Почему из 5 яйцеклеток почти никогда не получается 5 эмбрионов? Можно ли увидеть пол будущего ребенка в микроскоп? Эмбриолог Ecofamily Clinic Надежда Константиновна Красова рассказала изданию Дети Mail.ru, какие процессы происходят в лаборатории и что о них говорит современная наука.
Эмбрионы в лаборатории «живут» в специальных СО2-инкубаторах. В них поддерживается определенная температура, влажность, а также туда подается углекислый газ. «Для чего? Все очень просто: эмбрионы, конечно же, не "дышат" им, но углекислый газ, взаимодействуя с водой культуральной среды, в которой находится эмбрион, приводит к закислению среды, в которой культивируются эмбрионы», — говорит Надежда Константиновна Красова, эмбриолог Ecofamily Clinic.
Это необходимо для создания оптимального баланса рН, аналогичного рН женской репродуктивной системы. В более продвинутых инкубаторах помимо углекислого газа используется азот. Этот газ необходим для уменьшения концентрации кислорода внутри инкубатора. Таким образом, инкубаторы позволяют создавать для эмбрионов условия, максимально приближенные к естественным.
Эмбриологи умеют поддерживать жизнедеятельность эмбрионов лишь на самых ранних этапах развития. Это непосредственно этап оплодотворения или 1-е сутки развития. Далее: стадия дробления — 2–3-е сутки развития, стадия компактизации — 4-е сутки развития. На 5–6-е сутки эмбрион достигает стадии бластоцисты. Это ключевой момент, поскольку теперь он готов к имплантации, то есть к внедрению в слизистую оболочку матки. На этом лабораторный этап ЭКО заканчивается. Эмбрион переносится в полость матки, и начинается совсем другая история — история беременности.
По внешнему виду эмбриона определить пол невозможно. Более того, в нашей стране селекция эмбрионов по полу запрещена. За исключением тех случаев, когда врачи и родители хотят избежать рождения ребенка с генетической патологией, сцепленной с полом. Для этого необходимо провести генетическое исследование клеток эмбриона.На 5–6-е сутки развития выполняется биопсия клеток трофэктодермы, то есть оболочки эмбриона, затем материал направляется в генетическую лабораторию.
И да, при определенном методе — FISH fluorescent in situ hybridization — генетики в буквальном смысле видят пол эмбриона в микроскоп, поскольку половые хромосомы окрашиваются в определенные цвета.
Представьте пирамиду. Широкое основание — это количество яйцеклеток, верхушка — количество получившихся «хороших» эмбрионов. Действительно, на каждом этапе развития происходит своего рода отсев. Например, во время пункции часть яйцеклеток могут оказаться незрелыми, соответственно непригодными для оплодотворения. Далее не все зрелые яйцеклетки будут оплодотворены: часть может оплодотвориться аномально или не оплодотвориться вовсе.
После оплодотворения не все эмбрионы могут вступить в фазу дробления или достигнуть стадии бластоцисты. Также стоит учитывать качество эмбрионов — оно может быть очень разным. Для переноса в полость матки и для последующей криоконсервации отбираются только эмбрионы отличного и хорошего качества (ниже расскажу, как оценивается качество эмбрионов). Остальные эмбрионы, которые не смогли пройти столь строгий отбор, утилизируются.
Для переноса эмбриологи отбирают только хорошие и отличные эмбрионы, потому что только они дают максимальный шанс на успешное зачатие и рождение здорового малыша. Их качество оценивается визуально с помощью микроскопа с высоким разрешением. Врач наблюдает за оплодотворенными яйцеклетками и классифицирует их по определенной системе в зависимости от суток развития. В первые сутки оценивается эффективность оплодотворения: если были признаки аномалий, эмбрион не рекомендуют к переносу.
