Nội dung chính
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Kỹ thuật thủy tinh hóa được xem như một cách mạng quan trọng trong bảo quản lạnh và lưu trữ giao tử và phôi trong IVF. Mặc dù quy trình thủy tinh hóa thủ công tiêu chuẩn như Cryotop cho tỷ lệ phôi sống cao sau rã nhưng phương pháp này phụ thuộc nhiều vào tay nghề của chuyên viên phôi học. Sự biến thiên về thời gian tiếp xúc chất bảo quản lạnh (Cryoprotectant-CPA) và thay đổi áp suất thẩm thấu đột ngột giữa các giọt môi trường có thể gây ra sốc thẩm thấu và tạo ra sự khác biệt kết quả giữa những người thực hiện. Hiện nay, các hệ thống thiết bị thủy tinh hóa bán tự động và tự động ra đời nhằm tiêu chuẩn hóa quy trình, tăng cường kiểm soát chất lượng và giảm thiểu sai sót do con người [1,2].
2. MỘT SỐ THIẾT BỊ THỦY TINH HÓA TỰ ĐỘNG VÀ CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG
a. Hệ thống Gavi®/GaviVR (Genea Biomedx/Merck)
Đây là hệ thống bán tự động khép kín. Phôi hoặc noãn được đặt vào khay mang chuyên dụng gọi là Pod. Máy tự động điều khiển kim bơm/hút để thay đổi dung dịch cân bằng (Equilibration Solution - ES) và dung dịch thủy tinh hóa (Vitrification Solution - VS) trong 14,5 phút [1,3] (Hình 1). Bộ dung dịch Gems sử dụng dung dịch đệm Acid 4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic (HEPES) chứa Ethylene Glycol (EG), Dimethyl Sulfoxide (DMSO), Trehalose và Albumin huyết thanh người (Human Serum Albumin – HSA). Sau khi nạp CPA, Pod được máy hàn nhiệt đóng kín trước khi nhúng vào nitơ lỏng giúp loại bỏ nguy cơ lây nhiễm chéo vi sinh vật [1,4].
Hình 1: Cấu tạo và các hợp phần của thiết bị thủy tinh hóa bán tự động Gavi® [1]. (a) Tổng quan thiết bị Gavi®; (b) Cấu trúc Pod khép kín với giếng siêu nhỏ giữ phôi ở đáy; (c) Bộ dung dịch Gems® và khay tip/seal tiêu hao; (d) Quá trình kim tự động bơm/hút thay thế môi trường; (e) Khay Cassette lưu trữ tối đa 4 Pods chuẩn bị nhúng vào nitơ lỏng.
b. Hệ thống Biorocks® (Biorocks Co. Ltd.)
Hệ thống bán tự động sử dụng CPA đóng gói dưới dạng gel agarose (hydrogel) [5]. Phôi nang được đặt cố định trên dụng cụ trữ tại một giếng trong dung dịch đệm cơ bản mà không cần gắp chuyển qua lại giữa các giọt dung dịch. Cánh tay cơ học di chuyển chip có gói hydrogel đè lên giếng phôi giúp CPA khuếch tán tự nhiên vào phôi trong 14 phút (equilibration gel) và sau đó là 60 giây (vitrification gel) (Hình 2). Dụng cụ trữ chứa phôi đạt tốc độ đông lạnh 31.900 °C/phút và rã đông 24.700 °C/phút [5,6].
Hình 2: Cấu trúc hệ thống thủy tinh hóa bán tự động Biorocks dựa trên công nghệ Hydrogel [5]. (a) Khay có đế nạp mẫu; (b) Phần giữ dụng cụ trữ (chứa tối đa 3); (c) Chip Hydrogel chứa gel Cân bằng và gel thủy tinh hóa; (d) Dụng cụ trữ; (e) Ảnh phóng đại giếng chứa phôi ở đầu dụng cụ trữ (kích thước 220 µm); (f) Cụm vật tư tiêu hao lắp ráp hoàn chỉnh; (g) Thao tác đẩy khay mẫu vào 1 trong 4 kênh độc lập của máy; (h) Hệ thống Biorocks bố trí gọn gàng trong tủ thao tác IVF.
c. Hệ thống thủy tinh hóa vi lưu (Microfluidic-based Automated Vitrification - MAV)
Phôi hoặc noãn nằm cố định trong một vi mao quản, bơm tiêm tự động trộn dung dịch cơ bản và VS chứa 15% DMSO + 15% EG + 0,5 M Sucrose để bơm dòng chảy liên tục qua mao quản theo đường cong bậc 2 hoặc 4 phân đoạn trong 8 phút (Hình 3). Cơ chế dòng chảy liên tục giúp tế bào điều chỉnh thể tích từ từ, giảm độ co rút thể tích tới 13,8 lần so với gắp giọt thủ công [7,8].
