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Come prevedere il successo per la fecondazione in vitro
La scelta degli embrioni per la fecondazione in vitro (IVF) è piena di incertezze. Il processo ha solo un tasso di successo del 35% e il trasferimento di più di un embrione per aumentare le probabilità di successo dell'impianto aumenta le possibilità di una donna di avere nascite multiple o di richiedere un aborto selettivo.
Monitoraggio delle uova: In alto ci sono le immagini time-lapse di un singolo embrione, e in basso ci sono i risultati di monitoraggio sovrapposti prodotti utilizzando il software di analisi delle immagini sviluppato presso la Stanford University.
Analizzando i video time-lapse delle uova fecondate mentre si sviluppano, un team di ricercatori della Stanford University School of Medicine ha identificato tre traguardi specifici che le uova devono raggiungere per formare una blastocisti, una fase critica. Il team ha creato un algoritmo per monitorare i progressi degli embrioni e afferma che questo algoritmo può prevedere quale si svilupperà in una blastocisti e quale morirà con una certezza del 93%. La tecnica potrebbe essere utilizzata per migliorare il processo decisionale in clinica, che attualmente si basa sulla valutazione soggettiva della qualità di un embrione.
Per ragioni sconosciute, gli embrioni umani hanno un tasso di fallimento particolarmente elevato e tra la metà e più di due terzi degli embrioni di fecondazione in vitro non riescono a raggiungere lo stadio di blastocisti. Attualmente, gli embrioni vengono solitamente scelti in base al loro aspetto visivo, che viene controllato in punti specifici del loro sviluppo. Renee Reijo Pera , dell'Institute for Stem Cell Biology and Regenerative Medicine di Stanford, e autore principale del nuovo lavoro, che è pubblicato in Biotecnologie naturali, afferma che anche se vengono utilizzati segnali visivi per valutare gli embrioni nella clinica, c'era una scarsità di dati di imaging sul corso completo del loro progresso.
Per capire meglio come appaiono gli embrioni nel tempo, il suo team ha studiato una serie di 242 embrioni unicellulari che erano stati congelati da 12 a 18 ore dopo la fecondazione. Gli embrioni ora vengono solitamente congelati dopo che hanno avuto la possibilità di svilupparsi per tre o cinque giorni; lo scongelamento e l'osservazione degli embrioni mentre erano ancora nella fase unicellulare ha permesso ai ricercatori di monitorare i loro progressi fin dalle prime fasi dello sviluppo.
Il team ha acquisito immagini time-lapse delle cellule utilizzando la microscopia in campo oscuro, una tecnica utile per l'imaging di cellule vive. La prima autrice Connie Wong ha condotto un'analisi delle immagini per identificare i parametri visivi che corrispondevano alla sopravvivenza e alla formazione riuscita di una blastocisti al quinto giorno. Su 10 parametri studiati, i ricercatori hanno scoperto che tre di essi sono fondamentali per il successo. Tutti legati al tempo: la fase finale della divisione cellulare, in cui la cellula si separa fisicamente in due; l'intervallo tra il primo e il secondo ciclo di divisione cellulare; e l'intervallo tra la seconda e la terza divisione cellulare.
Kevin Loewke, un borsista post-dottorato ora all'Auxogyn a Menlo Park, in California, ha sviluppato un metodo per misurare automaticamente i tre parametri utilizzando un algoritmo di analisi delle immagini. Loewke afferma che la sfida nel tracciare il progresso delle cellule è convertire immagini microscopiche bidimensionali in informazioni sulla struttura tridimensionale dell'embrione, soprattutto perché più cellule possono bloccarsi l'un l'altra alla vista. La sua soluzione è stata quella di creare un modello predittivo di ogni cellula dell'embrione e utilizzare il modello per determinare i tempi di ogni pietra miliare. L'algoritmo è stato concesso in licenza da Auxogen, che prevede di sviluppare un prodotto che utilizzerebbe l'approccio per determinare la vitalità dell'embrione.
Tutti i parametri scoperti dal team si sono verificati prima del secondo giorno di sviluppo dell'embrione. Molte cliniche coltivano l'embrione fino a raggiungere lo stadio di blastocisti al quinto giorno, ma alcuni scienziati ritengono che passare troppo tempo in coltura potrebbe aumentare il rischio di un'espressione genica alterata nel neonato. Il vantaggio è che, se puoi prevedere la formazione di blastocisti entro il secondo giorno, puoi eliminarla prima dall'ambiente artificiale, afferma Marcelle Cedars , direttore della Divisione di Endocrinologia Riproduttiva e Infertilità presso l'Università della California, San Francisco, che non è stato coinvolto nello studio.
Ma Cedars afferma che, anche nei pazienti più giovani, il 50 percento degli embrioni che arrivano allo stadio di blastocisti non si impianta. La domanda è se prevedere lo sviluppo in una blastocisti sarà anche predire il successo dell'impianto. È a metà strada, ma non ti dice se questo farà un bambino, dice. Altri metodi di screening degli embrioni includono l'analisi genetica di una biopsia o la misurazione di fattori molecolari nel mezzo di coltura che circonda gli embrioni. Cedars afferma che nessuno di questi si è finora dimostrato efficace nell'aumentare i tassi di gravidanza.
Come parte del loro studio, i ricercatori di Stanford hanno anche analizzato l'espressione genica nelle cellule in diverse fasi dello sviluppo embrionale. I parametri che hanno scoperto si sono verificati tutti in un momento in cui gli embrioni non avevano ancora attivato i propri geni e si basavano sull'istruzione genetica dell'uovo. Cedars afferma che questa scoperta rafforza l'idea che il più grande fattore per avere un buon embrione sia l'uovo.
Gli scienziati hanno anche scoperto che in queste prime fasi dello sviluppo, le cellule dell'embrione agiscono in modo autonomo, esprimendo i geni in tempi diversi. Questa mancanza di coordinamento potrebbe aiutare a spiegare perché alcuni embrioni se la cavano così male.