Оплодотворение яйцеклеток и культивирование эмбрионов
Показания для лечения бесплодия помощью ЭКО :
Протокол ЭКО состоит из целого ряда последовательных этапов:
Гаметы (ооциты и сперматозоиды) получают от биологических родителей или из банка доноров. Яйцеклетки извлекают из яичников женщины методом пункции фолликулов в ходе их естественного созревания. Но, как правило, в программах ВРТ используют медикаментозное стимулирование для получения достаточного количества ооцитов. Оплодотворение происходит в лабораторных условиях под контролем специалистов. В некоторых протоколах даже слияние сперматозоида и яйцеклетки контролируется эмбриологом (ICSI). После in vitro оплодотворения зиготы переносят в специальную, обогащенную альбумином, питательную среду для нормального предимплантационного развития эмбрионов. Процесс выращивания эмбриона в условиях in vitro называют культивированием.
В каких условиях культивируют эмбрионы
Ключевым моментом эмбриологического этапа программы ЭКО для предимплантационных эмбрионов человека, развивающихся in vitro, является создание максимально приближенных условий к условиям in vivo.
Эмбрионы культивируются в инкубаторах. Обязательными условиями для in vitro культивирования эмбрионов являются:
В инкубаторе находятся яйцеклетки перед оплодотворением, полученные в результате пункции фолликулов или после разморозки ооцитов. Все процессы, включая оплодотворение, дробление, бластуляция также проходят в условиях инкубатора.
Как долго эмбрионы культивируются в инкубаторе
После оплодотворения культивирование эмбрионов может продолжаться в условиях in vitro до 5-6 дней. Продолжительность зависит от нескольких факторов:
Если получено и оплодотворено небольшое количество яйцеклеток (1-2), то перенос можно проводить на третий день развития эмбрионов. Женщинам, у которых в анамнезе уже есть 1-2 попытки ЭКО и есть достаточное количество эмбрионов, чтобы выбрать лучший эмбрион для переноса в полость матки, рекомендуется подсаживать эмбрионы на пятый день развития. Если предполагается проведение предимплантационного генетического тестирования (ПГТ), то эмбрионы культивируются до 5-6 суток с целью проведения биопсии трофэктодермы на стадии бластоцисты.
Какие среды используются для культивирования эмбрионов
От культуральной среды зависит правильное развитие и продолжительность культитвирования эмбрионов. Чаще всего используют 2 типа сред:
Этапы роста и развития эмбриона в процессе культивации
После оплодотворения зигота проходит ряд изменений, свидетельствующих о правильном развитии:
Дольше 6-7 дней эмбрионы не культивируют, их необходимо либо перенести в полость матки реципиента, либо подвергнуть криоконсервации.
Что такое протокол культивирования эмбрионов
Развитие эмбрионов
1 день. Оценка оплодотворения.
Спустя 16-18 часов после инсеминации (слияния полученных ооцитов и спермы) производится первая оценка оплодотворения. К этому времени эмбриолог видит сформировавшиеся пронуклеусы. На данном этапе происходит первая селекция – неоплодотворенные ооциты и аномальные зиготы изолируются от нормальных зигот.
Рис.1 Оплодотворенные яйцеклетки (пронуклеусы) – видны по два клеточных ядра.
2 день. Контроль развития эмбрионов.
Через 48 часов после получения ооцитов эмбриолог оценивает дробление эмбрионов, их морфологию (строение). Под морфологической оценкой понимают количество бластомеров (клеток) и аномалии цитоплазмы и ядра.
Идеальный эмбрион на 2 день должен иметь 4 равных по размеру одноядерных бластомеры без фрагментации.
Рис.2 Слева на картинке идеально сформированный эмбрион, состоящий из 4 бластомеров. Справа – строение нарушено, дальнейшее развитие прекратилось.
3 день. Контроль развития эмбрионов.
Через 72 часа после получения ооцитов производится оценка эмбрионов по следующим параметрам:
Количество бластомеров (клеток)- указывается цифра. В норме – 6-8 клеток.
