gen tham chiếu. Các lần lập bản đồ trên hệ tham chiếu sau đó được tính để đánh giá mức độ biểu hiện gen [2].

Việc sử dụng hồ sơ hệ sản phẩm phiên mã để đánh giá chất lượng phôi vẫn còn là những nghiên cứu ở giai đoạn sớm. Cho đến nay vẫn chưa đủ dữ liệu về các kiểu biểu hiện gen trong noãn và phôi chất lượng cao và kém. Đã có một số nghiên cứu đánh giá hồ sơ hệ sản phẩm phiên mã để chọn lựa noãn và phôi trên mô hình động vật tuy nhiên gặp phải khó khăn là số lượng vật liệu thu nhận được quá thấp. Reich và cộng sự (2011) thực hiện phân tích hệ sản phẩm phiên mã của thể cực cho thấy sự biểu hiện gen của thể cực phản ánh sự biểu hiện gen của toàn bộ noãn. Kết quả này cung cấp một phương pháp không xâm lấn tiềm năng để đánh giá chất lượng noãn dựa trên hệ sản phẩm phiên mã [3]. Hiện nay, hầu hết các dữ liệu dựa trên hệ sản phẩm phiên mã để đánh giá tiềm năng phát triển của noãn/ phôi đều dựa trên phân tích từ tế bào hạt và tế bào cumulus phân lập từ buồng trứng. Nghiên cứu của Peng và cộng sự (2013) chỉ ra rằng các yếu tố được tiết từ noãn như GDF9, BMP15 đóng vai trò quan trọng trong việc xác định kiểu hình của các tế bào cumulus- những tế bào có vai trò quan trọng cho sự trưởng thành và phát triển của noãn [4]. Do đó, phân tích hệ sản phẩm phiên mã của tế bào hạt cũng có thể cung cấp thông tin về khả năng phát triển của noãn và phôi. Bên cạnh đó, một số nghiên cứu cũng chứng minh được rằng chất lượng noãn người tương quan với sự biểu hiện cao của GDF9, HAS2, PTX3, GREM1 trên tế bào cumulus [5]. Mặc dù gần đây đã có thêm nhiều nghiên cứu cho thấy sự biểu hiện của một số gen trên tế bào cumulus và tế bào hạt có thể phản ánh được tiềm năng của noãn và phôi tuy nhiên dữ liệu vẫn chưa đồng nhất. Điều này một phần do chưa có tiêu chuẩn chung để đánh giá chất lượng phôi cũng như phương pháp thu nhận và phân tích mẫu khác nhau. Nhìn chung, transcriptomics là một kỹ thuật đầy hứa hẹn nhưng cần có thêm nhiều nghiên cứu hơn. Nhược điểm của phương pháp này là cần trang thiết bị đắt tiền, nhân sự có tay nghề cao do đó khó sử dụng thường quy tại các trung tâm IVF.

Metobolomics

Metabolomics là công nghệ xác định đồng thời các chất chuyển hoá khác nhau được tiết ra môi trường nuôi cấy bao gồm carbohydrate, axit amin, axit béo hoặc nucleotide. Các chất chuyển hoá này khác rất nhiều về bản chất hoá học cũng như hàm lượng trong môi trường nuôi cấy vì vậy gây khó khăn để xác định chúng. Hiện nay, hồ sơ các sản phẩm chuyển hoá được đánh giá chủ yếu bằng các phương pháp như sắc ký hoặc quang phổ. Trong nghiên cứu của Seli và cộng sự (2011) cho thấy có sự khác biệt giữa các thành phần chuyển hoá khác nhau trong môi trường nuôi cấy giữa phôi phát triển thành trẻ sinh sống và phôi thất bại làm tổ [6]. Các nghiên cứu tiếp theo đã chứng minh được rằng sự kết hợp giữa đánh giá hình thái và phân tích chuyển hoá làm tăng độ chính xác của đánh giá phôi. Tuy nhiên một số nghiên cứu khác lại cho thấy tính hữu ích của phân tích chuyển hoá bằng quang phổ cần được đánh giá cẩn thận trước khi đưa vào thực hành lâm sàng.

