Naukowcy ze Szkoły Medycznej Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego twierdzą, że nowa metoda może lepiej przewidzieć jakość zarodków wykorzystywanych do zapłodnienia in vitro, potencjalnie zwiększając szanse na pomyślną ciążę w przypadku kobiet korzystających z technologii wspomaganego rozrodu.

Dla osób zmagających się z niepłodnością zapłodnienie in vitro, które polega na pobraniu komórek jajowych i zapłodnieniu ich w laboratorium przed wszczepieniem zarodków do macicy, często daje nadzieję. Jednak proces ten może być wyczerpujący i czasami wymagać od pacjentów poddania się wielu rundom leczenia.

„To często naprawdę trudne doświadczenie, podczas którego często mówimy: «Nie wiemy, dlaczego zarodek jest dobry. Nie wiemy, dlaczego z embrionu nie powstaje dziecko. I nie możemy wiedzieć dlaczego, dopóki lepiej nie zrozumiemy, co dzieje się w zarodku” – powiedziała H. Irene Su, jedna ze starszych naukowców biorących udział w badaniu, która pracuje jako profesor w Szkole Medycznej Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego oraz jako specjalistka ds. reprodukcji. endokrynolog i epidemiolog w UC San Diego Health.

Według badania z 2019 r. kobieta poniżej 35. roku życia ma 51% szans na urodzenie żywego urodzenia po jednym cyklu IVF, przy czym wskaźnik urodzeń żywych spadł do 38% w przypadku kobiet w wieku 35–37 lat i 25% w przypadku kobiet w wieku 38–40 lat. raport z Towarzystwa Technologii Wspomaganego Rozrodu. Lekarze chcieliby, aby wskaźniki powodzenia były wyższe, ale jednym z problemów jest to, że lekarzom trudno jest wiedzieć, które zarodki wyhodowane w laboratorium zaowocują pomyślną ciążą. Może to oznaczać wiele rund leczenia, które są średnio drogie 12 400 dolarów na cykl.

Nowa metoda opracowana przez Su i jej współpracowników ma na celu ocenę jakości zarodków poprzez analizę fragmentów materiału genetycznego zwanego zewnątrzkomórkowym RNA (exRNA) pozostawionych w płynie, w którym rosną zarodki. Wyniki ich badań były opublikowany w zeszłym tygodniu w Cell Genomics. Su ma nadzieję, że dzięki temu nieinwazyjnemu podejściu pewnego dnia pary korzystające z technologii wspomaganego rozrodu uzyskają lepsze wyniki.

Obecnie jakość zarodków ocenia się na podstawie morfologii (badanie ich cech fizycznych) lub na podstawie biopsji komórek. „Zarówno morfologia, jak i badanie chromosomów z biopsji mają ograniczone możliwości przewidywania, które zarodki wyrosną na zdrowe dziecko” – powiedziała Su.

Według Victorii Jiang, specjalistki endokrynologii reprodukcyjnej i niepłodności w Massachusetts General Hospital, która nie była zaangażowana w badanie, nowa technika może mieć znaczenie dla par poddawanych zapłodnieniu in vitro na wiele sposobów.

Zastąpienie biopsji techniką exRNA „może być niesamowitym postępem, ponieważ jest mniej inwazyjna, tańsza i mniej zależna od umiejętności technicznych operatora” w porównaniu z biopsjami, Jiang powiedział pocztą elektroniczną. To „może ostatecznie poprawić wyniki, zarówno z perspektywy finansowej, jak i perspektywy ciąży” – powiedziała Jiang. Według Jianga badania genetyczne zarodków mogą kosztować nawet 5000 dolarów.

Nowa metoda pozostawia zarodek całkowicie nienaruszony i analizuje pozostawioną pożywkę hodowlaną. Podczas hodowli zapłodnionego jaja w zarodek, hoduje się go w bardzo małej kropelce pożywki hodowlanej, co pomaga zarodkowi rozwinąć się przed użyciem go do implantacji. W tym badaniu naukowcy pobrali pozostałe płynne pożywki, które przekazało 29 uczestników. Następnie badacze wyizolowali exRNA, przekształcili go, a następnie zmapowali na ludzkim genomie.