На 3 день эмбриолог и лечащий врач могут принимать решение о сроке переноса эмбрионов. При переносе эмбрионов на 5 – день, на 3-й день все качественные эмбрионы переносятся в другую среду для культивирования до стадии бластоцисты.
Рис.3 Слева эмбрион отличного качества – оценка 8; Эмбрион по центру имеет небольшую фрагментацию – оценка 6 Sl Fr; Справа эмбрион сильно фрагментирован, подсчет бластомеров затруднен.
4 день. Дальнейшее культивирование эмбрионов.
К 4 дню процесс компактизации должен быть завершен, и эмбрион достигает стадии морулы.
Рис 4. Две отлично сформированные морулы.
5 день. Культивирование эмбрионов и перенос.
К этому времени эмбрион должен развиться до стадии бластоцисты. На основании морфологических признаков делается оценка возможности бластоцисты к дальнейшему развитию и принимается решение о ее пригодности к переносу в полость матки или витрификации (заморозке). Бластоцисты имеют цифровую и буквенную оценки.
Оценка степени развития бластоцисты и статуса хэтчинга (вылупления из оболочки):
1 – ранняя бластоциста: бластоцель меньше половины объема эмбриона (eBl);
2- бластоциста: бластоцель больше половины объема эмбриона (Bl 2);
3- полная бластоциста: бластоцель полностью заполняет эмбрион (Bl 3)$
4- экпандированная бластоциста: бластоцель полностью заполняет эмбрион, истончение зоны внешней оболочки (Bl 4 и Bl 5)
5- вылупляющаяся бластоциста: трофэктодерма начинает выступать их зоны вншней оболочки (Bl 5);
Оценка внутренне клеточной массы:
А – много плотно упакованных клеток;
B – несколько свободно сгруппированных клеток;
C – мало клеток, клетки плохо сгруппированы.
Оценка трофэктодермы:
А – много клеток, формирующих связанный эпителий;
В — несколько клеток, формирующих свободный эпителий;
C — несколько клеток серповидной формы.
Таким образом, эмбрион получает тройную оценку: BL 5АА
Развитие эмбриона после ЭКО по дням
Эмбриологический лист отражает все этапы работы, которые эмбриолог провел с клетками и эмбрионами пациента. В него заносится информация с момента получения ооцитов и спермы до момента переноса или криоконсервации эмбрионов, а именно оценка полученных ооцитов в день пункции, данные спермограммы, метод оплодотворения, оценка оплодотворения и этапы развития каждого эмбриона до 6го дня. По сути, это все, что происходит с вашими клетками и эмбрионами в лаборатории.
Эта информация помогает эмбриологам контролировать программу ЭКО, а также в случае неудачной попытки правильно подготовить пациента к следующей: внести необходимые изменения в протокол.
Насколько подробная информация занесена в эмбриологический лист хорошо говорит о контроле качества в лаборатории. Чем больше информации занесено, тем лучше и качественнее эмбриологи могут провести статистический анализ данных, исключить ошибки на ранних этапах и в последующем улучшить протоколы процедур. История развития каждого эмбриона позволяет выбрать лучший эмбрион.
Что происходит в «0 день»?
В этот день у женщины на пункции получают яйцеклетки, которые окружены гранулезными клетками (кумулюсом). Из-за плотного слоя гранулезных клеток качество и зрелость яйцеклеток сразу определить точно невозможно, их не видно. Мужчины сдают сперму, и по показателям спермограммы эмбриолог принимает решение о методе оплодотворения: ЭКО, ИКСИ или ИМСИ. В зависимости от метода оплодотворения яйцеклетки либо очищаются от гранулезных клеток (ИКСИ, ИМСИ, ПИКСИ), либо нет (ЭКО). После чистки проводится точная оценка состояния ооцита.
Ооциты могут быть зрелыми (MII), незрелыми (MI и GV) или дегенеративными (Deg).
