Tối ưu hóa nồng độ oxy trong nuôi cấy phôi

Mặc dù các kỹ thuật hỗ trợ sinh sản (HTSS) đã có nhiều bước tiến đáng kể, hiệu quả nuôi cấy phôi trong ống nghiệm vẫn chưa đạt đến mức tối ưu. Trong điều kiện sinh lý, phôi phát triển trong môi trường có nồng độ oxy (O₂) thấp, dao động khoảng 2–10%, và có xu hướng giảm dần dọc theo đường sinh dục nữ. Ngược lại, việc nuôi cấy phôi ở điều kiện 20% O₂ làm tăng stress oxy hóa, gây tổn thương DNA và ảnh hưởng bất lợi đến sự phát triển của phôi.^1–3

Hiện nay, nuôi cấy phôi ở 5% O₂ đã trở thành tiêu chuẩn tại nhiều trung tâm IVF và được chứng minh giúp cải thiện chất lượng phôi cũng như tỷ lệ trẻ sinh sống cộng dồn (Cumulative live birth rate – CLBR).¹ Tuy nhiên, việc duy trì cố định mức O₂ trong toàn bộ quá trình nuôi cấy (monophasic oxygen) vẫn chưa phản ánh đầy đủ sự thay đổi sinh lý theo từng giai đoạn phát triển của phôi. Do đó, chiến lược điều chỉnh nồng độ oxy theo giai đoạn phát triển của phôi (dynamic oxygen strategy), trong đó mô hình oxy hai pha (biphasic oxygen) duy trì 5% O₂ trong ba ngày đầu nuôi cấy và giảm xuống 2% O₂ ở giai đoạn phôi nang nhằm mô phỏng gradient oxy tự nhiên, đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu.¹ Tuy nhiên, hiệu quả của chiến lược này đối với chất lượng phôi và kết quả điều trị thụ tinh trong ống nghiệm vẫn còn nhiều tranh luận.

Bài viết này tổng hợp các bằng chứng hiện có về tác động của việc giảm nồng độ O₂ từ 5% xuống 2% kể từ ngày thứ 3 của quá trình nuôi cấy đối với sự phát triển của phôi nang và kết quả điều trị thụ tinh trong ống nghiệm.

Mô hình oxy hai pha là chiến lược điều chỉnh nồng độ oxy theo từng giai đoạn phát triển của phôi, thay vì duy trì một mức oxy cố định trong suốt quá trình nuôi cấy. Hiện nay, quy trình được áp dụng phổ biến gồm hai giai đoạn: (1) nuôi cấy phôi ở 5% O₂ trong ba ngày đầu sau thụ tinh và (2) giảm nồng độ oxy xuống 2% trong hai ngày tiếp theo khi phôi phát triển đến giai đoạn phôi nang.³

Chiến lược này được xây dựng dựa trên cơ sở sinh lý của sự phát triển phôi nhằm mô phỏng gradient oxy tự nhiên trong đường sinh dục nữ. Trong điều kiện in vivo, nồng độ oxy giảm dần từ khoảng 5–10% tại ống dẫn trứng xuống còn khoảng 1,5–5% (trung bình khoảng 2%) trong buồng tử cung khi phôi chuẩn bị làm tổ.³ Đồng thời, kể từ ngày thứ 3 sau thụ tinh, phôi trải qua quá trình chuyển dịch chuyển hóa với sự gia tăng nhu cầu đường phân (glycolysis) bên cạnh phosphoryl hóa oxy hóa (oxidative phosphorylation – OXPHOS). Việc giảm nồng độ oxy xuống 2% ở giai đoạn này được cho là phù hợp với đặc điểm sinh lý của phôi, đồng thời làm giảm sự hình thành các gốc oxy hóa tự do (reactive oxygen species – ROS), từ đó hạn chế tổn thương DNA, giảm quá trình apoptosis, bảo vệ tính toàn vẹn của thoi vô sắc và hỗ trợ sự phát triển của phôi đến giai đoạn phôi nang.¹

Mặc dù nuôi cấy phôi ở 5% O₂ hiện là tiêu chuẩn tại nhiều phòng thí nghiệm IVF, chiến lược oxy hai pha đang được nghiên cứu như một phương pháp tối ưu hóa môi trường nuôi cấy. Các bằng chứng hiện nay tập trung đánh giá tác động của mô hình này đối với sự phát triển, chất lượng phôi và các kết quả điều trị lâm sàng.

