Nghiên cứu động học hình thái phôi có phân chia bất thường giai đoạn sớm và khả năng hình thành phôi nang

1. MỞ ĐẦU

Hệ thống ghi hình time-lapse cho phép quan sát liên tục, không xâm lấn quá trình phát triển của phôi trong thụ tinh ống nghiệm, cung cấp thông tin động học hình thái chi tiết về thời điểm và trình tự của các sự kiện phân chia. So với phương pháp đánh giá tĩnh truyền thống, theo dõi time-lapse cải thiện độ phân giải theo thời gian và giúp phát hiện các bất thường tinh tế có thể bị bỏ sót trong những lần quan sát định kỳ. Trong số các bất thường sớm này, phân chia trực tiếp (direct cleavage – DC) là khi một phôi bào phân chia từ một thành ba tế bào trong một chu kỳ tế bào và phân chia ngược (reverse cleavage – RC)  là hiện tượng hai phôi bào hợp nhất trở lại thành một, được xem là những dấu hiệu của rối loạn kiểm soát chu kỳ tế bào và giảm năng lực phát triển của phôi. Phân chia chậm (delayed cleavage – DE), thường được định nghĩa là sự chậm đạt được số lượng tế bào vào ngày 2, có thể phản ánh sự rối loạn rộng hơn của các lần nguyên phân sớm.

Tuy nhiên, các bằng chứng hiện nay vẫn chưa thống nhất về mức độ và ý nghĩa lâm sàng của những hiện tượng này. Một số nghiên cứu ghi nhận mối liên quan giữa DC và RC với tỷ lệ tạo phôi nang thấp hơn và hình thái phôi nang kém hơn, trong khi các nghiên cứu khác chỉ ghi nhận tác động nhẹ hoặc phụ thuộc vào bối cảnh, chịu ảnh hưởng bởi điều kiện phòng lab IVF, tiêu chí ghi nhận và đặc điểm bệnh nhân hoặc chu kỳ điều trị. Việc làm rõ các mối liên quan này có ý nghĩa quan trọng trong việc tối ưu hóa chiến lược lựa chọn phôi cũng như trong việc hiểu cách mà động học phân chia sớm ảnh hưởng đến các mốc phát triển về sau.

Nghiên cứu này nhằm đánh giá mối liên quan giữa các kiểu phân chia sớm cụ thể: phân chia chậm, phân chia trực tiếp và phân chia ngược  với khả năng hình thành phôi nang và chất lượng phôi nang, thông qua theo dõi time-lapse trên các chu kỳ thụ tinh ống nghiệm ICSI tại Khoa Hỗ trợ sinh sản, Bệnh viện Vinmec Times City. Chúng tôi giả thuyết rằng các phôi biểu hiện bất kỳ kiểu bất thường nào trong số này sẽ có tỷ lệ tạo phôi nang thấp hơn và tỷ lệ phôi nang chất lượng tốt giảm so với các phôi có phân chia bình thường.

2. NỘI DUNG CHÍNH

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu hồi cứu này phân tích dữ liệu time-lapse của các phôi được tạo ra từ các chu kỳ tiêm tinh trùng vào bào tương noãn (Intracytoplasmic Sperm Injection – ICSI) thực hiện trong giai đoạn từ tháng 1/2021 đến tháng 12/2023 tại Khoa Hỗ trợ sinh sản, Bệnh viện Vinmec Times City. Phôi được đưa vào phân tích nếu có thụ tinh bình thường (2 tiền nhân – 2PN) và có đầy đủ dữ liệu động học hình thái từ thời điểm mờ tiền nhân cho đến giai đoạn phôi nang. Các tiêu chí loại trừ bao gồm: chu kỳ sử dụng noãn hiến, thụ tinh bất thường, ghi nhận dữ liệu không đầy đủ.

Phôi được nuôi cấy riêng lẻ trong tủ nuôi cấy time-lapse Geri® (Genea Biomedx, Úc) dưới điều kiện ổn định (37°C, 6% CO₂, 5% O₂). Hình ảnh được ghi nhận theo các khoảng thời gian định kỳ ở nhiều mặt phẳng tiêu cự và được chú thích bằng phần mềm của nhà sản xuất theo các quy trình chuẩn hóa.

Các kiểu phân chia sớm được phân loại dựa trên dữ liệu time-lapse như sau:

• Phân chia chậm (Delayed cleavage – DE): phôi có ≤ 2 tế bào tại thời điểm 44 ± 1 giờ sau ICSI (ngày 2).
• Phân chia trực tiếp (Direct cleavage – DC): một phôi bào phân chia bất thường từ 1 -> 3 tế bào trong một chu kỳ tế bào.
• Phân chia ngược (Reverse cleavage – RC): hiện tượng hai phôi bào hợp nhất trở lại thành một tế bào.
• Các phôi không có bất kỳ bất thường nào nêu trên được xếp vào nhóm phân chia bình thường (Normal cleavage – NC), đặc trưng bởi các lần phân chia đều đặn.

