Proces zapłodnienia in vitro składa się z kilku etapów, bez wątpienia jednym z najważniejszych jest okres rozwoju zarodka w środowisku laboratoryjnym. Zapłodniona komórka jajowa na kilka dni trafia do inkubatora, gdzie wzrasta, osiągając stadium blastocysty. Czas ten ma decydujący wpływ na sukces całej procedury IVF. Dlatego warunki, jakie musi spełnić laboratorium embriologiczne, by zapewnić optymalny rozwój zarodka, są ściśle określone i rygorystycznie przestrzegane.
Warunki jak w brzuchu u mamy
Podczas naturalnego poczęcia zarodek rozwija się w drogach rodnych kobiety – jajowodzie i macicy, gdzie panują idealne warunki do jego rozwoju i wzrostu. W procedurze in vitro tę rolę przejmują podłoża hodowlane w naczyniach laboratorium embriologicznego. Posiłkując się wynikami badań naukowych, dba się o jak najdokładniejsze naśladowanie i odtworzenie otoczenia i środowiska, jakie panuje w brzuchu mamy. Dla rozwijającego się zarodka istotny jest każdy detal: temperatura, skład i pH podłoża hodowlanego, ale i jakość powietrza, czy odpowiedniej klasy czystość.
Współczesne laboratoria prowadzą całodobowy monitoring jakości powietrza i wykorzystują nowoczesne rozwiązania, w celu wyeliminowania wszystkich czynników zewnętrznych, które mogłyby negatywnie wpłynąć na przebieg procedury i rozwój zarodków.
Powietrze w laboratorium musi być wolne od wszelkich zanieczyszczeń, takich jak lotne związki organiczne (LZO), toksyny czy perfumy i inne kosmetyki. Aby to zapewnić, stosuje się specjalne i wysoko wydajne filtry HEPA oraz systemy wentylacyjne z zamkniętym obiegiem powietrza.
Równie ważne jest utrzymanie stałej temperatury w inkubatorze, odpowiadającej środowisku jajowodu i macicy. Przyjmuje się, że optymalną temperaturą dla stabilnego wzrostu zarodka jest 37°C. Nawet niewielkie odchylenia mogą prowadzić do nieprawidłowości w jego rozwoju, dlatego inkubatory są tak zaprogramowane, by utrzymywać temperaturę na stałym poziomie dostosowanym do potrzeb embrionu.
Podobnie jest z poziomem CO2 i tlenu. Podwyższone stężenie dwutlenku węgla jest niezbędne do utrzymania odpowiedniego pH zarodka. Z kolei obniżone do ok. 5% stężenie tlenu chroni zarodek przed szkodliwym wpływem stresu oksydacyjnego.
Stres oksydacyjny, czyli nadmierne gromadzenie się wolnych rodników tlenowych jest jednym z czynników zagrażających prawidłowemu rozwojowi zarodka w warunkach poza organizmem matki. Wolne rodniki mogą uszkadzać DNA komórek i powodować ich nieprawidłowy podział.
W macicy poziom tych cząsteczek jest niski, w laboratorium ryzyko stresu oksydacyjnego wzrasta. Aby temu zapobiec, utrzymuje się obniżone stężenie tlenu w inkubatorach oraz stosuje specjalne pożywki hodowlane.
Wpływ medium hodowlanego na rozwój zarodka
W warunkach laboratoryjnych zarodki hodowane są w specjalnych pożywkach, które dostarczają im niezbędnych składników odżywczych i energetycznych. To w nich embrion powstały z połączenia plemnika z komórką jajową spędza pięć dni pod czujnym okiem embriologów, którzy monitorują jego rozwój. W zarodkach dochodzi w tym czasie do intensywnych podziałów i tworzenia się nowych komórek.
Skład pożywki hodowlanej oraz tej dedykowanej dla transferu zarodka odgrywa niezwykle istotną rolę w prawidłowym rozwoju embrionów. Wraz z postępem medycyny podłoża hodowlane są na bieżąco optymalizowane, tak by jak najdokładniej dostosować je do potrzeb zarodka na każdym etapie jego rozwoju. Obecnie pożywki są „szyte na miarę”, co znacząco poprawia skuteczność procedury in vitro.