Стадии созревания ооцита в фолликуле
Возможные изменения в наружной оболочке ооцита
В зрелых, готовых к оплодотворению ооцитах определяется первое полярное тельце. В эмбриологическом протоколе зрелый ооцит обозначают MII. В ядрах зрелых ооцитов 23 хромосомы, в незрелых — 46 хромосом, поэтому их использование неэффективно. При нарушениях процессов созревания ооцита в фолликуле или при неправильно введеном триггере (ХГЧ) при стимуляции существует большая вероятность получения незрелых клеток, обозначаемых — MI и GV. Возможна и полная дегенерация ооцита (Deg).
При проведении ИКСИ или ИМСИ в каждую зрелую клетку эмбриолог вводит один сперматозоид. При ЭКО к неочищенным клеткам добавляют обработанные специальными растворами сперматозоиды. Затем оплодотворенные яйцеклетки ставят в инкубатор.
Оплодотворение при ЭКО и ИКСИ
Что происходит в «1 день»?
Через 18-20 часов после добавления сперматозоидов или ИКСИ (1-е сутки) оценивают произошло оплодотворение или нет. Если оплодотворение прошло нормально образуются два пронуклеуса. Это предшественники ядер будущих клеток-бластомеров, на которые начинает делиться оплодотворенная яйцеклетка. При правильном оплодотворении оба пронуклеуса четко различимы, их обозначают 2pN.
Если пронуклеусов не видно, то скорее всего оплодотворение не случилось (0pN). Иногда мы наблюдаем 1 пронуклеус (1 pN), в этом случае оплодотворение произошло, но за такими эмбрионами нужно пристально наблюдать, как правило, они имеют сниженный потенциал развития. Если мы наблюдаем 3 и более пронуклеусов, то оплодотворение произошло неправильно. «Неправильно» оплодотворенные ооциты не пригодны для дальнейшей работы и утилизируются.
Образование пронуклеусов у эмбриона 1-го дня
Что происходит на «2 день»?
Деление эмбриона на второй день
Что происходит на «3 день»?
Эмбрионы продолжают делиться. Оценка качества эмбрионов проводится через 72-74 часа после оплодотворения. В идеале дробление эмбриона должно быть симметричным (получаются бластомеры одинакового размера) и равномерным (все бластомеры претерпевают деление).
Для третьего дня культивирования перспективными считаются эмбрионы с восьмью и более бластомерами (8А, 8В, 9А, 9В, 10А, 10В).
Дробление эмбриона на 3 день
Эмбрион высокого и низкого качества
Что происходит на «4 день»?
Компактизация эмбриона на 4 день
Что происходит на «5 и 6 день»?
На пятые-шестые сутки, в идеале через 120 часов и более после оплодотворения эмбрион образует бластоцисту. Это стадия развития эмбриона, эмбрион на этой стадии похож на полый шар, внутри которого к стенке прикрепляется плотный комок клеток (внутриклеточная масса), стенки большого шара называют трофэктодермой. Впоследствии трофэктодерма участвует в образовании плаценты, а внутриклеточная масса — в образовании плода.
Оценка качества бластоцист учитывает ее размер, который отражается цифрами от 1 до 5; состояние внутренней клеточной массы (ВКМ) (от «A» до «С») (первая заглавная буква) и окружающих ее клеток – трофэктодермы (от «A» до «C»)(вторая заглавная буква).
Лучшими для переноса будут бластоцисты размера от 3 до 6, имеющие многоклеточную ВКМ и трофэктодерму – 5AA, 5AB, 5BB, 4AA, 4AB, 4BB, 3AA, 3AB, 3BB, 6AA, 6AB, 6BB.
Образование бластоцисты на 5-6 день
Оценка качества бластоцисты второго размера
Оценка качества бластоцисты третьего размера
Оценка качества бластоцисты четвертого размера
Оценка качества бластоцисты пятого размера
Оценка качества бластоцисты шестого размера
Когда делают перенос (обозначение ET)?