Hình 3: Sơ đồ quy trình đông lạnh và rã đông tự động bằng thiết bị MAV dựa trên công nghệ vi lưu [8]. Mô tả chuỗi các bước: hút đặt noãn vào vi mao quản, tự động bơm trộn nạp dung dịch bảo quản lạnh CPA theo đường cong vi lưu 8 phút, nhúng vào nitơ lỏng, và quy trình rã đông - xả CPA tự động trước khi chuyển phôi/noãn vào môi trường nuôi cấy.
d. Hệ thống đông lạnh và rã đông tự động (Automated Vitrification and Thawing System - AVTS)
Thiết bị AVTS sử dụng dụng cụ trữ Cryo-handle có vỏ lưới bảo vệ để trữ phôi. Cánh tay robot tự động di chuyển dụng cụ mang qua các giếng chứa dung dịch ES (10 phút) và VS (90 giây) trên đĩa xoay. Hệ thống đạt tốc độ hạ nhiệt 16.298 °C/phút và rã đông 19.945 °C/phút [9] (Hình 4 và 5).
Hình 4: Mô tả quy trình lắp đặt cặp nhiệt điện và đo nhiệt độ trực tiếp trên dụng cụ trữ lạnh Cryo-handle [9]. (A) Lắp đầu dò cặp nhiệt điện T-type vào giếng chứa mẫu trên Cryo-handle dưới kính hiển vi soi nổi; (B) Kết nối đầu dò với máy ghi dữ liệu nhiệt độ; (C) Nhúng Cryo-handle vào nitơ lỏng để đo tốc độ hạ nhiệt; (D) Chuyển Cryo-handle vào giếng dung dịch rã đông TS pre-warmed ở 37°C để đo tốc độ tăng nhiệt.
Hình 5: Động học nhiệt độ và tốc độ hạ nhiệt lúc trữ lạnh/tăng nhiệt lúc rã đông của dụng cụ trữ Cryo-handle [9]. (A) Đồ thị biến thiên nhiệt độ trong quá trình đông lạnh, đạt tốc độ hạ nhiệt 16.298°C/phút; (B) Đồ thị biến thiên nhiệt độ trong quá trình rã đông, đạt tốc độ tăng nhiệt 19.945°C/phút.
3. KẾT QUẢ PHÔI HỌC VÀ LÂM SÀNG
a) Tỷ lệ sống sau rã đông và kết quả phôi học
Về tỷ lệ sống sau rã đông, Miwa và cs. (2020) ghi nhận tỷ lệ sống phôi nang rã đông đạt 99,3% (Gavi) so với 98,6% (Cryotop) [4]. Trên thiết bị Biorocks, Wang và cs. (2023) ghi nhận tỷ lệ tái nở rộng sau rã đông 2 giờ ở những phôi nang chất lượng kém (loại C) là 92% so với 90% (Cryotop) [5].
Trên phôi phân chia, Gatimel và cs. (2021) ghi nhận tỷ lệ phôi sống nguyên vẹn đạt 84% (Gavi) so với 86% (trữ cryotop) [1]. Zhu và cs. (2023) ghi nhận phôi 8 tế bào đông lạnh/rã đông và nuôi lên phôi nang bằng thiết bị AVTS đạt tỷ lệ phôi nang 83,90% [9].
Ở noãn trưởng thành MII, Shen và cs. (2025) chứng minh hệ thống vi lưu MAV giúp noãn MII đạt tỷ lệ sống sau rã đông 80,44% và tỷ lệ phát triển thành phôi nang 45,58%, cao hơn đáng kể so với nhóm Cryotop thủ công (73,35% và 23,67%) [7]. Lin và cs. (2025) đạt tỷ lệ sống noãn MII 90,33% nhờ chương trình nạp CPA đường cong bậc hai 8 phút [8].
b) Kết quả lâm sàng
Miwa và cs. (2020) đã so sánh 398 chu kỳ chuyển đơn phôi nang trữ lạnh bằng Gavi và 208 chu kỳ Cryotop thủ công, ghi nhận tỷ lệ thai lâm sàng tương đương (33,4% Gavi vs 34,3% Cryotop), tỷ lệ sẩy thai (24,8% vs 22,2%) và các chỉ số chu sinh (tuổi thai 39 tuần 4 ngày vs 38 tuần 6 ngày, cân nặng sơ sinh 3226g vs 3103g, tỷ lệ mổ lấy thai 41,4% vs 46,7%) đều không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê [4].