Kết cục chính là tỷ lệ tạo phôi nang, được định nghĩa là tỷ lệ phôi đạt đến giai đoạn phôi nang vào ngày 5 hoặc ngày 6. Kết cục phụ là tỷ lệ phôi nang chất lượng tốt, được đánh giá theo tiêu chuẩn Gardner và Schoolcraft; các phôi có phân độ ≥ 3BB được xếp loại chất lượng tốt. Các đặc điểm nhân khẩu học và chu kỳ điều trị được mô tả nhằm cung cấp bối cảnh cho các phân tích ở mức độ phôi.

Trong phân tích thống kê, các biến liên tục được trình bày dưới dạng trung bình ± độ lệch chuẩn, còn các biến phân loại được trình bày bằng tần suất và tỷ lệ phần trăm. So sánh giữa các nhóm sử dụng các kiểm định tham số hoặc phi tham số phù hợp với phân bố dữ liệu đối với biến liên tục, và kiểm định Chi-square hoặc Fisher’s exact test đối với biến phân loại. Mối liên quan giữa kiểu phân chia và khả năng tạo phôi nang được phân tích bằng hồi quy logistic. Các mô hình đa biến được hiệu chỉnh theo tuổi mẹ (biến liên tục). Tất cả các giá trị OR được báo cáo đều đã được hiệu chỉnh theo tuổi, trừ khi có ghi chú khác. Ngưỡng ý nghĩa thống kê được xác định là p < 0.05 (hai phía).

Kết quả

Tổng cộng 1,539 phôi từ 192 chu kỳ ICSI được phân tích bằng hệ thống theo dõi time-lapse. Trong số này, 57.3% (882/1,539) phôi có phân chia bình thường, trong khi 42.7% (657/1,539) phôi biểu hiện ít nhất một sự kiện phân chia bất thường. Cụ thể, 2.2% (34/1,539) phôi có phân chia chậm (DE), 18.3% (282/1,539) có phân chia trực tiếp (DC), 11.6% (178/1,539) có phân chia ngược (RC), 2.6% (40/1,539) có đồng thời DE và DC, 1.2% (19/1,539) có đồng thời DE và RC, 6.2% (96/1,539) có đồng thời DC và RC, và 0.5% (8/1,539) biểu hiện cả ba bất thường.

Tỷ lệ tạo phôi nang chung của toàn bộ phôi là 75.3% (1,159/1,539). Các phôi có phân chia bình thường cho thấy tỷ lệ tạo phôi nang cao hơn rõ rệt so với các phôi có bất kỳ bất thường nào. Cụ thể, tỷ lệ tạo phôi nang đạt 91.3% ở nhóm phân chia bình thường, so với 20.6% ở nhóm DE (OR 0.025, 95% CI 0.01–0.06, p < 0.001), 55.7% ở nhóm DC (OR 0.12, 95% CI 0.09–0.17, p < 0.001), và 77.5% ở nhóm RC (OR 0.33, 95% CI 0.22–0.50, p < 0.001). Khi phôi có nhiều bất thường cùng tồn tại, tỷ lệ tạo phôi nang càng giảm thêm. Các phôi có DE và DC đạt phôi nang ở 12.5% trường hợp (OR 0.14, 95% CI 0.01–0.04, p < 0.001), trong khi các phôi có DE và RC chỉ đạt 10.5% (OR 0.01, 95% CI 0.003–0.05, p < 0.001). Các phôi có DC và RC có tỷ lệ tạo phôi nang là 43.8% (OR 0.07, 95% CI 0.05–0.12, p < 0.001), và các phôi biểu hiện cả ba bất thường (DE, DC và RC) đạt 37.5% (OR 0.06, 95% CI 0.01–0.25, p < 0.001).