Перенос можно делать в любой день развития. Вероятность беременности выше при переносе на 5 день развития. Для успешной имплантации бластоцисте необходимо выйти из окружающей ее блестящей оболочки и закрепиться в эндометрии. Эмбриолог может помочь бластоцисте выйти из оболочки, сделав отверстие. Данная процедура называется хетчинг. Ее проводят непосредственно перед переносом.
Когда эмбрионы замораживают?
Обычно замораживают эмбрионы на 5-6 день развития, когда они достигают стадии бластоцисты. Таким образом, эмбрионы живут в лаборатории максимум 7 дней. В итоге, на эмбриологическом листе можно увидеть таблицу, в которой каждая манипуляция фиксируется. Судьбу и развитие каждого эмбриона можно проследить. Такое возможно, если в лаборатории не используется групповое культивирование эмбрионов, а каждый эмбрион занимает свою каплю со средой.
Культивирование эмбрионов
Процесс культивирования эмбрионов непосредственно относится к процедуре искусственного оплодотворения. На сегодняшний день, бесплодие одного из партнёров больше не является окончательным вердиктом в вопросе возможности иметь детей, так как, благодаря достижениям медицины, доступными являются процедуры оплодотворения яйцеклеток в искусственных условиях, в том числе, метод экстракорпорального оплодотворения (метод ЭКО).
Именно ЭКО считается одним из наиболее эффективных способов зачатия ребёнка парами, в которых, в силу наличия некоторых патологий или заболеваний, женщина не может зачать или выносить плод, или же мужчина имеет репродуктивные проблемы. Такой способ является методом преодоления бесплодия, но он не лечит его.
Общее понятие об ЭКО: этапы процедуры, показания к назначению
Экстракорпоральное оплодотворение подразумевает, что само зачатие происходит не в женском организме, а в условиях лаборатории. Если в силу определённых обстоятельств женщина не может забеременеть, а устранение этих факторов затруднено или невозможно, ЭКО даёт высокие шансы выносить и родить малыша даже с наличием некоторых проблем со здоровьем у мужчины или у женщины.
ЭКО назначается в случаях, когда у пациентки диагностирована непроходимость маточных труб, либо если они были удалены, если у мужчины отмечается низкое количество или малая активность сперматозоидов, или же если ранее осуществлялось 2-4 цикла стимуляции овуляции или внутриматочной инсеминации, но они прошли безуспешно.
Если у женщины выявлено малое количество яйцеклеток, этот фактор может быть показанием к проведению ЭКО с использованием донорских яйцеклеток.
ЭКО эффективно и при эндометриозе – заболевании, вызывающем неконтролируемое разрастание слизистой оболочки матки.
Вся процедура является достаточно сложной и длительной, она осуществляется в несколько этапов, расположенных в строгой последовательности.
Изначально пара проходит общее клинико-биохимическое обследование, чтобы обнаружить наличие показаний или противопоказаний к ЭКО. Следующим шагом является разработка протокола ЭКО – под этим термином понимается режим введения гормональных препаратов, призванных стимулировать яичники на выработку яйцеклеток. Препараты могут вводиться перорально, внутривенно, внутримышечно, обязательно в строго определённом порядке и под наблюдением доктора.
Как только яйцеклетки созревают, их извлекают хирургическим путём, и подвергают оплодотворению мужской спермой в лабораторных условиях.
Следующий этап – культивирование эмбрионов в стерильной среде инкубатора. В среднем, этот период занимает от 2 до 6 дней. Всё это время оплодотворённые яйцеклетки находятся под наблюдением специалистов-репродуктологов.
По достижению эмбрионами нужной стадии развития, они переносятся в полость матки женщины. Обычно в матку вживляются два эмбриона, второй переносится туда спустя некоторое время после первого, чтобы увеличить вероятность беременности.
Далее медики переходят к поддержке лютеиновой фазы менструального цикла – этапа, когда организм производит гормональную подготовку матки к беременности.
Суть процесса культивирования эмбрионов
Процесс культивирования представляет собой создание условий для оплодотворения яйцеклетки, а также наблюдение за развитием из неё эмбрионального организма. Особенность этого процесса заключается в том, что клеточное развитие происходит не в естественных условиях, а в искусственно созданной среде. Состав и качество такой среды идентичны содержимому маточных труб, состоянию стенок и полости матки.
