Анализ метаболитов в различных средах культивирования эмбрионов человека
Цель. Провести сравнительный метаболомный анализ состава отработанных питательных сред, в том числе содержащих гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор (ГМ-КСФ), для выявления молекулярных профилей, позволяющих прогнозировать имплантационный потенциал эмбрионов человека.Ярыгина С.А., Смольникова В.Ю., Калинина Е.А., Эльдаров Ч.М., Гамисония А.М., Макарова Н.П., Бобров М.Ю.
Материалы и методы. В работе использовали образцы питательных сред эмбрионов, культивированных в присутствии и отсутствии ГМ-КСФ. Эмбрионы были получены от пациенток, проходящих программу экстракорпорального оплодотворения (ЭКО; ИКСИ). Детекцию метаболитов в отработанных питательных средах отдельных эмбрионов проводили с использованием метода высокоэффективной жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии (ВЭЖХ-МС) в режиме детекции положительных ионов. После идентификации хроматографических пиков и выравнивания хроматограмм, а также для лучшей визуализации сравниваемых образцов по профилям метаболитов нами был проведен дискриминантный анализ методом частичных наименьших квадратов.
Результаты. Профилирование метаболитов позволило обнаружить существенные различия между отработанными питательными средами имплантировавшихся и неимплантировавшихся эмбрионов, вне зависимости от используемого вида культуральной среды. Были идентифицированы молекулярные ионы, содержание которых достоверно изменялось в средах имплантировавшихся эмбрионов. Сравнительный анализ потенциальных метаболитов в средах культивирования показал, что присутствие ГМ-КСФ может потенциально влиять на метаболизм жирных кислот в группе имплантировавшихся эмбрионов. Регуляция обмена жирных кислот, выполняющих структурные, питательные и сигнальные функции, играет важную роль в процессах раннего эмбрионального развития. Таким образом, присутствие в питательных средах ГМ-КСФ может способствовать адекватному формированию эмбриона и оказывать положительное влияние на его имплантационный потенциал.
Заключение. Анализ состава сред культивирования эмбрионов методом метаболомного профилирования может способствовать более точному отбору для селективного переноса одного эмбриона с целью снижения рисков, связанных с многоплодной беременностью.
Ключевые слова
масс-спектрометрия
гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор
GM-CSF
метаболомное профилирование
культивирование эмбрионов
среда культивирования
эмбрионы человека
имплантация
Список литературы
- Malina A., Pooley J.A. Psychological consequences of IVF fertilization. Review of research. Ann. Agric. Environ. Med. 2017; 24(4): 554-8. https://dx.doi.org/10.5604/12321966.1232085.
- Practice Committee of the American Society for Reproductive Medicine. Multiple gestation associated with infertility therapy. Fertil. Steril. 2012; 97(4): 825-34. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2011.11.048.
- Sullivan E.A., Wang Y.A., Hayward I., Chambers G.M., Illingworth P., McBain J.,Norman R.J. Single embryo transfer reduces the risk of perinatal mortality, a population study. Hum. Reprod. 2012; 27(12): 3609-15. https://dx.doi.org/10.1093/humrep/des315.
- Wang Q., Sun Q.Y. Evaluation of oocyte quality: mor-phological, cellular and molecular predictors. Reprod. Fertil. Dev. 2007; 19: 1-12. https://dx.doi.org/10.1071/rd06103.
- Cimadomo D., Capalbo A., Ubaldi F.M., Scarica C., Palagiano A., Canipari R., Rienzi L. The impact of biopsy on human embryo developmental potential during preimplantation genetic diagnosis. Biomed. Res. Int. 2016; 2016: 7193075. https://dx.doi.org/10.1155/2016/7193075.
- Chen M., Wei S., Hu J., Quan S. Can comprehensive chromosome screening technology improve IVF/ICSI outcomes? A meta-analysis. PLoS One. 2015; 10(10): e0140779. https://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0140779.