Proteomics

Chất lượng phôi cũng có thể được đánh giá bằng cách kiểm tra hàm lượng protein được tiết ra môi trường nuôi cấy như sHLA-G hoặc leptin. HLA-G được cho là có vai trò dung nạp miễn dịch trong suốt thai kỳ. Mặc dù sự biểu hiện của mRNA HLA-G được phát hiện có tương quan thuận với tỉ lệ thai tuy nhiên kết quả này vẫn còn gây nhiều tranh cãi. Một số nghiên cứu đã tìm thấy rằng sHLA-G trong môi trường nuôi cấy có thể dự đoán được tỉ lệ hình thành phôi phân chia và tiềm năng làm tổ của phôi [7]. Ngoài ra, một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng phôi ngưng phát triển tiết ra ít leptin hơn so với phôi phát triển đến giai đoạn phôi nang [8]. Gần đây, thay vì phân tích từng loại protein thì các nhóm nghiên cứu tập trung phân tích trên hồ sơ hệ sản phẩm protein (protein secrotome profiling). Phân tích này được thực hiện dựa trên sự phát triển của các kỹ thuật có độ nhạy cao dựa trên khối phổ (mass spectrometry- MS) và protein microarray [9]. MS thực hiện bằng cách ion hoá các chất chuyển hoá, phân tách các ion này theo tỉ lệ khối lượng/điện tích và sau đó phát hiện chúng. Về protein microarray, kỹ thuật này sử dụng con chip đã được sắp xếp các kháng thể và kháng nguyên. Mẫu đánh dấu huỳnh quang có thể liên kết với các kháng thể và sau đó tín hiệu huỳnh quang được phân tích để đánh giá các protein có trong mẫu. Cả 2 phương pháp này đều phức tạp về mặt kỹ thuật, yêu cầu hệ thống máy dò rất nhạy do số lượng vật liệu thu nhận ít. Tuy nhiên, sự phát triển của phân tích proteomic dường như có lợi khi đánh giá tại từng giai đoạn phát triển của phôi vì mỗi giai đoạn được đặc trưng bởi 1 hồ sơ sản phẩm protein khác nhau và có tương quan tới kết quả điều trị IVF [10]. Ngoài ra, phân tích hệ sản phẩm protein của phôi gần đây đã xác định được lipocalin-1 giúp phân biệt được phôi nguyên bội và lệch bội.

Hoạt động trao đổi chất

Một yếu tố cần được quan tâm khi đánh giá chất lượng phôi là sự trao đổi chất của phôi thông qua hàm lượng chất tiết từ phôi ra môi trường nuôi cấy phôi. Hiện nay, đa phần các phân tích về trao đổi chất của phôi đều tập trung đánh giá sự hấp thụ pyruvate và glucose của phôi. Cả 2 chất này đều là cơ chất để sản xuất năng lượng: phôi giai đoạn trước nén sử dụng pyruvate và lactate cho chu trình Krebs và phôi sau nén sử dụng glucose cho quá trình đường phân. Việc giảm hàm lượng pyruvate trong môi trường nuôi cấy đến giai đoạn phôi dâu và hàm lượng glucose ở giai đoạn trễ hơn được chứng minh có tương quan với phôi có tiềm năng phát triển tốt [11]. Tuy nhiên vẫn chưa rõ ràng về mối tương quan của việc sử dụng 2 cơ chất này với khả năng cải thiện tỉ lệ thai lâm sàng.

Một phương pháp khác dùng để đánh giá sự chuyển hoá năng lượng của phôi là đo lường sự tiêu thụ oxy của chúng, điều này đã được chứng minh là có tương quan với chất lượng phôi và tỉ lệ thai. Ở phôi của động vật hữu nhũ, sự tiêu thụ oxy thấp ở giai đoạn phân chia và tăng dần khi ở giai đoạn hình thành phôi nang, phản ánh nhu cầu sử dụng ATP ngày càng cao của phôi khi bắt đầu hình thành khoang và phát triển của phôi. Kaori Goto và cộng sự (2018) đã chứng minh được rằng dựa trên sự tiêu thụ oxy có thể tiên lượng được phôi có khả năng hình thành phôi nang chất lượng tốt [12].

