Неинвазивное тестирование преимплантационных эмбрионов человека in vitro как способ прогнозирования исходов программ экстракорпорального оплодотворения

DOI

https://dx.doi.org/10.18565/aig.2021.5.5-16

Валиахметова Э.З., Кулакова Е.В., Скибина Ю.С., Грязнов А.Ю., Сысоева А.П., Макарова Н.П., Калинина Е.А.
1) ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Москва, Россия; 2) ООО НПП «Наноструктурная Технология Стекла» и МНОЦ «Структурная нанобиофотоника», Саратов, Россия

Проведен систематический анализ данных современной литературы о неинвазивных методах диагностики качества эмбриона и его генетического статуса. В обзор включены данные зарубежных и отечественных статей, найденных в Pubmed по данной теме, за последние 3 года. Улучшение показателей исхода программы ЭКО определяется многими факторами, в том числе и качеством эмбриона.
Расширение знаний о его развитии и физиологии, во многом благодаря различным современным методам и технологиям обработки данных, позволяет определить не только уровень морфологического развития эмбриона, но и прогнозировать потенциал к дальнейшему развитию. Неинвазивность, безопасность и результативность метода являются главными критериями для современной диагностики потенциала эмбриона. Многочисленные исследования среды культивирования эмбрионов отвечают этим требованиям и представляются перспективными в селекции качественного эмбриона.
Заключение. Исследование молекулярного состава культуральных сред эмбрионов позволяет всесторонне рассмотреть жизненный цикл эмбриона, оценить взаимосвязь клеточного метаболизма с глубинными механизмами регуляции. Развитие омиксных технологий позволило получить представления о молекулярном профиле среды культивирования эмбриона и расширило наши знания о физиологии его развития, выявляя и характеризуя потенциально важные для наступления беременности биомаркеры. Дальнейшее совершенствование методов анализа культуральных сред, обработки данных, а также увеличение масштабов исследования в перспективе могут дать новый, неинвазивный предиктор качества эмбриона и его имплантационного потенциала.

вспомогательные репродуктивные технологии

среда культивирования

качество эмбриона

метаболическая активность эмбриона

неинвазивное преимплантационное генетическое тестирование

экстракорпоральное оплодотворение

Полный текст статьи
доступен в "Библиотеке Врача"