Далее врач наблюдает за процессом деления эмбриона. В этот период подсчитывается количество бластомеров, то есть клеток эмбриона на этапе дробления — на 2-е сутки их должно быть 2–4, на 3-и сутки 6–8, также эмбриолог смотрит на их размеры, форму и степень фрагментации.
Хороший или отличный эмбрион, который может быть рекомендован к переносу, обычно имеет:
Наиболее точно оценить получившийся эмбрион можно на 5–6-й день развития, то есть на стадии бластоцисты. Качество эмбриона на стадии бластоцисты оценивают по шкале Дэвида Гарднера, где цифра обозначает размер полости, первая буква (А, В, С) — количество клеток в зародышевой части (эмбриобласте), вторая буква (А, В, С) — количество клеток в той части эмбриона, из которой в будущем сформируется плацента (трофобласт). Так, «эмбрион-отличник» с лучшими шансами на зачатие на 5-е сутки будет иметь аббревиатуру 4АА, а плохой эмбрион — 3СС.
Поскольку все яйцеклетки несут в себе лишь Х хромосомы, половые хромосомы сперматозоидов — X и У — определяют пол будущего ребенка. В ветеринарии накоплен большой опыт подобной селекции, поскольку для определенных сфер животноводства пол может играть критически важное значение. Предложены методы отбора с использованием прижизненного окрашивания хромосом, скоростных характеристик сперматозоидов.
Но до сих пор нет ни одного метода, дающего 100%-ную гарантию на селекцию сперматозоидов с необходимой хромосомой. Учитывая тот факт, что выбор пола эмбриона необходимо сделать для предотвращения рождения ребенка с генетическим заболеванием, нужна 100%-ная результативность. Поэтому единственный выход — предимплантационная генетическая диагностика, выполняемая на клетках уже получившегося эмбриона.
С помощью биопсии выявляются генетические патологии эмбриона. Как ее делают: на 5–6-е сутки развития эмбриона специальной биопсийной иглой из его трофэктодермы забирают от 4 до 8 клеток. Трофэктодерма — это внезародышевая часть эмбриона, ее клетки участвуют в формировании плаценты.
Если повредить трофэктодерму, то эмбриону будет сложнее имплантироваться в матку при переносе. Поэтому есть ограничение по количеству клеток для генетического исследования. Более того, сейчас активно ведутся работы по поиску неинвазивных (нетравмирующих) методов генетического исследования. В частности, предлагаются варианты анализа ДНК жидкости, полученной из полости бластоцисты, или ДНК из среды, оставшейся после культивирования эмбрионов.
Все мы слышали выражение «часики тикают» по отношению к женщинам, которые не спешат становиться мамами. Действительно, репродуктивный потенциал женщины не безграничен и во многом он зависит от возраста и запаса яйцеклеток. Но все-таки остановить «биологические часы» реально. Правда, сделать это можно только при помощи вспомогательных репродуктивных технологий.
Тут есть два варианта — криоконсервация, то есть заморозка, яйцеклеток или эмбрионов и криоконсервация яичниковой ткани. Наиболее простой и доступный способ — первый. После стимуляции суперовуляции выполняется пункция фолликулов, и все зрелые яйцеклетки замораживаются и помещаются на хранение в жидкий азот. Если у женщины есть партнер, с которым планируются совместные дети, можно заморозить не яйцеклетки, а уже готовые эмбрионы.
К сожалению, бывают и экстренные ситуации, когда женщина вынуждена очень быстро принимать решение о сохранении своей фертильности. В частности, при онкологических заболеваниях. В подобных случаях зачастую нет времени на подготовку или есть противопоказания для использования гормональных препаратов. Тогда единственным вариантом остается криоконсервация яичниковой ткани. Этот метод также помогает остановить «биологические часы» и отложить материнство на более подходящее время.
