CNSH. Trần Nhật Ánh Dương - IVFMD Tân Bình
 

1. Giới thiệu

Stress oxy hóa (Oxidative stress-OS) được định nghĩa là sự mất cân bằng giữa các gốc tự do (reactive oxygen species-ROS) và các chất chống oxy hóa (antioxidants-AOX). Ở nồng độ thấp, ROS hoạt động sinh lý như các phân tử tín hiệu trong một số quy trình như sinh giao tử, hoạt hóa tinh trùng, sự phát triển và làm tổ của phôi,... Mặt khác, nồng độ ROS cao bất thường có thể phá hủy các bào quan và DNA, làm thay đổi chức năng enzyme và kích hoạt quá trình apoptosis. Trong môi trường điều trị ART, một số yếu tố có thể là nguyên nhân làm tăng khả năng tạo ROS, ảnh hưởng tiêu cực đến kết quả điều trị ART. Do đó, mục tiêu của đánh giá này nhằm: (1) thảo luận về các yếu tố có khả năng gây OS trong môi trường in-vitro, (2) xem xét ảnh hưởng của OS đối với giao tử và phôi, và (3) đề xuất các chiến lược để giảm thiểu tác động của OS trong toàn bộ giai đoạn nuôi cấy phôi người, từ giai đoạn giao tử đến giai đoạn phôi nang.
 

2. Các cơ chế gây OS trong ART

1. Các giai đoạn gây OS trong ART

• Chuẩn bị giao tử: Trong quá trình chuẩn bị tinh trùng, các mẫu tinh dịch sẽ được lọc rửa và loại bỏ huyết tương. Tuy nhiên, về mặt lý thuyết, trong huyết tương tinh dịch chứa nhiều loại enzyme và hợp chất có đặc tính chống oxy hoá và việc ly tâm trong quá trình lọc rửa sẽ tạo ROS, gây tổn thương tinh trùng.

• Trữ đông giao tử và phôi: Trước đây, quá trình đông lạnh chậm đã được chứng minh là làm tăng sự hình thành các tinh thể đá nội bào, do đó gây tổn thương tế bào, apoptosis và dẫn đến OS.

2. Các yếu tố trong phòng thí nghiệm ART

• Oxy: Người ta nhận thấy ty thể không chỉ tiêu thụ oxy để sản xuất năng lượng và ATP, mà trong quá trình hoạt động của chuỗi truyền điện tử, khoảng 1–5% lượng oxy tiêu thụ được chuyển đổi thành ROS.
• Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC): VOC là các hóa chất nhân tạo có thể bay hơi trong điều kiện khí quyển bình thường và có mùi như benzen, toluene, formaldehyde và ethanol. VOC có thể bắt nguồn từ nhiều nguồn khác nhau như vi sinh vật, bình chứa khí y tế được sử dụng để nuôi cấy phôi, đĩa petri bằng nhựa hoặc gói nhựa đựng đồ dùng một lần,... Một số nghiên cứu đã ghi nhận tác động bất lợi của VOC đối với tế bào nuôi cấy in-vitro và liên kết cảm ứng gây OS.
• pH: Những thay đổi nhỏ về nhiệt độ hoặc nồng độ CO2 đều gây ảnh hưởng đến pH của môi trường nuôi cấy, tác động tiêu cực đến sự phát triển của phôi và kết quả lâm sàng do tăng OS. Việc tăng cường sản xuất cả ROS và oxit nitric (NO) trong các tế bào có thể được xác định bằng những thay đổi về độ pH trong ty thể. Do đó, pH đã được coi là một yếu tố kích thích OS, đặc biệt là trong chuỗi hô hấp của ty thể.
• Nhiệt độ: Thông thường, nhiệt độ của tủ nuôi cấy thường được cài đặt ở 37°C để bắt chước các điều kiện in vivo. Khi nhiệt độ tăng cao có thể gây ra stress nhiệt ở phôi và làm tăng ROS.
• Độ ẩm: Độ ẩm trong tủ ấm có thể ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu, môi trường ưu trương có thể gây ra những ảnh hưởng nặng nề đến sự phát triển của phôi và kết quả lâm sàng bằng cách kích hoạt một số cơ chế, chẳng hạn như OS, tế bào co nguyên sinh, tổn thương DNA hoặc ty thể, ngừng chu kỳ tế bào và apoptosis.
• Môi trường nuôi cấy phôi: Một nghiên cứu chỉ ra rằng nồng độ ROS cao hơn đáng kể trong môi trường nuôi cấy nhân tạo so với nồng độ ROS trong dịch nang noãn. Bên cạnh đó, người ta cũng nhận thấy môi trường nuôi cấy càng phức tạp thì nồng độ ROS càng cao. Một yếu tố khác là amoniac được tạo ra bởi các quá trình trao đổi chất trong tế bào (chuyển hoá glutamine) gây ra sự sản xuất quá mức ROS và làm giảm tiềm năng màng ty thể.
• Ánh sáng: Ánh sáng được chứng minh là có hại cho quá trình nuôi cấy phôi trực tiếp hoặc gián tiếp bằng cách gây ra quá trình peroxy hóa dầu và quang oxy hóa của môi trường nuôi cấy. Ảnh hưởng độc hại của ánh sáng khả kiến đối với phôi có thể là do sự gia tăng tạo ROS. Trên thực tế, các bước sóng ánh sáng được hấp thụ bởi các enzym của chuỗi truyền điện tử và dẫn đến việc gia tăng sản xuất ROS.
• Vật tư tiêu hao: Những vật liệu nhựa như đĩa petri, chai đựng môi trường, ống ly tâm,... tiếp xúc gần với giao tử hoặc phôi trong các khoảng thời gian khác nhau và do đó có khả năng gây ảnh hưởng đến chúng. Một số nghiên cứu đã chứng minh rằng Bisphenol là chất gây rối loạn nội tiết, có tác dụng phụ đối với cả hệ thống sinh sản nam và nữ bao gồm cả những thay đổi thượng di truyền trong quá trình phát triển giao tử, ảnh hưởng đến chất lượng noãn in-vitro và gây ra OS. Ngoài ra, các gói nhựa chứa vật tư tiêu hao là nguồn gốc tạo VOC gây bất lợi đến sự phát triển và làm tổ của phôi.