Как происходит подготовка к забору (пункции) яйцеклеток
Культивирование эмбрионов подразумевает необходимость физического изъятия яйцеклетки из яичника женщины. Подобная процедура требует обязательной подготовки, правила которой женщина начинает соблюдать заранее. За пять дней следует избегать половых актов, отказаться от употребления спиртного, жареной, копчёной, жирной пищи. Запрещено посещать баню, сауну, принимать горячие ванны.
Накануне процедуры следует:
Утром перед пункцией запрещено курить, кушать, пить, жевать жевательную резинку. Если женщина носит контактные линзы, на время операции их лучше не надевать.
Дата проведения процедуры должна соотноситься со временем естественной овуляции.
Техника проведения пункции яйцеклеток
По сути, процедура не особенно отличается от трансвагинального УЗИ. Во влагалище пациентке вводится специальный датчик, который выводит на экран аппарата изображение. Однако, в отличие от УЗИ, датчик имеет специальную насадку – устройство для пунктирования.
Пациентку могут погрузить в состояние медикаментозного сна, или осуществить местное обезболивание, так как сама по себе процедура причиняет некоторый дискомфорт и болевые ощущения.
Проведя осмотр близлежащих органов, медик изучает состояние, размеры и расположение яичников непосредственно перед пункцией.
Далее доктор, используя направляющую линию датчика, определяет точность попадания пункционной иглы в фолликул. После этого, из устройства выдвигается сама игла, которая прокалывает стенку влагалища и фолликул.
Прибор всасывает в себя содержимое фолликула по такому же принципу, как происходит забор крови из вены – давлением воздуха. Аспирационная игла втягивается в прибор, после чего он извлекается из влагалища. Содержимое фолликула, вместе с яйцеклеткой, определяется в специальную стерильную пробирку. Процедура повторяется, пока нужное количество яйцеклеток не будет изъято из фолликула.
Весь процесс обычно длится 10-15 минут. Если же у женщины присутствует большое количество созревших яйцеклеток, процедура пункции может продолжаться и 40-50 минут.
В следующие два дня после операции, женщина может ощущать слабость, тянущие боли в нижней части живота, сонливость. Допускаются незначительные кровянистые выделения из влагалища.
Этап культивирования эмбрионов в процессе осуществления ЭКО
После забора яйцеклеток, их подвергают оплодотворению – обычно это происходит через несколько часов после пункции. С момента, когда доктор проводит оценку факта наступления оплодотворения, отсчитывается начало этапа культивирования. День процедуры пункции фолликулов считается нулевым.
В целом, этап культивирования занимает до шести дней.
Первый день. Доктор осматривает ооциты (яйцеклетки, которые подвергались оплодотворению). У большинства из них уже обнаруживаются признаки успешного оплодотворения. Однако, из всех наличествующих ооцитов, примерно 10-15% являются непригодными для дальнейшей культивации, так как являются незрелыми или имеют дегенеративные формы.
Через 16-20 часов после инсеминации у яйцеклеток наблюдается стадия презиготы: в клетке уже присутствуют мужской и женский типы генетического материала, которые ещё не слились в единое целое. В таком случае считается, что оплодотворение прошло успешно.
Существуют случаи, когда одну яйцеклетку оплодотворяют два и более сперматозоида – такие зародыши отбраковываются и не участвуют в дальнейшем в процессе культивации. Возможно и полное отсутствие результата инсеминации, когда не оплодотворяется ни одна яйцеклетка.
В этот период времени оплодотворённую клетку могут подвергнуть консервации. Крайне редко в первый день осуществляется перенос зиготы в женский организм: во-первых, на этой стадии эмбрион ещё должен некоторое время находиться в маточных трубах, а не в матке, во-вторых, медики предпочитают ждать наступления этапа естественной выбраковки эмбрионов, а также проявления у них любых показателей, по которым можно отобрать наиболее удачный для дальнейшей беременности эмбрион.