Криоконсервация — это метод, предназначенный для длительного хранения биологического материала. Суть заключается в том, что при температуре жидкого азота -196 °С в клетке останавливаются все физиологические процессы. В настоящее время наиболее широкое распространение получила витрификация — способ криоконсервации, при котором жидкость сразу переходит в стеклообразное состояние, минуя фазу образования льда. При витрификации эмбрионы или яйцеклетки при помощи микропипетки помещаются по очереди в специальные растворы. Получается что-то наподобие купания хозяина Коня-Горбунка последовательно в чанах с холодной и горячей водой, кипящим молоком.
Затем клетки также под микроскопом переносятся на специальный носитель, который очень напоминает микролопатку и немедленно помещаются в жидкий азот. На самом деле каких-либо ограничений по срокам хранения нет. Самый старший криомалыш на планете — Молли Гибсон, которая родилась в 2020 году в Америке спустя 27 лет после замораживания. Семья Гибсонов приняла решение, фигурально выражаясь, «усыновить» этот криоэмбрион. Молли побила рекорд своей старшей сестры, которая родилась в 2017 году после 24 лет хранения в криобанке.
С одной стороны, это философский вопрос, а с другой — вполне естественно-научный. Мы будем говорить, руководствуясь именно биологическими терминами. В какой момент появляется эмбрион как таковой? В лаборатории в день пункции фолликулов эмбриолог выполняет оплодотворение, используя половые клетки — яйцеклетки и сперматозоиды. На следующий день он наблюдает оплодотворение — видит зиготы. Под микроскопом отчетливо видны 2 пронуклеуса — мужской и женский. Это генетический материал, который содержали половые клетки.
Как только оболочки пронуклеусов растворятся, произойдет слияние генетического материала родителей и запустится стадия дробления эмбриона. Обычно это происходит не менее чем через 24 часа после оплодотворения. И вот на этом этапе можно формально сказать, что зародилась новая жизнь.
- Чем «дышат» эмбрионы в инкубаторе?
Эмбрионы в лаборатории «живут» в специальных СО2-инкубаторах. В них поддерживается определенная температура, влажность, а также туда подается углекислый газ. «Для чего? Все очень просто: эмбрионы, конечно же, не "дышат" им, но углекислый газ, взаимодействуя с водой культуральной среды, в которой находится эмбрион, приводит к закислению среды, в которой культивируются эмбрионы», — говорит Надежда Константиновна Красова, эмбриолог Ecofamily Clinic.
Это необходимо для создания оптимального баланса рН, аналогичного рН женской репродуктивной системы. В более продвинутых инкубаторах помимо углекислого газа используется азот. Этот газ необходим для уменьшения концентрации кислорода внутри инкубатора. Таким образом, инкубаторы позволяют создавать для эмбрионов условия, максимально приближенные к естественным.
- Почему эмбрионы живут в лаборатории только 6 дней?
Эмбриологи умеют поддерживать жизнедеятельность эмбрионов лишь на самых ранних этапах развития. Это непосредственно этап оплодотворения или 1-е сутки развития. Далее: стадия дробления — 2–3-е сутки развития, стадия компактизации — 4-е сутки развития. На 5–6-е сутки эмбрион достигает стадии бластоцисты. Это ключевой момент, поскольку теперь он готов к имплантации, то есть к внедрению в слизистую оболочку матки. На этом лабораторный этап ЭКО заканчивается. Эмбрион переносится в полость матки, и начинается совсем другая история — история беременности.
- Можно ли увидеть пол ребенка в микроскоп?
По внешнему виду эмбриона определить пол невозможно. Более того, в нашей стране селекция эмбрионов по полу запрещена. За исключением тех случаев, когда врачи и родители хотят избежать рождения ребенка с генетической патологией, сцепленной с полом. Для этого необходимо провести генетическое исследование клеток эмбриона.На 5–6-е сутки развития выполняется биопсия клеток трофэктодермы, то есть оболочки эмбриона, затем материал направляется в генетическую лабораторию.