- Houghton F.D., Hawkhead J.A., Humpherson P.G., Hogg J.E., Balen A.H., Rutherford A.J., Leese H.J. Non-invasive amino acid turnover predicts human embryo developmental capacity. Hum. Reprod. 2002; 17(4): 999-1005. https://dx.doi.org/10.1093/humrep/17.4.999.
- Gardner D.K., Lane M., Stevens J., Schoolcraft W.B. Noninvasive assessment of human embryo nutrient consumption as a measure of developmental potential. Fertil. Steril. 2001; 76(6): 1175-80. https://dx.doi.org/10.1016/s0015-0282(01)02888-6.
- Vergouw C.G., Botros L.L., Judge K., Henson M., Roos P., Kostelijk E.H. et al. Non-invasive viability assessment of day-4 frozen-thawed human embryos using near infrared spectroscopy. Reprod. Biomed. Online. 2011; 23(6): 769-76. https://dx.doi.org/10.1016/j.rbmo.2011.08.015.
- Uyar A., Seli E. Embryo assessment strategies and their validation for clinical use: a critical analysis of methodology. Curr. Opin. Obstet. Gynecol. 2012; 24(3): 141-50. https://dx.doi.org/10.1097/GCO.0b013e328352cd17.
- Robertson S.A., Chin P.Y., Femia J.G., Brown H.M. Embryotoxic cytokines – Potential roles in embryo loss and fetal programming. J. Reprod. Immunol. 2018; 125: 80-8. https://dx.doi.org/10.1016/j.jri.2017.12.003.
- Kawamura K., Chen Y., Shu Y., Cheng Y., Qiao J., Behr B. et al. Promotion of human early embryonic development and blastocyst outgrowth in vitro using autocrine/paracrine – growth factors. PLoS One. 2012; 7(11): e49328. https://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0049328.
- Sjöblom C., Wikland M., Robertson S.A. Granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) acts independently of the beta common subunit of the GM-CSF receptor to prevent inner cell mass apoptosis in human embryos. Biol. Reprod. 2002; 67(6): 1817-23. https://dx.doi.org/10.1095/biolreprod.101.001503.
- Morbeck D.E., Krisher R.L., Herrick J.R., Baumann N.A., Matern D., Moyer T. Composition of commercial media used for human embryo culture. Fertil. Steril. 2014; 102(3): 759-66. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2014.05.043.
- Sunde A., Balaban B. The assisted reproductive technology laboratory: toward evidence-based practice. Fertil. Steril. 2013; 100(2): 310-18. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2013.06.032.
- Vergouw C.G., Botros L.L., Roos P., Lens J.W., Schats R., Hompes P.G. et al. Metabolomic profiling by near-infrared spectroscopy as a tool to assess embryo viability: a novel, noninvasive method for embryo selection. Hum. Reprod. 2008; 23(7): 1499-504. https://dx.doi.org/10.1093/humrep/den111.
- Seli E., Sakkas D., Scott R., Kwok S.C., Rosendahl S.M., Burns D.H. Noninvasive metabolomic profiling of embryo culture media using; Raman and near-infrared spectroscopy correlates with reproductive potential of embryos in women undergoing in vitro fertilization. Fertil. Steril. 2007; 88(5): 1350-7. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2007.07.1390.
- Scott R., Seli E., Miller K., Sakkas D., Scott K., Burns D.H. Fertil. Steril. 2008; 90(1): 77-83. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2007.11.058.
- Rinaudo P., Shen S., Hua J., Qian S., Prabhu U., Garcia E. et al. H-1 NMR based profiling of spent culture media cannot predict success of implantation for day 3 human embryos. J. Assist. Reprod. Genet. 2012; 29(12): 1435-42. https://dx.doi.org/10.1007/s10815-012-9877-9.
- Gode F., Akarsu S., Gunnur Dikmen Z., Tamer B., Isik A.Z. The effect follicular fluid vitamin A, E, D and B6 on embryo morphokinetics and pregnancy rates in patients receiving assisted reproduction. Gynecol. Obstet. Reprod. Med. 2019; 25(2): 89-95. https://dx.doi.org/10.21613/GORM.2018.860.