Naukowcy przeanalizowali łącznie 295 kropelek i stworzyli atlas na podstawie rodzaju znalezionego exRNA. Su i jej współpracownicy byli w stanie scharakteryzować RNA według pięciu odrębnych profili genetycznych lub okresów rozwoju embrionalnego: oocyt lub komórka jajowa, zygota lub zapłodnione jajo, rozszczepienie, morula i blastocysta. Identyfikując różne etapy każdej kropli, badacze byli w stanie śledzić, które zarodki osiągnęły stadium blastocysty, czyli momentu, w którym są gotowe do implantacji, a które zarodki zostały „zatrzymane” lub po prostu przestały rosnąć.

Jeśli ta forma nieinwazyjnych badań „może prowadzić do łatwiejszej identyfikacji zatrzymanych zarodków, wówczas znacząco pomoże w selekcji, zwłaszcza gdy morfologia jest taka sama” – stwierdził Jiang.

Su i jej współpracownicy zidentyfikowali także w zarodkach pewne geny, które przestały rosnąć, jednak należy przeprowadzić dalsze badania, aby określić konkretną rolę tych genów w tym procesie.

Łącząc te elementy, badacze wykorzystali profile exRNA do wytrenowania modelu uczenia maszynowego w celu identyfikacji zarodków wyższej jakości. Naukowcy najpierw ocenili 26 zarodków i przyznali każdemu punktację na podstawie morfologii. Następnie poddali je modelowi uczenia maszynowego i odkryli, że przewidywany wynik jest skorelowany z wynikiem opracowanym przez embriologów na podstawie morfologii.

Naukowcy, którzy rozmawiali ze STAT, zgodzili się, że nie oznacza to, że embriolodzy w najbliższym czasie odejdą. Może to jednak oznaczać, że pewnego dnia lekarze będą mniej polegać na biopsjach.

„Większość tych postępów, nawet w dziedzinie uczenia maszynowego/sztucznej inteligencji, będzie przydatnymi narzędziami dodatkowymi usprawniającymi przepływ pracy embriologów i pomogą w rozwiązaniu problemu niedoboru embriologów, z którym boryka się nasza dziedzina, ale w żadnym wypadku nie zastąpią embriologów w bliższej lub dalszej przyszłości” – powiedział Jiang.

W trakcie badania naukowcy napotkali pewne wyzwania, które ograniczały ilość zgromadzonych danych. Postanowili wykorzystać resztki pożywek z grupy zarodków, ponieważ embriony rosną lepiej, gdy są hodowane razem. W rezultacie trudno było również porównać wyniki badań genetycznych zarodków, ponieważ zarodki są zwykle badane indywidualnie i przy użyciu wspólnego płynu badacze nie byli w stanie stwierdzić, z którego zarodka pochodzi exRNA.

„Ten model może pomóc w identyfikacji genów cennych w rozwoju, ale chciałbym, aby model został zastosowany do poszczególnych embrionów, ponieważ nie jest on narzędziem do selekcji specyficznej dla embrionu” – powiedział Jiang.

Su powiedziała STAT, że potwierdzenie, czy test można wykorzystać do skutecznego przewidywania pozytywnych wyników zapłodnienia in vitro, wymaga dodatkowych badań. Powiedziała, że ​​osoby zajmujące się reprodukcją mogą wyciągnąć z tej techniki także inne cenne lekcje.

„Do tej pory sposób, w jaki rozumiemy elementy wczesnego rozwoju zarodka ludzkiego, opierał się w rzeczywistości na innych ssakach” – powiedziała Su. „Ale jeśli nie musisz niepokoić normalnego ludzkiego embrionu i możesz spojrzeć na zużyte media, aby zrozumieć jego fizjologię, to naprawdę fajnie”.