Armstrong S., Bhide P., Jordan V., Pacey A., Farquhar C. Time-lapse systems for embryo incubation and assessment in assisted reproduction. Cochrane Database Syst. Rev. 2019; (5): CD011320. https://dx.doi.org/10.1002/14651858.CD011320.pub4.
Сысоева А.П., Макарова Н.П., Калинина Е.А., Скибина Ю.С., Занишевская А.А., Янчук Н.О., Грязнов А.Ю. Повышение эффективности вспомогательных репродуктивных технологий с помощью искусственного интеллекта и машинного обучения на эмбриологическом этапе. Акушерство и гинекология. 2020; 7: 28-36. https://dx.doi.org/10.18565/aig.2020.7.28-36.
Зорина И.М., Смольникова В.Ю., Эльдаров Ч.М., Ярыгина С.А., Горшинова В.К., Макарова Н.П., Калинина Е.А., Бобров М.Ю. Анализ потребления глюкозы и глутамата в питательных средах как метод оценки качества эмбрионов человека пятых суток развития. Акушерство и гинекология. 2018; 5: 64-9.
Драпкина Ю.С., Тимофеева А.В., Чаговец В.В., Макарова Н.П., Калинина Е.А. Прогнозирование результативности программ ВРТ по профилю экспрессии малых некодирующих РНК в культуральной среде эмбриона. Акушерство и гинекология. 2020; 4 (Приложение): 82-3.
Hong B., Hao Y. The outcome of human mosaic aneuploid blastocysts after intrauterine transfer: A retrospective study. Medicine (Baltimore). 2020; 99(9): e18768. https://dx.doi.org/10.1097/MD.0000000000018768.
Gleicher N., Orvieto R.J. Is the hypothesis of preimplantation genetic screening (PGS) still supportable? A review. J. Ovarian Res. 2017; 10(1): 21. https://dx.doi.org/10.1186/s13048-017-0318-3.
Rubio C., Rienzi L., Navarro-Sánchez L., Cimadomo D., García-Pascual C.M., Albricci L. et al. Embryonic cell-free DNA versus trophectoderm biopsy for aneuploidy testing: concordance rate and clinical implications. Fertil. Steril. 2019; 112(3): 510-9. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2019.04.038.
Yeung Q.S.Y., Zhang Y.X., Chung J.P.W., Lui W.T., Kwok Y.K.Y., Gui B. et al. A prospective study of non-invasive preimplantation genetic testing for aneuploidies (NiPGT-A) using next-generation sequencing (NGS) on spent culture media (SCM). Assist. Reprod. Genet. 2019; 36(8): 1609-21. https://dx.doi.org/10.1007/s10815-019-01517-7.
Jiao J., Shi B., Sagnelli M., Yang D., Yao Y., Li W. et al. Minimally invasive preimplantation genetic testing using blastocyst culture medium. Hum. Reprod. 2019; 34(7): 1369-79. https://dx.doi.org/10.1093/humrep/dez075.
Vagnini L.D., Petersen C.G., Renzi A., Dieamant F., Oliveira J.B.A., Oliani A.H. et al. Relationship between age and blastocyst chromosomal ploidy analyzed by noninvasive preimplantation genetic testing for aneuploidies (niPGT-A). JBRA Assist. Reprod. 2020; 24(4): 395-9. https://dx.doi.org/10.5935/1518-0557.20200061.
Capalbo A., Ubaldi F.M., Cimadomo D., Noli L., Khalaf Y., Farcomeni A. et al. MicroRNAs in spent blastocyst culture medium are derived from trophectoderm cells and can be explored for human embryo reproductive competence assessment. Fertil. Steril. 2016; 105(1): 225-35. e1-3. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2015.09.014.
Cecchino G.N., Garcia-Velasco J.A. Mitochondrial DNA copy number as a predictor of embryo viability. Fertil. Steril. 2019; 111(2): 205-11. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2018.11.021.
Sanchez T., Zhang M., Needleman D., Seli E. Metabolic imaging via fluorescence lifetime imaging microscopy for egg and embryo assessment. Fertil. Steril. 2019; 111(2): 212-8. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2018.12.014.
Тимофеева А.В., Калинина Е.А., Драпкина Ю.С., Чаговец В.В., Макарова Н.П., Сухих Г.Т. Оценка качества эмбриона по профилю экспрессии малых некодирующих РНК в культуральной среде эмбриона в программах ВРТ. Акушерство и гинекология. 2019; 6: 79-86.
Ni M., Xue Y., Ding J., Yang S., Zheng A., Pu Y. et al. Correlation between differential expression of microRNA and quality of embryos. Zhonghua Yi Xue Yi Chuan Xue Za Zhi. 2020; 37(9): 938-41. https://dx.doi.org/10.3760/cma.j.cn511374-20190516-00244.
Sánchez-Ribas I., Diaz-Gimeno P., Quiñonero A., Ojeda M., Larreategui Z., Ballesteros A., Domínguez F. NGS analysis of human embryo culture media reveals miRNAs of extra embryonic origin. Reprod. Sci. 2019 ; 26(2): 214-22. https://dx.doi.org/10.1177/1933719118766252
Abu-Halima M., Khaizaran Z.A., Ayesh B.M., Fischer U., Khaizaran S.A., Al-Battah F. et al. MicroRNAs in combined spent culture media and sperm are associated with embryo quality and pregnancy outcome. Fertil. Steril. 2020; 113(5): 970-80. e2. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2019.12.028.
Zhou W., Dimitriadis E. Secreted microRNA to predict embryo implantation outcome: from research to clinical diagnostic application. Front. Cell Dev. Biol. 2020; 8: 586510. https://dx.doi.org/10.3389/fcell.2020.586510.
Драпкина Ю.С., Тимофеева А.В., Чаговец В.В., Кононихин А.С., Франкевич В.Е., Калинина Е.А. Применение омиксных технологий в решении проблем репродуктивной медицины. Акушерство и гинекология. 2018; 9: 24-32.
Rinschen M.M., Ivanisevic J., Giera M., Siuzdak G. Identification of bioactive metabolites using activity metabolomics: A review. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2019; 20(6): 353-67. https://dx.doi.org/10.1038/s41580-019-0108-4.
Зорина И.М., Эльдаров Ч.М., Ярыгина С.А., Макарова Н.П., Трофимов Д.Ю., Смольникова В.Ю., Калинина Е.А., Бобров М.Ю. Профилирование метаболитов в питательных средах пятидневных эмбрионов человека. Биомедицинская химия. 2017; 63(5): 385-91.
Ding J., Xu T., Tan X., Jin H., Shao J., Li H. Raman spectrum: A potential biomarker for embryo assessment during in vitro fertilization. Exp. Ther. Med. 2017; 13(5): 1789-92. https://dx.doi.org/10.3892/etm.2017.4160.
Seli E., Botros L., Sakkas D., Burns D.H. Noninvasive metabolomic profiling of embryo culture media using proton nuclear magnetic resonance correlates with reproductive potential of embryos in women undergoing in vitro fertilization. Fertil. Steril. 2008; 90(6): 2183-9. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2008.07.1739.
Katz-Jaffe M.G., Gardner D.K., Schoolcraft W.B. Proteomic analysis of individual human embryos to identify novel biomarkers of development and viability. Fertil. Steril. 2006; 85(1): 101-7. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2005.09.011.
Abreu C.M., Thomas V., Knaggs P., Bunkheila A., Cruz A., Teixeira S.R. et al. Non-invasive molecular assessment of human embryo development and implantation potential. Biosens. Bioelectron. 2020; 157: 112144. https://dx.doi.org/10.1016/j.bios.2020.112144.
Huang G., Zhou C., Wei C.J., Zhao S., Sun F., Zhou H. et al. Evaluation of in vitro fertilization outcomes using interleukin-8 in culturemedium of human preimplantation embryos. Fertil. Steril. 2017; 107(3): 649-56. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2016.11.031.
Ferreira L.M.R., Meissner T.B., Tilburgs T., Strominger J.L. HLA-G: At the interface of maternal-fetal tolerance. Trends Immunol. 2017; 38(4): 272-86. https://dx.doi.org/10.1016/j.it.2017.01.009.
Díaz R.R., Blanes Z.R., Sánchez V., González Pérez J., Bethencourt J.C.A. Embryo sHLA-G secretion is related to pregnancy rate. Zygote. 2019; 27(2): 78-81. https://dx.doi.org/1017/S0967199419000054.
Niu Z., Wang L., Pang R.T.K., Guo Y., Yeung W.S.B., Yao Y. A meta-analysis of the impact of human leukocyte antigen-G on the outcomes of IVF/ICSI. Reprod. Biomed. Online. 2017; 34(6): 611-8. https://dx.doi.org/10.1016/j.rbmo.2017.03.002.
Lindgren K.E., Gülen Yaldir F., Hreinsson J., Holte J., Kårehed K., Sundström-Poromaa I. et al. Differences in secretome in culture media when comparing blastocysts and arrested embryos using multiplex proximity assay. Med. Sci. 2018; 123(3): 143-52. https://dx.doi.org/10.1080/03009734.2018.1490830.
Kaihola H., Yaldir F.G., Bohlin T., Samir R., Hreinsson J., Åkerud H. Levels of caspase-3 and histidine-rich glycoprotein in the embryo secretome as biomarkers of good-quality day-2 embryos and high-quality blastocysts. PLoS One. 2019; 14(12): e0226419. https://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0226419.
Castillo J., Jodar M., Oliva R. The contribution of human sperm proteins to the development and epigenome of the preimplantation embryo. Hum. Reprod. Update. 2018; 24(5): 535-55. https://dx.doi.org/10.1093/humupd/dmy017.
Rinschen M.M., Ivanisevic J., Giera M., Siuzdak G. Identification of bioactive metabolites using activity metabolomics. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2019; 20(6): 353-67. https://dx.doi.org/10.1038/s41580-019-0108-4.
Burmistrova N.A., Pidenko P.S., Pidenko S.A., Skibina Yu.S., Monakhova Yu.B. Simultaneous determination of proteins in microstructured optical fibers supported by chemometric tools. Anal. Bioanal. Chem. 2019; 411(27): 7055-9. https://dx.doi.org/10.1007/s00216-019-02085-6.
Cordero E., Latka I., Matthäus C., Schie I., Popp J.J. In-vivo Raman spectroscopy: from basics to applications. Biomed. Opt. 2018; 23(7): 1-23. https://dx.doi.org/10.1117/1.JBO.23.7.071210
Liang B., Gao Y., Xu J., Song Y., Xuan L., Shi T. et al. Raman profiling of embryo culture medium to identify aneuploid and euploid embryos. Fertil. Steril. 2019; 111(4): 753-62. e1. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2018.11.036.
Baştu E., Parlatan U., Başar G., Yumru H., Bavili N., Sağ F. et al. Spectroscopic analysis of embryo culture media for predicting reproductive potential in patients undergoing in vitro fertilization. Turk. J. Obstet. Gynecol. 2017; 14(3): 145-50. https://dx.doi.org/10.4274/tjod.92604.
Bingol K., Brüschweiler R. Knowns and unknowns in metabolomics identified by multidimensional NMR and hybrid MS/NMR methods. Curr. Opin. Biotechnol. 2017; 43: 17-24. https://dx.doi.org/10.1016/j.copbio.2016.07.006.
Gulin A., Nadtochenko V., Solodina A., Pogorelova M., Panait A., Pogorelov A. A novel approach for 3D reconstruction of mice full-grown oocytes by time-of-flight secondary ion mass spectrometry. Anal. Bioanal. Chem. 2020; 412(2): 311-9. https://dx.doi.org/10.1007/s00216-019-02237-8.
Gulin A., Nadtochenko V., Astafiev A., Pogorelova V., Rtimi S., Pogorelov A. Correlating microscopy techniques and ToF-SIMS analysis of fully grown mammalian oocytes. Analyst. 2016; 141(13): 4121-9. https://dx.doi.org/10.1039/c6an00665e.
Iles R.K., Sharara F.I., Zmuidinaite R., Abdo G., Keshavarz .S, Butler S.A. Secretome profile selection of optimal IVF embryos by matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry. J. Assist. Reprod. Genet. 2019; 36(6): 1153-60. https://dx.doi.org/10.1007/s10815-019-01444-7.
Curchoe C.L., Bormann C.L. Artificial intelligence and machine learning for human reproduction and embryology presented at ASRM and ESHRE 2018. J. Assist. Reprod. Genet. 2019; 36(4): 591-600. https://dx.doi.org/10.1007/s10815-019-01408-x.
Kaufmann S.J., Eastaugh J.L., Snowden S., Smye S.W., Sharma V. The application of neural networks in predicting the outcome of in-vitro fertilization. Hum. Reprod. 1997; 12(7): 1454-7. https://dx.doi.org/10.1093/humrep/12.7.1454.
Miyagi Y., Habara T., Hirata R., Hayashi N. Feasibility of artificial intelligence for predicting live birth without aneuploidy from a blastocyst image. Reprod. Med. Biol. 2019; 18(2): 204-11. https://dx.doi.org/10.1002/rmb2.12267.
Spicer R., Salek R.M., Moreno P., Cañueto D., Steinbeck C. Navigating freely-available software tools for metabolomics analysis. Metabolomics. 2017; 13(9): 106. https://dx.doi.org/10.1007/s11306-017-1242-7.
Gessulat S., Schmidt T., Zolg D.P., Samaras P., Schnatbaum K., Zerweck J., Knaute T. et al. Prosit: proteome-wide prediction of peptide tandem mass spectra by deep learning. Nat. Methods. 2019; 16(6): 509-18. https://dx.doi.org/10.1038/s41592-019-0426-7.

Поступила 18.12.2020

Принята в печать 29.04.2021

Валиахметова Эльвира Зилявировна, аспирант отделения вспомогательных технологий в лечении бесплодия им. профессора Б.В. Леонова,
ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова» МЗ РФ.
E-mail: ibraeva1988@list.ru. 117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.
Кулакова Елена Владимировна, к.м.н, с.н.с. отделения вспомогательных технологий в лечении бесплодия им. профессора Б.В. Леонова, ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова» МЗ РФ. E-mail: e_kulakova@oparina4.ru.
117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.
Скибина Юлия Сергеевна, к.ф.-м.н., директор ООО НПП «Наноструктурная Технология Стекла» и МНОЦ «Структурная нанобиофотоника», Саратов, Россия. E-mail: director@nano-glass.ru. 410033, Россия, Саратов, проспект 50-летия Октября, д. 101.
Грязнов Алексей Юрьевич, научный сотрудник, ООО НПП «Наноструктурная Технология Стекла» и МНОЦ «Структурная нанобиофотоника», Саратов, Россия. E-mail: director@nano-glass.ru. 410033, Россия, Саратов, проспект 50-летия Октября, д. 101.
Макарова Наталья Петровна, д.б.н., в.н.с. отделения вспомогательных технологий в лечении бесплодия им. профессора Б.В. Леонова, ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова» МЗ РФ. E-mail: np_makarova@oparina4.ru.
117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.
Сысоева Анастасия Павловна, эмбриолог отделения вспомогательных технологий в лечении бесплодия им. профессора Б.В. Леонова, ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова» МЗ РФ. E-mail: a_sysoeva@oparina4.ru.
117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.
Калинина Елена Анатольевна, д.м.н, профессор, заведующая отделением вспомогательных технологий в лечении бесплодия им. профессора Б.В. Леонова, ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова» МЗ РФ. E-mail: e_kalinina@oparina4.ru.
117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.

Для цитирования: Валиахметова Э.З., Кулакова Е.В., Скибина Ю.С., Грязнов А.Ю., Сысоева А.П., Макарова Н.П., Калинина Е.А. Неинвазивное тестирование преимплантационных эмбрионов человека in vitro как способ прогнозирования исходов программ экстракорпорального оплодотворения.
Акушерство и гинекология. 2021; 5: 5-16
https://dx.doi.org/10.18565/aig.2021.5.5-16

Неинвазивное тестирование преимплантационных эмбрионов человека in vitro как способ прогнозирования исходов программ экстракорпорального оплодотворения

Валиахметова Э.З., Кулакова Е.В., Скибина Ю.С., Грязнов А.Ю., Сысоева А.П., Макарова Н.П., Калинина Е.А.

Ключевые слова

Список литературы

Об авторах / Для корреспонденции

Также по теме