И да, при определенном методе — FISH fluorescent in situ hybridization — генетики в буквальном смысле видят пол эмбриона в микроскоп, поскольку половые хромосомы окрашиваются в определенные цвета.
- Почему из 5 яйцеклеток не получается 5 эмбрионов?
Представьте пирамиду. Широкое основание — это количество яйцеклеток, верхушка — количество получившихся «хороших» эмбрионов. Действительно, на каждом этапе развития происходит своего рода отсев. Например, во время пункции часть яйцеклеток могут оказаться незрелыми, соответственно непригодными для оплодотворения. Далее не все зрелые яйцеклетки будут оплодотворены: часть может оплодотвориться аномально или не оплодотвориться вовсе.
После оплодотворения не все эмбрионы могут вступить в фазу дробления или достигнуть стадии бластоцисты. Также стоит учитывать качество эмбрионов — оно может быть очень разным. Для переноса в полость матки и для последующей криоконсервации отбираются только эмбрионы отличного и хорошего качества (ниже расскажу, как оценивается качество эмбрионов). Остальные эмбрионы, которые не смогли пройти столь строгий отбор, утилизируются.
- Как выбирается эмбрион для переноса?
Для переноса эмбриологи отбирают только хорошие и отличные эмбрионы, потому что только они дают максимальный шанс на успешное зачатие и рождение здорового малыша. Их качество оценивается визуально с помощью микроскопа с высоким разрешением. Врач наблюдает за оплодотворенными яйцеклетками и классифицирует их по определенной системе в зависимости от суток развития. В первые сутки оценивается эффективность оплодотворения: если были признаки аномалий, эмбрион не рекомендуют к переносу.
Далее врач наблюдает за процессом деления эмбриона. В этот период подсчитывается количество бластомеров, то есть клеток эмбриона на этапе дробления — на 2-е сутки их должно быть 2–4, на 3-и сутки 6–8, также эмбриолог смотрит на их размеры, форму и степень фрагментации.
Хороший или отличный эмбрион, который может быть рекомендован к переносу, обычно имеет:
- четкие контуры и правильную форму бластомеров;
- хорошую скорость деления;
- полное отсутствие безъядерных фрагментов.
Наиболее точно оценить получившийся эмбрион можно на 5–6-й день развития, то есть на стадии бластоцисты. Качество эмбриона на стадии бластоцисты оценивают по шкале Дэвида Гарднера, где цифра обозначает размер полости, первая буква (А, В, С) — количество клеток в зародышевой части (эмбриобласте), вторая буква (А, В, С) — количество клеток в той части эмбриона, из которой в будущем сформируется плацента (трофобласт). Так, «эмбрион-отличник» с лучшими шансами на зачатие на 5-е сутки будет иметь аббревиатуру 4АА, а плохой эмбрион — 3СС.
- Если пол ребенка зависит от отца, то можно ли сразу выбрать сперматозоид с нужной хромосомой?
Поскольку все яйцеклетки несут в себе лишь Х хромосомы, половые хромосомы сперматозоидов — X и У — определяют пол будущего ребенка. В ветеринарии накоплен большой опыт подобной селекции, поскольку для определенных сфер животноводства пол может играть критически важное значение. Предложены методы отбора с использованием прижизненного окрашивания хромосом, скоростных характеристик сперматозоидов.
Но до сих пор нет ни одного метода, дающего 100%-ную гарантию на селекцию сперматозоидов с необходимой хромосомой. Учитывая тот факт, что выбор пола эмбриона необходимо сделать для предотвращения рождения ребенка с генетическим заболеванием, нужна 100%-ная результативность. Поэтому единственный выход — предимплантационная генетическая диагностика, выполняемая на клетках уже получившегося эмбриона.
- Опасна ли биопсия эмбриона для будущего ребенка?
С помощью биопсии выявляются генетические патологии эмбриона. Как ее делают: на 5–6-е сутки развития эмбриона специальной биопсийной иглой из его трофэктодермы забирают от 4 до 8 клеток. Трофэктодерма — это внезародышевая часть эмбриона, ее клетки участвуют в формировании плаценты.