- Picton H.M., Elder K., Houghton F.D., Hawkhead J.A., Rutherford A.J., Hogg J.E. et al. Association between amino acid turnover and chromosome aneuploidy during human preimplantation embryo development in vitro. Mol. Hum. Reprod. 2010; 16(8): 557-69. https://dx.doi.org/10.1093/molehr/gaq040.
- Richter K.S. The importance of growth factors for preimplantation embryo development and in-vitro culture. Curr. Opin. Obstet. Gynecol. 2008; 20(3): 292-304. https://dx.doi.org/10.1097/GCO.0b013e3282fe743b.
- Na Y.R., Gu G.J., Jung D., Kim Y.W., Na J., Woo J.S. et al. GM-CSF induces inflammatory macrophages by regulating glycolysis and lipid metabolismт. J. Immunol. 2016; 197(10): 4101-9. https://dx.doi.org/10.4049/jimmunol.1600745.
- Kim I.K., Koh C.H., Jeon I., Shin K.S., Kang T.S., Bae E.A. et al. GM-CSF promotes antitumor immunity by inducing Th9 cell responses. Cancer Immunol. Res. 2019; 7(3): 498-509. https://dx.doi.org/10.1158/2326-6066.CIR-18-0518.
- Kennedy T. Interactions of eicosanoids and other factors in blastocyst implantation. In: Hillier K., ed. Eicosanoids and reproduction. Springer; 2012: 73-88. https://dx.doi.org/10.1007/978-94-009-3215-9.
- Yagi A., Miyanaga S., Shrestha R., Takeda S., Kobayashi S., Chiba H. et al. A fatty acid profiling method using liquid chromatography-high resolution mass spectrometry for improvement of assisted reproductive technology. Clin. Chim. Acta. 2016; 456: 100-6. https://dx.doi.org/10.1016/j.cca.2016.03.001.
Поступила 21.04.2020
Принята в печать 02.07.2020
Об авторах / Для корреспонденции
Ярыгина Светлана Анатольевна, аспирант отделения вспомогательных технологий в лечении бесплодия им. Б.В. Леонова, ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова» Минздрава России.Тел.: +7(985)369-07-06. E-mail: s.a.iarygina@yandex.ru. 117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.
Смольникова Вероника Юрьевна, д.м.н., ведущий научный сотрудник отделения вспомогательных технологий в лечении бесплодия им. Б.В. Леонова, ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова» Минздрава России.
E-mail: veronika.smolnikova@mail.ru. 117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.
Калинина Елена Анатольевна, д.м.н., профессор, руководитель отделения вспомогательных технологий в лечении бесплодия им. Б.В. Леонова, ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова» Минздрава России.
Тел.: +7(495)438-13-41. E-mail: e_kalinina@oparina4.ru. 117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.
Эльдаров Чупалав Максудович, канд. хим. наук, с.м.с. лаборатории молекулярной патофизиологии, ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова» Минздрава России. 117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.
Гамисония Алина Мухадиновна, научный сотрудник лаборатории молекулярной патофизиологии, ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова» Минздрава России. 117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.
Макарова Наталья Петровна, д.б.н., с.н.с. отделения вспомогательных технологий в лечении бесплодия им. Б.В. Леонова, ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова» Минздрава России. 117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.
Бобров Михаил Юрьевич, канд. хим. наук, руководитель лаборатории молекулярной патофизиологии, ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова» Минздрава России. E-mail: mbobr@mail.ru. 117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.
Для цитирования: Ярыгина С.А., Смольникова В.Ю., Калинина Е.А., Эльдаров Ч.М., Гамисония А.М., Макарова Н.П., Бобров М.Ю. Анализ метаболитов в различных средах культивирования эмбрионов человека.
Акушерство и гинекология. 2020; 11: 114-123
https://dx.doi.org/10.18565/aig.2020.11.114-123
Также по теме