Przykładowo, stosowane w klinice Gyncentrum podłoże transferowe - EmbryoGlue o wysokiej zawartości hialuronianu, wykazuje większą skuteczność w porównaniu z materiałem posiadającym kwas hialuronowy w mniejszych stężeniach lub niezawierającego go wcale. Raport Cochrane Collaboration podaje, że użycie EmbryoGlue pozwala znacząco zwiększyć liczbę uzyskanych ciąż w porównaniu z konwencjonalnym podłożem. Kwas hialuronowy w płynie transferowym zwiększa lepkość podłoża i tym samym ułatwia przylegania embrionu do śluzówki macicy i implantację zarodka.
Z kolei zastosowanie podłoża hodowlanego EmbryoGen, posiadającego wysoką koncentrację cytokinowego czynnika wzrostu GM-CSF, odpowiedzialnego za prawidłowy wzrost łożyska i zachowanie jego funkcji przez cały okres ciąży, zwiększa szanse na utrzymanie ciąży u kobiet po poronieniach.
Powodem występowania poronień może być bowiem zarówno słaba sygnalizacja międzykomórkowa, nieprawidłowy rozwój zarodka, jak i niedobór czynników wzrostu. GM-CSF stymuluje tworzenie kolonii granulocytów i makrofagów, a także pomaga w komunikacji matka – zarodek oraz implantacji. Jego uzupełnienie zwiększa więc szansę na pomyślną implantację zarodka i jego dalszy rozwój zmniejszając jednocześnie ryzyko poronień.
Pod czujnym okiem kamery
Nowoczesne laboratoria korzystają z systemów video zintegrowanych z mikroskopami oraz inkubatorami hodowlanymi, które pozwalają na monitorowanie rozwoju zarodków bez konieczności ich wyjmowania z inkubatora. Dzięki temu nie są one narażone na zmianę warunków otaczającego je środowiska. Taka technologia, zwana time-lapse (TL), pozwala na stałe, całodobowe obserwowanie zarodka bez ingerencji z zewnątrz i bez zakłócania jego wzrostu. Przez pięć dni zarodek jest fotografowany co pięć minut. W ten sposób sekwencja poklatkowa umożliwia embriologom ocenę wzrostu zarodka, poprawność jego podziałów komórkowych aż do stadium blastocysty, czyli etapu rozwojowego przyszłego dziecka, w którym embrion może zostać przeniesiony do receptywnej macicy. Dzięki technologii TL embriolodzy mogą jeszcze dokładniej oceniać jakość zarodków, a przy tym ochronić je przed czynnikami zewnętrznymi, na które byłyby narażone przy tradycyjnej formie hodowli.
Muzyka w służbie in vitro
Wiadomo, że w hodowli laboratoryjnej, w kropli pożywki, embriony „stoją w miejscu”, a w naturze toczą się drogą jajowodową do macicy. Chcąc stworzyć optymalne środowisko stabilnego rozwoju zarodków, naukowcy od lat poszukują różnorodnych rozwiązań w tym zakresie. W 2013 r. zespół ekspertów z Instituto Marquès w Barcelonie odkrył, że szansa na zapłodnienie komórki jajowej zwiększa się aż o 4,8%, jeśli całemu procesowi towarzyszą drgania wywołane przez muzykę. W ten sposób odtwarza się warunki, w których komórka jajowa przemieszcza się do macicy. W naturalnym procesie za przemieszczanie komórki jajowej odpowiedzialna jest perystaltyka jajowodu oraz ruchy rzęsek. W laboratorium rolę tę przejmuje właśnie muzyka. Dzięki delikatnym wstrząsom dźwiękowym ewentualnie toksyczne metabolity, takie jak jony amonowe, rozpraszają się w pożywce, a przestrzeń wokół zarodka się oczyszcza. Muzyka, obok stałej temperatury, zaciemnienia i odpowiedniego składu atmosfery stała się więc kolejnym elementem wykorzystywanym przez laboratorium w trakcie hodowli zarodków.
Podsumowanie
Rozwój zarodków w środowisku laboratoryjnym podczas procedury IVF jest procesem złożonym i wymagającym ściśle kontrolowanych warunków. Czynniki takie jak temperatura, poziom CO2, zawartość tlenu, jakość powietrza, skład pożywek hodowlanych oraz nowoczesne technologie, odgrywają kluczową rolę w sukcesie in vitro. Optymalizacja tych warunków wydatnie zwiększa szansę na udaną ciążę, dając niepłodnym parom nadzieję na spełnienie marzeń o wyczekiwanym rodzicielstwie.
Autorem artykułu jest dr n. biol. Wojciech Sierka
Starszy Embriolog Kliniczny ESHRE z kliniki Gyncentrum Polska
Zobacz też:
