Неинвазивная диагностика хромосомного статуса эмбрионов in vitro: интеграция рамановской спектрометрии и машинного обучения во вспомогательные репродуктивные технологии
Валиахметоваа Э.З., Римская Е.Н., Горевой А.В., Якимова А.С., Сысоева А.П., Екимов А.Н., Макарова Н.П., Калинина Е.А., Сухих Г.Т.
Актуальность: Актуальность исследования обусловлена низкой эффективностью экстракорпорального оплодотворения (до 40% успешных имплантаций) и инвазивностью существующих методов преимплантационного генетического тестирования (ПГТ-А) для выявления хромосомных аномалий эмбрионов. Инвазивность связана с риском повреждения эмбриона, что диктует потребность в новых, неинвазивных подходах.
Цель: Разработка неинвазивного метода оценки хромосомного статуса эмбрионов на основе спектрального анализа отработанной культуральной среды с применением машинного обучения.
Материалы и методы: В исследовании приняли участие 36 супружеских пар, от которых было собрано 40 образцов отработанной культуральной среды (11 – от эуплоидных, 29 – от анеуплоидных эмбрионов). Спектры комбинационного рассеяния света (КР) измеряли на микроскопе-спектрометре Confotec MR520 с возбуждением лазером 532 нм. Для анализа спектральных характеристик и дифференциации образцов использовались алгоритмы машинного обучения, в частности квадратичный дискриминантный анализ (QDA), с применением стратифицированной 5-кратной кросс-валидации.
Результаты: Были выявлены значимые различия в средних спектрах КР отработанной культуральной среды между эуплоидными и анеуплоидными эмбрионами. Наиболее надежными критериями для дифференциации оказались отношения интенсивностей полос при 735 см-1 (фосфатидилсерин, ДНК), 1196 см-1 (нуклеиновые кислоты) и 1666 см-1 (валентные колебания C=C, амид I). Разработанная прогностическая модель достигла точности 84%, чувствительности 80% и специфичности 88%.
Заключение: Получение спектров КР культуральной среды от эмбрионов с возбуждением на длине волны 532 нм может выявить новые биохимические индикаторы развития аномалий эмбрионов. Полученные результаты открывают новые перспективы неинвазивной диагностики в репродуктивной медицине, потенциально повышая эффективность программ ВРТ.
Вклад авторов: Валиахметова Э.З., Макарова Н.П., Римская Е.Н., Горевой А.В. – концепция и дизайн исследования; Сысоева А.П., Якимова А.С. – сбор и обработка материала; Макарова Н.П., Валиахметова Э.З. – статистическая обработка данных; Валиахметова Э.З., Макарова Н.П., Римская Е.Н. – написание текста; Калинина Е.А.,
Сухих Г.Т. – редактирование.
Конфликт интересов: Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов.
Финансирование: Работа выполнена в рамках инициативного научного проекта «Изучение влияния внеклеточных везикул биологических жидкостей репродуктивных органов и тканей на гаметы, процесс оплодотворения и раннего эмбриогенеза человека и имплантации» (2025–2027, руководитель Макарова Н.П.) ФГБУ «НМИЦ АГП
им. В.И. Кулакова» МЗ РФ.
Одобрение этического комитета: Исследование было одобрено локальным этическим комитетом ФГБУ «НМИЦ АГП им. В.И. Кулакова» Минздрава России.
Согласие пациентов на публикацию: Пациенты подписали информированное согласие на публикацию своих данных.
Обмен исследовательскими данными: Данные, подтверждающие выводы этого исследования, доступны по запросу у авторов после одобрения ведущим исследователем.
Для цитирования: Валиахметоваа Э.З., Римская Е.Н., Горевой А.В., Якимова А.С., Сысоева А.П., Екимов А.Н., Макарова Н.П., Калинина Е.А., Сухих Г.Т. Неинвазивная диагностика хромосомного статуса эмбрионов
in vitro: интеграция рамановской спектрометрии и машинного обучения во
вспомогательные репродуктивные технологии.
Акушерство и гинекология. 2026; 1: 78-88
https://dx.doi.org/10.18565/aig.2025.251
Ключевые слова
ВРТ
бесплодие
ПГТ
СКР
рамановская спектроскопия
отработанная культуральная среда
ЭКО
Список литературы
- Blockeel C., Campbell A., Coticchio G., Garcia-Velasco J.A., Pinborg A., Santulli P. Educate. Empower. Reproduce. A call for action against the demographic winter. Reprod. Biomed. Online. 2025; 51(4): 105047. https://dx.doi.org/10.1016/j.rbmo.2025.105047
- Назаренко Т.А., ред. Бесплодный брак. Клинические задачи и их решение. М.: МЕДпресс-информ; 2024. 144 с.
- Лисицына О.И., Романов А.Ю., Сыркашева А.Г., Макарова Н.П., Долгушина Н.В. Влияние биопсии трофэктодермы на течение беременности и акушерские исходы. Проблемы репродукции. 2025; 31(3): 63-9.
- Rimskaya E., Gorevoy A., Yakimova A., Makarova N., Starodubtseva N., Kudryashov S. et al. Enhancing male fertility diagnostics with seminal plasma Raman spectroscopy. Spectrochim Acta. A. Mol. Biomol. Spectrosc. 2025; 340: 126237. https://dx.doi.org/10.1016/j.saa.2025.126237
- Zakaria A., Diawara I., Bouziyane A., Louanjli N. Exploring human sperm metabolism and male infertility: a systematic review of genomics, proteomics, metabolomics, and imaging techniques. Int. J. Mol. Sci. 2025; 26(15): 7544. https://dx.doi.org/10.3390/ijms26157544
- Драпкина Ю.С., Макарова Н.П., Чаговец В.В., Васильев Р.А., Амелин В.В., Калинина Е.А. Использование машинного обучения для анализа липидного профиля среды культивирования и прогнозирования эффективности вспомогательных репродуктивных технологий. Акушерство и гинекология. 2025; 2: 91-9.
- Драпкина Ю.С., Макарова Н.П., Васильев Р.А., Амелин В.В., Калинина Е.А. Сравнение прогностических моделей, построенных с помощью разных методов машинного обучения, на примере прогнозирования результатов лечения бесплодия методом вспомогательных репродуктивных технологий. Акушерство и гинекология. 2024; 2: 97-105.
- Rimskaya E., Gorevoy A., Shelygina S., Perevedentseva E., Timurzieva A., Saraeva I. et al. Multi-wavelength raman differentiation of malignant skin neoplasms. Int. J. Mol. Sci. 2024; 25(13): 7422. https://dx.doi.org/10.3390/ijms25137422
- Zhao J., Lui H., McLean D.I., Zeng H. Automated autofluorescence background subtraction algorithm for biomedical Raman spectroscopy. Appl. Spectrosc. 2007; 61(11): 1225-32. https://dx.doi.org/10.1366/000370207782597003
- Saraeva I.N., Rimskaya E.N., Timurzieva A.B., Gorevoy A.V., Sheligyna S.N., Popadyuk V.I. et al. Analysis of skin neoplasms’ Raman spectra using the Lorentz approximation method: pilot studies. JETP Lett. 2024; 119(7): 556-63. https://dx.doi.org/10.1134/S0021364023604153
- Rival C.M., Xu W., Shankman L.S., Morioka S., Arandjelovic S., Lee C.S. et al. Phosphatidylserine on viable sperm and phagocytic machinery in oocytes regulate mammalian fertilization. Nat. Commun. 2019; 10(1): 4456. https://dx.doi.org/10.1038/s41467-019-12406-z
- Böse J., Gruber A.D., Helming L., Schiebe S., Wegener I., Hafner M. et al. The phosphatidylserine receptor has essential functions during embryogenesis but not in apoptotic cell removal. J. Biol. 2004; 3(4): 15. https://dx.doi.org/10.1186/jbiol10
- Talari A.C.S., Movasaghi Z., Rehman S., Rehman I. Raman spectroscopy of biological tissues. Applied Spectroscopy Reviews. 2014; 50(1): 46-111. https://dx.doi.org/10.1080/05704928.2014.923902
- Zhu J., Tsai H.J., Gordon M.R., Li R. Cellular stress associated with aneuploidy. Dev. Cell. 2018; 44(4): 420-31. https://dx.doi.org/10.1016/j.devcel.2018.02.002
- 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
- Sánchez-Ribas I., Riqueros M., Vime P., Puchades-Carrasco L., Jönsson T., Pineda-Lucena A. et al. Differential metabolic profiling of non-pure trisomy 21 human preimplantation embryos. Fertil. Steril. 2012; 98(5): 1157-64.e1-2. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2012.07.1145
- Olcay I.O., Akcay B., Bahceci M., Arici A., Boynukalin K., Yakicier C. et al. Noninvasive amino acid turnover predicts human embryo aneuploidy. Gynecol. Endocrinol. 2022; 38(6): 461-6. https://dx.doi.org/10.1080/09513590.2022.2068520
- Eldarov C., Gamisonia A., Chagovets V., Ibragimova L., Yarigina S., Smolnikova V. et al. LC-MS analysis revealed the significantly different metabolic profiles in spent culture media of human embryos with distinct morphology, karyotype and implantation outcomes. Int. J. Mol. Sci. 2022; 23(5): 2706. https://dx.doi.org/10.3390/ijms23052706