1. 1.  Ảnh hưởng đến sự phát triển và chất lượng phôi

Một trong những lợi ích được ghi nhận của mô hình oxy hai pha là khả năng cải thiện quá trình phát triển phôi đến giai đoạn phôi nang. So với việc duy trì cố định ở 5% O₂, việc giảm nồng độ oxy xuống 2% từ ngày thứ 3 được cho là tạo ra môi trường phù hợp hơn với nhu cầu sinh lý của phôi trong giai đoạn tiền làm tổ, qua đó hỗ trợ sự phát triển và biệt hóa tế bào.

Một số nghiên cứu cho thấy chiến lược oxy hai pha có thể làm tăng tỷ lệ phôi nang chất lượng cao (quality blastocyst – QB), đặc biệt ở nhóm bệnh nhân có tiên lượng xấu. Cụ thể, ở nhóm bệnh nhân này, tỷ lệ phôi nang chất lượng cao đạt 35,8% khi nuôi cấy theo mô hình oxy hai pha, cao hơn đáng kể so với 23,5% ở nhóm duy trì 5% O₂ trong toàn bộ quá trình nuôi cấy.³

Bên cạnh hình thái phôi, khả năng đạt trạng thái nguyên bội (euploidy) cũng là một tiêu chí quan trọng để đánh giá tiềm năng phát triển của phôi. Một số bằng chứng gần đây cho thấy oxy hai pha có thể đặc biệt có lợi ở những bệnh nhân từng thất bại với quy trình nuôi cấy 5% O₂ tiêu chuẩn. Ở nhóm bệnh nhân không thu được phôi nguyên bội trong các chu kỳ trước đó khi nuôi cấy ở 5% O₂, việc chuyển sang chiến lược oxy hai pha giúp tăng tỷ lệ phôi nguyên bội lên 19,6%, trong khi nhóm đối chứng trước đó ghi nhận tỷ lệ 0%.³

Ngoài ra, mô hình oxy hai pha còn cho thấy tiềm năng hỗ trợ sự phát triển của các phôi có chất lượng kém ở ngày 3. Việc giảm nồng độ oxy xuống 2% trong giai đoạn phát triển đến phôi nang làm tăng tỷ lệ hình thành phôi nang từ 31,08% lên 39,72%.⁴ Chiến lược này cũng mang lại lợi ích đối với các phôi phát triển chậm cần nuôi cấy kéo dài, với tỷ lệ hình thành phôi nang ở ngày 7 cao hơn so với khi duy trì 5% O₂, qua đó tăng thêm cơ hội có phôi để chuyển ở những bệnh nhân có số lượng phôi hạn chế.⁴

1. 2.  Ảnh hưởng đến kết quả lâm sàng

Hiệu quả của mô hình oxy hai pha không chỉ được đánh giá qua chất lượng phôi mà còn thông qua các kết quả điều trị thụ tinh trong ống nghiệm, đặc biệt là tỷ lệ trẻ sinh sống cộng dồn (CLBR).

Việc áp dụng mô hình này làm tăng đáng kể số chu kỳ có ít nhất một phôi nang để chuyển, đặc biệt ở những bệnh nhân lớn tuổi hoặc có số lượng phôi hạn chế.³ Bên cạnh đó, tỷ lệ phôi nang khả dụng và CLBR cũng được cải thiện so với chiến lược duy trì 5% O₂ trong toàn bộ quá trình nuôi cấy.¹

Các bằng chứng hiện nay cho thấy chiến lược oxy hai pha là một hướng tiếp cận tiềm năng nhằm tối ưu hóa môi trường nuôi cấy phôi theo điều kiện sinh lý. Không giống mô hình duy trì cố định 5% O₂, việc giảm nồng độ oxy xuống 2% ở giai đoạn phôi nang giúp mô phỏng gần hơn gradient oxy tự nhiên trong đường sinh dục nữ, qua đó tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của phôi.^1,3