 
3. Phản ứng của giao tử và phôi khi bị OS

• Tính mềm dẻo của phôi:  Các phôi từ phôi 2-8 tế bào được chứng minh là có tính toàn năng, do đó, việc mất một hoặc một số phôi bào không ảnh hưởng đến sự sống của phôi. Ngoài ra, các bất thường như phân chia trực tiếp, phân chia không đều, đa nhân và khảm đã được chứng minh là có thể kiểm soát và sửa sai trong một số trường hợp.  Mặc dù phôi tiền làm tổ có thể thích nghi với các điều kiện môi trường bất lợi nhưng stress tế bào có thể gây ra sự thay đổi biểu hiện gen và thượng di truyền.

• Phản ứng tế bào chất: Các giao tử có thể chống lại OS chủ yếu bằng các AOX nằm trong tế bào chất hoặc dịch ngoại bào. Ở noãn, người ta nhận thấy hàm lượng cao các AOX và hormone tăng trưởng được tiết ra bởi tế bào hạt giúp làm giảm quá trình apoptosis và OS trong dịch nang, đồng thời cải thiện chức năng ty thể và chất lượng noãn. Ở tinh trùng trưởng thành, nồng độ AOX nội bào thấp do số lượng tế bào chất hạn chế khiến cho tinh trùng dễ bị tổn thương do OS gây ra.
• Phản ứng của nhân: Ở tinh trùng, độ nén DNA cao làm giảm khả năng phản ứng của nhân đối với OS. Ngược lại, cả noãn và phôi đều có thể phản ứng lại với OS thông qua một số con đường AOX. Một trong số đó bao gồm NRF2 (nuclear factor-E2-related factor 2), một nhân tố kích hoạt phiên mã ở các gen sản xuất AOX. Kelch-like ECH-associated protein 1 (Keap1), ngược lại với NRF2, nó hoạt động bằng cách phá huỷ các protein bởi các proteasome ubiquitin. Tiếp xúc với các yếu tố bất lợi ngoài môi trường sẽ dẫn đến sự gia tăng ROS và kích hoạt con đường Keap1-NRF2.