Tỷ lệ phôi nang chất lượng tốt khác biệt rõ rệt giữa các kiểu phân chia sớm (Hình 1). Các phôi có phân chia bình thường (NC) đạt tỷ lệ phôi nang chất lượng tốt cao nhất (82.9%), trong khi các phôi có phân chia chậm (DE), phân chia trực tiếp (DC) và phân chia ngược (RC) cho thấy tỷ lệ thấp hơn đáng kể, lần lượt là 57.1%, 42.0% và 63.8% (p < 0.001 cho tất cả các so sánh với NC). Khi phôi đồng thời biểu hiện hai bất thường phân chia (Hình 2), tỷ lệ phôi nang chất lượng tốt giảm mạnh hơn nữa. Không ghi nhận phôi nang chất lượng tốt ở các nhóm DE+DC và DE+RC, trong khi chỉ 33.3% phôi thuộc nhóm DC+RC phát triển thành phôi nang chất lượng tốt (p < 0.001 so với NC). Các kết quả này cho thấy sự hiện diện và mức độ chồng lấp của các bất thường phân chia sớm có ảnh hưởng bất lợi rõ rệt đến chất lượng phôi nang.
Hình 1. Tỷ lệ phôi nang chất lượng tốt theo các kiểu phân chia sớm.
Hình 2. Tỷ lệ phôi nang chất lượng tốt ở các phôi biểu hiện đồng thời hai bất thường phân chia sớm.

Nhìn chung, các phôi không có bất thường phân chia cho thấy tiềm năng phát triển cao nhất, trong khi các phôi có một hoặc nhiều bất thường, đặc biệt liên quan đến phân chia chậm, có khả năng hình thành phôi nang thấp hơn rõ rệt.

3. BÀN LUẬN

Nghiên cứu này đánh giá mối liên quan giữa các bất thường phân chia sớm gồm phân chia chậm (delayed cleavage, DE), phân chia trực tiếp (direct cleavage, DC) và phân chia ngược (reverse cleavage, RC) với sự phát triển phôi nang thông qua theo dõi time-lapse trong các chu kỳ thụ tinh ốn nghiệm ICSI. Kết quả cho thấy các bất thường này liên quan chặt chẽ đến sự suy giảm tỷ lệ tạo phôi nang, đặc biệt khi nhiều bất thường cùng tồn tại; trong khi đó, các phôi phân chia bình thường thể hiện tiềm năng phát triển cao nhất, khẳng định giá trị tiên lượng của động học phân chia sớm.

Các phát hiện này phù hợp với các nghiên cứu trước đây cho thấy các kiểu phân chia bất thường phản ánh rối loạn nguyên phân nội tại, dẫn đến suy giảm phát triển về sau. Desai và cộng sự ghi nhận DC và RC liên quan đến tỷ lệ tạo phôi nang, tỷ lệ nguyên bội và làm tổ thấp hơn, gợi ý sai lệch kiểm soát chu kỳ tế bào và phân ly nhiễm sắc thể [1]. Tương tự, Lagalla và cộng sự báo cáo mối liên quan chặt chẽ giữa các bất thường phân chia sớm và chất lượng phôi nang kém hơn [2].

Trong ba loại bất thường, DE cho thấy ảnh hưởng bất lợi rõ rệt nhất đến khả năng tạo phôi nang, phù hợp với các bằng chứng cho rằng phân chia chậm phản ánh năng lực bào tương không tối ưu và rối loạn chức năng ty thể [3,4]. Watanabe và cộng sự cũng chứng minh rằng các phôi có phân chia chậm có tiềm năng phát triển giảm đáng kể ngay cả khi hình thái ban đầu chấp nhận được [4]. Phân chia ngược DC đặc trưng bởi sự phân chia 1 -> 3 tế bào, được cho là bắt nguồn từ bất thường thoi vô sắc ba cực, gây phân bố DNA không đồng đều và ngừng phát triển phôi [2], đồng thời đi kèm với thay đổi biểu hiện gen liên quan đến kiểm soát thoi phân bào và sửa chữa DNA [5].

Phân chia ngược RC cho thấy mức độ ảnh hưởng bất lợi thấp hơn so với DE hoặc DC, tương đồng với các báo cáo cho rằng một số phôi RC vẫn có khả năng tự điều chỉnh và phát triển tiếp [6,7]. Tuy nhiên, khi RC đồng thời xuất hiện với DC hoặc DE, tỷ lệ tạo phôi nang giảm đáng kể, cho thấy tác động cộng gộp của nhiều sai sót nguyên phân. Ở mức độ phân tử, các bất thường động học phân chia liên quan đến rối loạn chuyển hóa ty thể, kiểm soát nguyên phân và tăng nguy cơ khảm có nguồn gốc từ nguyên phân [5,8], củng cố vai trò của morphokinetics như một dấu ấn sinh học không xâm lấn của sự bất ổn phát triển.

Từ góc độ lâm sàng, theo dõi time-lapse cho phép phát hiện các bất thường phân chia sớm có thể bị bỏ sót khi đánh giá tĩnh truyền thống [9]. Các tổng quan hệ thống và nghiên cứu quy mô lớn cho thấy các tham số động học như thời điểm phân chia sớm và tính đồng bộ chu kỳ tế bào có giá trị dự báo sự phát triển phôi nang và tiềm năng làm tổ [9,10]. Tuy nhiên, các bất thường phân chia sớm nên được xem là yếu tố nguy cơ mang tính xác suất hơn là tiêu chí loại trừ tuyệt đối, đặc biệt khi phôi vẫn đạt hình thái phôi nang chất lượng cao.