- Chi F., Sharpley M.S., Nagaraj R., Roy S.S., Banerjee U. Glycolysis-independent glucose metabolism distinguishes TE from ICM fate during mammalian embryogenesis. Dev. Cell. 2020; 53(1): 9-26.e4. https://dx.doi.org/10.1016/j.devcel.2020.02.015
- Brooks E.C., Zeidler M.P., Ong A.C.M., Evans I.R. Macrophage subpopulation identity in Drosophila is modulated by apoptotic cell clearance and related signalling pathways. Front. Immunol. 2024; 14: 1310117. https://dx.doi.org/10.3389/fimmu.2023.1310117
Поступила 15.09.2025
Принята в печать 29.12.2025
Об авторах / Для корреспонденции
Валиахметова Эльвира Зилявировна, аспирант отделения вспомогательных технологий в лечении бесплодия им. проф. Б.В. Леонова, Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. академика В.И. Кулакова МЗ РФ, 117997, Россия, Москва, ул. Ак. Опарина, д. 4,ibraeva1988@list.ru
Римская Елена Николаевна, к.т.н., с.н.с. лаборатории клинической протеомики, Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. академика В.И. Кулакова МЗ РФ, 117997, Россия, Москва, ул. Ак. Опарина, д. 4; н.с. лаборатории лазерной нанофизики и биомедицины,
Центр лазерных и нелинейно-оптических технологий, отделение квантовой радиофизики им. Н.Г. Басова, Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН),
119991, Россия, ГСП-1 Москва, Ленинский пр-т, д. 53, rimskaya@lebedev.ru, https://orcid.org/0000-0001-7802-0720
Горевой Алексей Владимирович, н.с. лаборатории лазерной нанофизики и биомедицины, Центр лазерных и нелинейно-оптических технологий, отделение квантовой радиофизики им. Н.Г. Басова, Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН), 119991, Россия, ГСП-1, Москва, Ленинский пр-т, д. 53, a.gorevoy@lebedev.ru, https://orcid.org/0000-0003-4208-0291
Якимова Александра Сергеевна, эмбриолог отделения вспомогательных технологий в лечении бесплодия им. проф. Б.В. Леонова, Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. академика В.И. Кулакова МЗ РФ, 117997, Россия, Москва, ул. Ак. Опарина, д. 4,
yakimoovaal@gmail.com, https://orcid.org/0009-0001-5913-2660
Сысоева Анастасия Павловна, к.б.н., эмбриолог отделения вспомогательных технологий в лечении бесплодия им. проф. Б.В. Леонова, Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. академика В.И. Кулакова МЗ РФ, 117997, Россия, Москва, ул. Ак. Опарина, д. 4,
sysoeva.a.p@gmail.com, https://orcid.org/0000-0002-6502-4498
Екимов Алексей Николаевич, к.м.н., заведующий лабораторией преимплантационного генетического тестирования и генетической диагностики, Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. академика В.И. Кулакова МЗ РФ, 117997, Россия, Москва, ул. Ак. Опарина, д. 4, a_ekimov@oparina4.ru, https://orcid.org/0000-0001-5029-0462
Макарова Наталья Петровна, д.б.н., в.н.с. отделения вспомогательных технологий в лечении бесплодия им. проф. Б.В. Леонова, Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. академика В.И. Кулакова МЗ РФ, 117997, Россия, Москва, ул. Ак. Опарина, д. 4,
np_makarova@oparina4.ru, https://orcid.org/0000-0003-1396-7272
Калинина Елена Анатольевна, д.м.н, профессор, заведующая отделением вспомогательных технологий в лечении бесплодия им. проф. Б.В. Леонова, Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. академика В.И. Кулакова МЗ РФ,
117997, Россия, Москва, ул. Ак. Опарина, д. 4, e_kalinina@oparina4.ru, https://orcid.org/0000-0002-8922-2878
Сухих Геннадий Тихонович, д.м.н., профессор, академик РАН, директор, Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. академика В.И. Кулакова МЗ РФ, 117997, Россия, Москва, ул. Ак. Опарина, д. 4, g_sukhikh@oparina4.ru, https://orcid.org/0000-0002-7712-1260
Также по теме