Ca sinh sống đầu tiên từ noãn hiến đông lạnh tự động bằng hệ thống Gavi được báo cáo bởi nhóm của Brunetti và cs. (2021). Noãn sau khi rã đông được nuôi đến giai đoạn phôi nang, và xét nghiệm di truyền tiền làm tổ phát hiện lệch bội (Preimplantation Genetic Testing for Aneuploidy - PGT-A). Kết cục sau chuyển phôi trữ lạnh đã giúp bệnh nhân 42 tuổi sinh một bé trai khỏe mạnh nặng 2900 gam ở tuần 38 [10].
Gần đây hơn, Wang và cs. (2026) đã thực hiện nghiên cứu lâm sàng ngẫu nhiên có nhóm chứng (Randomized Controlled Trial – RCT) đa trung tâm phân ngẫu nhiên 1:1 phôi nang chất lượng tốt ngày 5/6 giữa hệ thống Biorock và Cryotop nhằm chứng minh tính không kém hơn về tỷ lệ phôi sống sau rã đông. Ngoài ra, nhóm cũng tích hợp một nghiên cứu quan sát tiến cứu mở rộng theo dõi bệnh nhân đến khi sinh nhằm đánh giá toàn diện tỷ lệ trẻ sinh sống, cũng như độ an toàn sức khỏe của mẹ và trẻ sơ sinh kéo dài đến 42 ngày sau sinh. Kết quả của nghiên cứu này dự kiến sẽ là cơ sở chứng cứ loại I về tính an toàn chu sinh và hiệu quả sản khoa toàn diện nhất hiện nay về công nghệ tự động hóa thủy tinh hóa tự động trong IVF [6].
4. NHỮNG TIỀM NĂNG, LỢI ÍCH VÀ THÁCH THỨC ỨNG DỤNG THỰC TẾ
a) Tiềm năng và lợi ích
Tiêu chuẩn hóa quy trình hướng đến loại bỏ các biến số phụ thuộc vào kỹ năng cá nhân giữa các chuyên viên phôi học, mang lại tính đồng nhất cao cho các chuỗi trung tâm IVF hoặc các phòng lab có nhân sự trẻ đang đào tạo [2,4].
Giảm vi thao tác và nguy cơ khi trữ-rã, hệ thống Hydrogel (Biorocks) đặt phôi vào dụng cụ ngay từ đầu trong dung dịch đệm cơ bản, loại bỏ bước gắp phôi sau khi phôi đã ngấm CPA, tránh nguy cơ làm trôi hay thất lạc phôi khi đã thay đổi trạng thái hình học [5].
Tăng năng suất, Biorocks tích hợp 4 kênh hoạt động độc lập xử lý đồng thời 12 mẫu, cho phép 1 chuyên viên phôi có thể thực hiện tối đa 36 phôi/h, nâng cao năng suất đáp ứng chiến lược đông lạnh toàn bộ hiện nay trong IVF [5] (Hình 6).
Ngoài ra, thiết bị khép kín như Gavi hàn nhiệt vỏ chứa Pod giúp hạn chế nguy cơ lây nhiễm chéo vi sinh vật trong bình trữ nito [3,4].
Hình 6: Sơ đồ công việc và mốc thời gian vận hành đạt năng suất tối đa 36 mẫu/giờ của hệ thống Biorocks [5]. Quy trình vận hành gối đầu luân phiên giữa 4 kênh hoạt động độc lập của thiết bị Biorocks thủy tinh hóa phôi nang kéo dài 15 phút. Mỗi kênh xử lý đồng thời 1 khay chứa 3 dụng cụ trữ mang 3 phôi. Chuyên viên phôi học mất 2 phút để hút nhả phôi vào dụng cụ trữ và khởi chạy máy. Khi Kênh 1 bắt đầu chạy chu kỳ 15 phút (gồm 14 phút tiếp xúc gel cân bằng và 60 giây tiếp xúc gel thủy tinh hóa), đợi khoảng thời gian đệm 2 phút trước khi bắt đầu đưa phôi tiếp cho Kênh 2, Kênh 3 và Kênh 4. Ngay khi Kênh 1 hoàn thành 15 phút, 3 cọc mang được lấy ra nhúng ngay vào nitơ lỏng và sau khoảng đệm 1 phút, tiếp tục nạp phôi cho chu kỳ mới của Kênh 1. Việc phối hợp nhịp nhàng, có thời gian đếm giữa 4 kênh cho phép 1 chuyên viên phôi học tại 1 tủ thao tác hoàn tất 3 chu kỳ liên tục (tổng cộng 12 lượt chạy độc lập), xử lý tối đa 36 phôi/giờ mà không gây gián đoạn quy trình.
b) Thách thức thực tế
Đến nay, việc ứng dụng các hệ thống tự động hóa thủy tinh hóa vào thực hành lâm sàng vẫn gặp nhiều rào cản lớn xuất phát từ nhiều nguyên nhân.