Второй день. В оплодотворённых яйцеклетках происходит их дробление на две части – бластомеры. В этот период медики уже могут оценить качество зародыша по соотношению объёма зародыша к безъядерным фрагментам в цитоплазме. Клетки, в которых количество безъядерных элементов превышает по объёму сам зародыш, считаются материалом с низким потенциалом к имплантации.
Если на второй день возможно отобрать одну или две яйцеклетки подходящего качества, их могут уже вживить в женский организм.
Третий день. В это время количество оплодотворённых бластомеров приближается к 6-8 клеткам. В течении первых двух дней развитие эмбриона происходило за счёт ресурсов, накопленных яйцеклеткой в период её созревания в яичнике. Если у клетки присутствуют хромосомные патологии, на третий день она останавливается в развитии, то есть в действие вступает так называемый процесс естественной отбраковки.
Долгое время с момента изобретения метода ЭКО, трансплантация эмбриона происходила именно в этот день, так как более длительный процесс культивирования был недоступен из-за несовершенства существующей на тот момент лабораторной техники. Сейчас эта проблема решена развитием более современных технологий ЭКО.
Четвёртый день. Количество бластомеров доходит до 16 штук. В этот период начинается процесс компактизации клеток. Он заключается в том, что межклеточные контакты уплотняются, а поверхность эмбриона сглаживается. Четвёртый день характеризуется также началом стадии морулы. В женском организме в это время зародыш переходит по маточным трубам в полость матки. Именно поэтому имплантация эмбриона часто происходит именно в такой момент. В конце четвёртого дня в моруле образуется полость.
Пятый и шестой день. Зародыш переходит в стадию бластоцисты, когда объём внутренней полости морулы достигает более 50% общего её объёма. Бластоциста состоит из трофэктодермы и эмбриобласта.
Трофэктодерма относится к внешнему слою эмбриона – она отвечает за его прикрепление к эпителию матки. Эмбриобласт формирует начальное развитие тело плода, и представляет собой совокупность клеток внутри трофэктодермического пузыря.
На этом заключительном этапе процесса культивации у медиков есть возможность оценить качество бластоцисты по размеру её полости, по степени развития её составных частей (трофэктодермы и эмбриопласта).
Наиболее эффективно имплантация зародыша осуществляется именно на пятый или шестой день культивации.
По статистике, каждый второй эмбрион шестого дня помещается в матку с дальнейшим успешным исходом. Таким образом удаётся избежать проявлений многоплодия и переноса большого количества эмбрионов в матку для увеличения степени успешности процедуры ЭКО.
Криокультивация эмбрионов: процесс консервации
В некоторых случаях инсеминация яйцеклеток даёт больше 2-3 успешно оплодотворённых зародышей. В случае, если их количество достигает 8-10 штук, медики могут рекомендовать заморозить их. Если первая процедура ЭКО пройдёт неудачно, у пары уже будет материал для следующей попытки.
Для заморозки подходят яйцеклетки, только что прошедшие процесс оплодотворения, бластоцисты, а также четырёх- и восьмиклеточные эмбрионы.
Процесс переноса ранее замороженных яйцеклеток требует некоторой подготовки, при этом пункция и стимуляция яичников исключается. Для женщин с нормальным менструальным циклом и овуляцией, перенос законсервированных зародышей назначается на 7-10 день с начала цикла овуляции.
Если же цикл нарушен, сперва его восстанавливают посредством проведения гормональной терапии.
Проведение ЭКО с использованием замороженных клеток несколько снижает шансы успешного достижения беременности.
Успешность лабораторного этапа ЭКО, в том числе, процесса культивации эмбрионов, зависит от качества исходного биологического материала – сперматозоидов и яйцеклеток, а также от опыта и квалификации медиков, осуществляющих процесс культивации. Культивация занимает до 6 дней, при этом наиболее успешно проходит имплантация, осуществлённая именно на пятый или шестой день развития зародыша.