Nghiên cứu này còn một số hạn chế, bao gồm thiết kế hồi cứu tại một trung tâm, phân tích ở mức độ phôi với hiệu chỉnh hạn chế các yếu tố bệnh nhân, ghi nhận động học thủ công và chưa đánh giá các kết cục lâm sàng xa hơn như làm tổ hoặc sinh sống. Do đó, các nghiên cứu tiền cứu đa trung tâm, tích hợp ghi nhận tự động hoặc trí tuệ nhân tạo, đồng thời liên kết động học phân chia sớm với các kết cục di truyền và lâm sàng, là cần thiết để làm rõ hơn ý nghĩa ứng dụng của các phát hiện này [8,10].

4. KẾT LUẬN

Theo dõi phôi bằng hệ thống nuôi cấy time-lapse cung cấp những hiểu biết quan trọng về động học phát triển sớm của phôi. Trong các bất thường được ghi nhận, phân chia chậm và phân chia trực tiếp gây ảnh hưởng bất lợi rõ rệt nhất đến khả năng tạo phôi nang, trong khi phân chia ngược có tác động nhẹ hơn; sự phối hợp nhiều bất thường làm giảm thêm tiềm năng phát triển. Đánh giá động học sớm là phương pháp không xâm lấn giúp dự đoán khả năng sống của phôi, và việc tích hợp phân tích kiểu phân chia, đặc biệt là phân chia chậm và phân chia ngược, vào chiến lược lựa chọn phôi có thể nâng cao độ chính xác và hỗ trợ quyết định lâm sàng trong lĩnh vực thụ tinh ống nghiệm.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Desai N, Ploskonka S, Goodman L, Attaran M, Goldberg JM, Austin C, et al. Analysis of embryo morphokinetics, multinucleation and cleavage anomalies using time-lapse imaging: correlation to blastocyst formation, euploidy and implantation. Fertil Steril. 2018;109(3):486–495.
2. Lagalla C, Barberi M, Orlando G, Sciajno R, Bonu MA, Borini A. Abnormal early cleavage patterns observed by time-lapse microscopy are associated with embryo developmental potential and quality. Reprod Biomed Online. 2017;34(4):401–409.
3. Zhan Q, Ye Z, Yang W, Wu L, Zhang S, Zhang M, et al. Association between irregular cleavage patterns and blastocyst formation and quality: a time-lapse study. Reprod Biomed Online. 2016;32(1):69–76.
4. Watanabe H, Iwata K, Fukui A, Tanaka K, Mizunuma H. Influence of delayed cleavage on developmental competence of human embryos observed by time-lapse monitoring. Reprod Med Biol. 2023;22(1):e12517.
5. Lei J, Ma S, Li L, Wang Y, Liu Y, Zhang X, et al. Molecular and morphokinetic signatures of early abnormal cleavage in human embryos revealed by time-lapse imaging and transcriptomic profiling. Reprod Biomed Online. 2022;45(1):98–108.
6. Jin X, Dai S, Sun J, Zhang Y, Zhang C, Wang Y, et al. Reverse cleavage in early embryo development: timing, dynamics, and implications for chromosomal normality. J Assist Reprod Genet. 2022;39(9):2075–2086.
7. Novo S, Barrie A, Ertan AK, Hlinka D, Russell R, Meseguer M, et al. Clinical outcome of embryos showing early cleavage abnormalities after extended culture: should they be excluded? Hum Reprod. 2024;39(2):289–301.
8. McCoy RC, Nielsen R, Demko Z. Mitotic-origin aneuploidy in human embryos: mechanisms, mosaicism, and developmental consequences. Cell Rep Med. 2023;4(3):101132.
9. Meseguer M, Herrero J, Tejera A, Hilligsøe KM, Ramsing NB, Remohí J. The use of morphokinetics as a predictor of embryo implantation: a systematic review. Hum Reprod Update. 2012;18(6):758–773.
10. Ciray HN, Aksoy T, Goktas C, Ozturk B, Bahceci M. Time-lapse evaluation of human embryo development and morphokinetic parameters as markers of blastocyst formation. Reprod Biomed Online. 2014;28(2):168–179.

Tác giả: Bác sĩ Nguyễn Thị Cẩm Vân – Khoa Hỗ trợ sinh sản, Bệnh viện Vinmec Times City

0