 
4. Một số chiến lược nhằm giảm OS trong hỗ trợ sinh sản
Nhìn chung, các chiến lược để giảm thiểu OS đều dựa trên nguyên tắc giảm việc tạo ROS hoặc nâng cao nồng độ AOX.

1. Duy trì các điều kiện nuôi cấy trong phạm vi cho phép

Thiết kế phòng thí nghiệm IVF là rất quan trọng để có thể giữ các điều kiện nuôi cấy như  nhiệt độ phòng, độ ẩm, áp suất không khí và ánh sáng ở phạm vi tối ưu. Từ vị trí đặt phòng thí nghiệm, hệ thống lọc không khí, số lượng tủ nuôi cấy, vị trí đặt tủ đều phải được lựa chọn cẩn thận nhằm hạn chế nguồn ô nhiễm và cải thiện chất lượng không khí. Cần hạn chế tác động tiêu cực của ánh sáng bằng cách làm việc trong điều kiện ánh sáng yếu, áp dụng các bộ lọc màu đỏ và xanh lá trên kính hiển vi và giảm thời gian thao tác với noãn và phôi. Kiểm soát chất lượng là cần thiết để duy trì tất cả các thông số trong phạm vi cho phép.

2. Bổ sung AOX vào môi trường

Một số nghiên cứu đã nhấn mạnh tác dụng của việc bổ sung AOX (acetyl-L-carnitine, N-acetyl-L-cysteine ​​và axit α-lipoic,...) vào môi trường nuôi cấy giúp cải thiện sự tăng trưởng phôi, tăng tỉ lệ làm tổ, thai lâm sàng và chống lại sự phân mảnh DNA. Ngoài ra, trong một phân tích tổng hợp cũng đã chứng minh việc bổ sung AOX vào môi trường trữ giúp cải thiện tỉ lệ sống và tính toàn vẹn DNA của giao tử, làm giảm mức độ OS và tăng tỷ lệ sống của phôi.

3. Bổ sung AOX in vivo

Tổng quan hệ thống mới nhất của Cochrane về việc sử dụng AOX ở bệnh nhân vô sinh đã cho thấy sự cải thiện đáng kể về tỷ lệ sinh sống và thai lâm sàng.

4. Bổ sung hormone vào môi trường nuôi cấy

Gần đây, một số nghiên cứu đã cho thấy những lợi ích tiềm năng của việc bổ sung hormone vào môi trường nuôi cấy phôi. Việc bổ sung yếu tố tăng trưởng giống như insulin 2 (thường có trong dịch nang noãn) vào môi trường nuôi cấy noãn chuột, trước khi thụ tinh, giúp cải thiện chất lượng noãn, giảm sản xuất ROS, cũng như bất thường NST ở phôi.
 
5. Kết Luận
Stress oxy hóa đã được chứng minh là một yếu tố gây vô sinh ở các cặp vợ chồng và có thể gây tác động tiêu cực đến kết quả điều trị ART. Trong bài đánh giá này, nhóm tác giả đã cung cấp thông tin chi tiết về các nguồn phát sinh OS và những tác động tiêu cực của nó đối với giao tử và phôi. Ngoài ra, bài cũng đã cung cấp các chiến lược để giảm thiểu sự sản xuất ROS trong toàn bộ giai đoạn nuôi cấy phôi, từ giai đoạn giao tử đến phôi nang. Việc thực hiện các chiến lược này trong phòng thí nghiệm ART có thể giúp tối ưu hóa các điều kiện nuôi cấy, giảm thiểu tác động của OS đối với giao tử và phôi, đồng thời cải thiện kết quả điều trị ART.
 
 
TLTK:
Agarwal, A., Maldonado Rosas, I., Anagnostopoulou, C., Cannarella, R., Boitrelle, F., Munoz, L. V., Finelli, R., Durairajanayagam, D., Henkel, R., & Saleh, R. (2022). Oxidative Stress and Assisted Reproduction: A Comprehensive Review of Its Pathophysiological Role and Strategies for Optimizing Embryo Culture Environment. Antioxidants (Basel, Switzerland), 11(3), 477. https://doi.org/10.3390/antiox11030477

Từ khóa: Stress oxy hóa và hỗ trợ sinh sản: Một đánh giá toàn diện về vai trò sinh lý stress oxy hóa và các chiến lược để tối ưu hóa môi trường nuôi cấy phôi