Thứ nhất, thiếu hụt dữ liệu lâm sàng RCT cỡ mẫu lớn, dữ liệu theo dõi trẻ sinh sống và an toàn chu sinh dài hạn vẫn rất hạn chế [2,4,6].
Thứ hai, chi phí mua máy ban đầu lớn, đi kèm vật tư tiêu hao dùng 1 lần (Pod, cassette, Hydrogel chip) đắt gấp 3–4 lần so với phương pháp trữ trên Cryotop thông thường [1,4].
Thứ ba, hầu hết các thiết bị trên thị trường hiện nay mới chỉ tự động hóa bước nạp/thải dung dịch CPA. Các khâu như gắp, load phôi, nhúng nitơ lỏng vẫn cần hỗ trợ thực hiện thủ công [2,5]. Người vận hành thiết bị cũng cần đào tạo để vận hành, hiệu chuẩn thiết bị định kỳ và xử lý sự cố.
5. KẾT LUẬN
Thủy tinh hóa bán tự động và tự động trong quy trình trữ-rã phôi đang mở ra kỷ nguyên robot hóa ngành IVF. Dữ liệu lâm sàng đã chứng minh các hệ thống tự động đạt tỷ lệ phôi sống sau rã đông, tỷ lệ thai và kết quả trẻ sinh sống khỏe mạnh tương đương với các phương pháp trữ-rã thủ công hiện nay. Trong tương lai gần, khi các công thức môi trường và quy trình kỹ thuật trữ-rã phôi/noãn được nghiên cứu hoàn thiện để đạt độ an toàn, tối ưu và hiệu quả hơn nữa, công nghệ tự động sẽ trở thành cánh tay đắc lực cho chuyên viên phôi học để nâng cao hiệu quả công việc trong labo IVF.
- Gatimel N, Moreau J, Bettiol C, et al. Semi-automated versus manual embryo vitrification: inter-operator variability, time-saving, and clinical outcomes. J Assist Reprod Genet. 2021;38(12):3213-3222.
- Dirican EK. Automation in the IVF laboratory in 2026: four technology domains, an asymmetric evidence base, and the case for parallel development with clinician-side automation. J Assist Reprod Genet. 2026;43(6):2351-2363.
- Hajek J, Baron R, Sandi-Monroy N, et al. A randomised, multi-center, open trial comparing a semi-automated closed vitrification system with a manual open system in women undergoing IVF. Hum Reprod. 2021;36(8):2101-2110.
- Miwa A, Noguchi Y, Hosoya K, et al. Equivalent clinical outcome after vitrified-thawed blastocyst transfer using semi-automated embryo vitrification system compared with manual vitrification method. Reprod Med Biol. 2020;19(2):164-170.
- Wang S, Chen L, Fang J, et al. A compact, high-throughput semi-automated embryo vitrification system based on hydrogel. Reprod Biomed Online. 2023;48(4):103769.
- Wang S, Chen L, Chen L, et al. Efficacy and safety of a novel semiautomated vitrification system for human blastocysts: a study protocol for a multicentre randomised controlled device trial with a live-birth extension study. BMJ Open. 2026;16(2):e114988.
- Shen J, Yu Z, Li W, et al. Oocytes vitrification using automated equipment based on microfluidic chip. Ann Biomed Eng. 2025;53(2):471-480.
- Lin H, Liu C, Cao Y, et al. Development of an automated device for the optimization of oocyte and embryo vitrification. Cryobiology. 2025;120:105275.
- Zhu Y, Zhang QJ, Feng HL, et al. Automation in vitrification and thawing of mouse oocytes and embryos. Front Cell Dev Biol. 2023;11:1330684.
- Brunetti XO, Cawood S, Gaunt M, et al. The first livebirth using warmed oocytes by a semi-automated vitrification procedure. J Reprod Infertil. 2021;22(1):70-72.