Nhìn chung, phần lớn các nghiên cứu ghi nhận chiến lược oxy hai pha có thể cải thiện chất lượng phôi, tăng tỷ lệ phôi nguyên bội, hỗ trợ sự phát triển của các phôi có chất lượng kém hoặc phát triển chậm và góp phần cải thiện tỷ lệ trẻ sinh sống cộng dồn. Những lợi ích này đặc biệt có ý nghĩa đối với các bệnh nhân lớn tuổi, có số lượng phôi hạn chế hoặc từng thất bại trong các chu kỳ nuôi cấy theo quy trình tiêu chuẩn.^1,2 Tuy nhiên, kết quả giữa các nghiên cứu vẫn chưa hoàn toàn thống nhất. Sự khác biệt về đặc điểm bệnh nhân, hệ thống tủ nuôi cấy, môi trường nuôi cấy và thiết kế nghiên cứu có thể là những yếu tố góp phần tạo nên sự không đồng nhất này.

Bên cạnh hiệu quả điều trị, ảnh hưởng của nồng độ oxy trong nuôi cấy phôi đến kết cục chu sinh cũng đang được quan tâm. Một số nghiên cứu ghi nhận trẻ sinh từ phôi nuôi cấy trong điều kiện oxy khí quyển (20% O₂) có cân nặng lúc sinh cao hơn so với nhóm nuôi cấy ở nồng độ oxy thấp (5% O₂). Hiện tượng này được cho là có thể liên quan đến đáp ứng stress oxy hóa của phôi và những thay đổi về điều hòa biểu hiện gen trong giai đoạn phát triển sớm.² Tuy nhiên, bằng chứng hiện nay vẫn còn hạn chế và chưa đủ để khẳng định mối liên hệ này.

Mặc dù cho thấy nhiều triển vọng, việc áp dụng chiến lược oxy hai pha vẫn đặt ra những yêu cầu cao về hệ thống tủ nuôi cấy, khả năng kiểm soát chính xác nồng độ oxy và chi phí vận hành phòng thí nghiệm.^2,3 Do đó, cần thêm các nghiên cứu ngẫu nhiên, đa trung tâm với cỡ mẫu lớn nhằm xác định đúng nhóm bệnh nhân, đồng thời đánh giá hiệu quả lâu dài của chiến lược này đối với sức khỏe trẻ sau sinh.

Mô hình oxy hai pha đại diện cho xu hướng nuôi cấy phôi dựa trên sinh lý học, với mục tiêu tái tạo môi trường tự nhiên của phôi trong đường sinh dục nữ. Mặc dù các bằng chứng hiện nay cho thấy nhiều lợi ích đối với chất lượng phôi và kết quả điều trị, đặc biệt ở một số nhóm bệnh nhân tiên lượng không thuận lợi, vẫn cần thêm các nghiên cứu chất lượng cao để chuẩn hóa quy trình và khẳng định vai trò của chiến lược này trong thực hành lâm sàng.

1.         Mehdinejadiani S, Link B, Kastelic JP, Thundathil J. Impacts of Oxygen Tension on Developmental Competence of Preimplantation Embryos. Biomolecules. 2026;16(3):341. doi:10.3390/biom16030341

2.         Chen L, Ma S, Xie M, et al. Oxygen concentration from days 1 to 3 after insemination affects the embryo culture quality, cumulative live birth rate, and perinatal outcomes. J Assist Reprod Genet. 2023;40(11):2609-2618. doi:10.1007/s10815-023-02943-4

3.         Chen HH, Lee CI, Huang CC, et al. Biphasic oxygen tension promotes the formation of transferable blastocysts in patients without euploid embryos in previous monophasic oxygen cycles. Sci Rep. 2023;13(1):4330. doi:10.1038/s41598-023-31472-4

4.         Li M, Xue X, Shi J. Ultralow Oxygen Tension (2%) Is Beneficial for Blastocyst Formation of In Vitro Human Low-Quality Embryo Culture. BioMed Res Int. 2022;