Если повредить трофэктодерму, то эмбриону будет сложнее имплантироваться в матку при переносе. Поэтому есть ограничение по количеству клеток для генетического исследования. Более того, сейчас активно ведутся работы по поиску неинвазивных (нетравмирующих) методов генетического исследования. В частности, предлагаются варианты анализа ДНК жидкости, полученной из полости бластоцисты, или ДНК из среды, оставшейся после культивирования эмбрионов.
- Как остановить «биологические часы»?
Все мы слышали выражение «часики тикают» по отношению к женщинам, которые не спешат становиться мамами. Действительно, репродуктивный потенциал женщины не безграничен и во многом он зависит от возраста и запаса яйцеклеток. Но все-таки остановить «биологические часы» реально. Правда, сделать это можно только при помощи вспомогательных репродуктивных технологий.
Тут есть два варианта — криоконсервация, то есть заморозка, яйцеклеток или эмбрионов и криоконсервация яичниковой ткани. Наиболее простой и доступный способ — первый. После стимуляции суперовуляции выполняется пункция фолликулов, и все зрелые яйцеклетки замораживаются и помещаются на хранение в жидкий азот. Если у женщины есть партнер, с которым планируются совместные дети, можно заморозить не яйцеклетки, а уже готовые эмбрионы.
К сожалению, бывают и экстренные ситуации, когда женщина вынуждена очень быстро принимать решение о сохранении своей фертильности. В частности, при онкологических заболеваниях. В подобных случаях зачастую нет времени на подготовку или есть противопоказания для использования гормональных препаратов. Тогда единственным вариантом остается криоконсервация яичниковой ткани. Этот метод также помогает остановить «биологические часы» и отложить материнство на более подходящее время.
- Долго ли хранятся замороженные яйцеклетки и эмбрионы?
Криоконсервация — это метод, предназначенный для длительного хранения биологического материала. Суть заключается в том, что при температуре жидкого азота -196 °С в клетке останавливаются все физиологические процессы. В настоящее время наиболее широкое распространение получила витрификация — способ криоконсервации, при котором жидкость сразу переходит в стеклообразное состояние, минуя фазу образования льда. При витрификации эмбрионы или яйцеклетки при помощи микропипетки помещаются по очереди в специальные растворы. Получается что-то наподобие купания хозяина Коня-Горбунка последовательно в чанах с холодной и горячей водой, кипящим молоком.
Затем клетки также под микроскопом переносятся на специальный носитель, который очень напоминает микролопатку и немедленно помещаются в жидкий азот. На самом деле каких-либо ограничений по срокам хранения нет. Самый старший криомалыш на планете — Молли Гибсон, которая родилась в 2020 году в Америке спустя 27 лет после замораживания. Семья Гибсонов приняла решение, фигурально выражаясь, «усыновить» этот криоэмбрион. Молли побила рекорд своей старшей сестры, которая родилась в 2017 году после 24 лет хранения в криобанке.
- В какой же момент зарождается новая жизнь?
С одной стороны, это философский вопрос, а с другой — вполне естественно-научный. Мы будем говорить, руководствуясь именно биологическими терминами. В какой момент появляется эмбрион как таковой? В лаборатории в день пункции фолликулов эмбриолог выполняет оплодотворение, используя половые клетки — яйцеклетки и сперматозоиды. На следующий день он наблюдает оплодотворение — видит зиготы. Под микроскопом отчетливо видны 2 пронуклеуса — мужской и женский. Это генетический материал, который содержали половые клетки.
Как только оболочки пронуклеусов растворятся, произойдет слияние генетического материала родителей и запустится стадия дробления эмбриона. Обычно это происходит не менее чем через 24 часа после оплодотворения. И вот на этом этапе можно формально сказать, что зародилась новая жизнь.