Kết luận

Hiện nay, các nhà khoa học ngày càng nỗ lực phát triển các quy trình lựa chọn phôi đáng tin cậy và không xâm lấn nhằm cải thiện kết quả điều trị cho bệnh nhân thực hiện IVF. Công nghệ Omic ngày càng phổ biến cho phép đánh giá hệ sản phẩm di truyền cũng như sự trao đổi chất của noãn/phôi giúp lựa chọn phôi có tiềm năng làm tổ cao nhất. Mặc dù cho tới thời điểm hiện tại, các kỹ thuật này vẫn chưa được áp dụng thường quy tại các trung tâm IVF vì những yêu cầu về máy móc trang thiết bị hiện đại cũng như nhân sự tay nghề cao, nhưng những tiến bộ trong công nghệ, kỹ thuật như hiện nay đang mở ra hy vọng cho việc lựa chọn phôi tiềm năng không xâm lấn trong tương lai.


Tài liệu tham khảo
[1]      A. Ajduk, M. Zernicka-Goetz, Quality control of embryo development, Mol. Aspects Med. 34 (2013) 903–918.
[2]      J.H. Malone, B. Oliver, Microarrays , deep sequencing and the true measure of the transcriptome, (2011).
[3]      A. Reich, P. Klatsky, S. Carson, G. Wessel, The Transcriptome of a Human Polar Body Accurately Reflects Its Sibling Oocyte * □, 286 (2011) 40743–40749.
[4]      J. Peng, Q. Li, K. Wigglesworth, A. Rangarajan, C. Kattamuri, R.T. Peterson, J.J. Eppig, T.B. Thompson, M.M. Matzuk, Growth differentiation factor 9:bone morphogenetic protein 15 heterodimers are  potent regulators of ovarian functions., Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 110 (2013) E776-85.
[5]      F. Cillo, T.A.L. Brevini, S. Antonini, A. Paffoni, G. Ragni, F. Gandolfi, Association between human oocyte developmental competence and expression levels of  some cumulus genes., Reproduction. 134 (2007) 645–650.
[6]      E. Seli, C. Bruce, L. Botros, M. Henson, P. Roos, K. Judge, T. Hardarson, A. Ahlström, P. Harrison, M. Henman, K. Go, N. Acevedo, J. Siques, M. Tucker, D. Sakkas, Receiver operating characteristic (ROC) analysis of day 5 morphology grading and  metabolomic Viability Score on predicting implantation outcome., J. Assist. Reprod. Genet. 28 (2011) 137–144.
[7]      A. Jurisicova, R.F. Casper, N.J. MacLusky, C.L. Librach, Embryonic human leukocyte antigen-G expression: possible implications for human preimplantation development**Supported in part by grants from the Medical Research Council of Canada, Ottawa, Ontario, Canada and by Genesis Research Foundation, Toronto, Ontario, Canada.††Presented at the 10th Annual Meeting of the European Society of Human Reproduction and Embryology (ESHRE), Brussels, Belgium June 25 to 29, 1994., Fertil. Steril. 65 (1996) 997–1002.
[8]      R.R. González, P. Caballero-Campo, M. Jasper, A. Mercader, L. Devoto, A. Pellicer, C. Simon, Leptin and leptin receptor are expressed in the human endometrium and endometrial  leptin secretion is regulated by the human blastocyst., J. Clin. Endocrinol. Metab. 85 (2000) 4883–4888.
 
[9]      A.J. Beardsley, Y. Li, C. O’Neill, Characterization of a diverse secretome generated by the mouse preimplantation embryo in vitro, Reprod. Biol. Endocrinol. 8 (2010) 1–10.
[10]    M.G. Katz-Jaffe, S. McReynolds, D.K. Gardner, W.B. Schoolcraft, The role of proteomics in defining the human embryonic secretome, Mol. Hum. Reprod. 15 (2009) 271–277.
[11]    D.K. Gardner, M. Lane, J. Stevens, W.B. Schoolcraft, Noninvasive assessment of human embryo nutrient consumption as a measure of  developmental potential., Fertil. Steril. 76 (2001) 1175–1180.
[12]    K. Goto, Y. Kumasako, M. Koike, A. Kanda, K. Kido, M. Nagaki, E. Otsu, F. Kawabe, Y. Kai, T. Utsunomiya, Prediction of the in vitro developmental competence of early-cleavage-stage human  embryos with time-lapse imaging and oxygen consumption rate measurement., Reprod. Med. Biol. 17 (2018) 289–296.
 

Từ khóa: Một số phương pháp đánh giá noãn và phôi dựa trên sản phẩm di truyền và trao đổi chất