透明帶激光操作對玻璃化凍融囊胚復(fù)蘇及孵出動態(tài)模式的影響

薛林濤，王世凱，覃捷，李政達(dá)，周亭亭，毛獻(xiàn)寶，張小慧，韋娉嬪，劉慶友，譚衛(wèi)紅*

(1.廣西壯族自治區(qū)人民醫(yī)院生殖醫(yī)學(xué)與遺傳中心，南寧 530021；2.廣西大學(xué)亞熱帶生物資源保護(hù)與利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南寧 530004)

隨著囊胚培養(yǎng)體系的不斷完善及玻璃化冷凍技術(shù)的成功應(yīng)用，玻璃化凍融囊胚移植在體外受精治療周期中已成為一種常規(guī)技術(shù)。為了提高囊胚玻璃化凍融復(fù)蘇效果及胚胎種植效率，許多研究采用在玻璃化冷凍前后對囊胚進(jìn)行透明帶激光操作，這主要包括冷凍前激光人工皺縮(Artificial shrinking，AS)和解凍后激光輔助孵化(Artificial hatching，AH)，但是由于缺乏大規(guī)模隨機(jī)臨床對照試驗(yàn)證據(jù)支撐，囊胚透明帶操作的臨床應(yīng)用仍然存在爭議[1]。而時差胚胎培養(yǎng)監(jiān)測技術(shù)(Time-lapse)的出現(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)對胚胎體外發(fā)育全程進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，獲取胚胎發(fā)育生理事件發(fā)生時間點(diǎn)和動態(tài)模式的量化數(shù)據(jù)，在胚胎發(fā)育研究方面具有獨(dú)特優(yōu)勢[2]。本研究選擇體外受精周期病人的剩余囊胚，采用隨機(jī)對照試驗(yàn)，利用Time-lapse系統(tǒng)監(jiān)測不同透明帶激光操作方式對玻璃化凍融囊胚復(fù)蘇后的孵出模式和動態(tài)發(fā)育參數(shù)的影響，探討透明帶激光操作在囊胚玻璃化凍融周期中的應(yīng)用價值和安全性。

資料與方法

一、研究對象

本研究所用胚胎均來源于2017年4月至2018年6月在廣西壯族自治區(qū)人民醫(yī)院生殖醫(yī)學(xué)與遺傳中心接受體外受精治療患者移植或冷凍后的剩余囊胚。研究所用囊胚評級方法參照Gardner囊胚分級法[3]。

囊胚入選標(biāo)準(zhǔn)為：受精方式為體外受精，且冷凍前囊胚透明帶完整；受精后第6天囊胚；囊胚分期為3期和4期；囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)和滋養(yǎng)層評級均≥C級。

囊胚排除標(biāo)準(zhǔn)為：冷凍前囊胚腔發(fā)生自然皺縮；冷凍過程中除本研究分組設(shè)計的激光人工皺縮操作外，其他原因?qū)е履遗咄该鲙茡p者。

獲所有患者知情同意并簽署科研知情同意書，且通過倫理委員會批準(zhǔn)(KYZC-2015-01)。

二、研究方法

1.試驗(yàn)分組：囊胚冷凍前隨機(jī)分為人工皺縮組(AS組，接受激光人工皺縮后冷凍)和未人工皺縮組(NAS組，直接冷凍)兩組；每組囊胚解凍后再隨機(jī)分為輔助孵化組(AH組，激光輔助孵化)和未輔助孵化組(NAH組，直接培養(yǎng))兩個亞組。因而，本研究中囊胚共分為4組，即AS+AH組、AS+NAH組、NAS+AH組和NAS+NAH組。采用隨機(jī)數(shù)字表法隨機(jī)分組。

2.囊胚玻璃化冷凍及解凍：囊胚玻璃化冷凍及解凍均采用COOK玻璃化冷凍解凍試劑盒(K-SIBV/W-5000，COOK，澳大利亞)。所有試劑使用前預(yù)熱平衡至37℃，具體操作過程參見文獻(xiàn)[4]。冷凍載體為HSV封閉式載桿(025250，Cry Bio System，法國)，每個載桿均放置一個囊胚。

3.囊胚激光人工皺縮及輔助孵化：囊胚透明帶激光操作采用OCTAX激光破膜儀(OCTAX，MTG，德國)。囊胚冷凍前將其放置于激光專用物鏡下，打開激光發(fā)射器的鎖定水平位，將其放置在囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)對側(cè)滋養(yǎng)層細(xì)胞連接處，調(diào)節(jié)激光發(fā)射時間給予單次激光打孔，而后放置于37℃、6%CO2培養(yǎng)箱培養(yǎng)10 min，待囊胚腔完全皺縮后進(jìn)行玻璃化冷凍；囊胚解凍后立即進(jìn)行激光輔助孵化，選擇透明帶間隙較大或碎片較多處作為孵化部位，激光溶解約1/4透明帶，而后清洗換液移入時差培養(yǎng)皿繼續(xù)培養(yǎng)。

4.囊胚時差培養(yǎng)監(jiān)測：囊胚解凍后移入預(yù)先配制的9孔Primo Vision時差培養(yǎng)皿(16606，Vitrolife，丹麥)，其中加入37℃、6%CO2平衡過夜的囊胚培養(yǎng)液，而后放入Primo Vision(Primo Vision Evo，Vitrolife，匈牙利)時差胚胎監(jiān)測系統(tǒng)培養(yǎng)48 h，培養(yǎng)環(huán)境為37℃、6%CO2、5%O2。培養(yǎng)箱內(nèi)預(yù)先安裝好Primo Vision時差系統(tǒng)鏡頭并連接Analyzer圖像分析軟件，設(shè)置圖像拍攝間隔頻率為5 min，7個等距焦平面掃描間隔頻率為60 min。

5.觀察指標(biāo)：采用Time-lapse監(jiān)測解凍囊胚發(fā)育進(jìn)程，所有動態(tài)發(fā)育參數(shù)時間點(diǎn)判定由同一名經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)技術(shù)人員完成。解凍囊胚繼續(xù)培養(yǎng)后囊胚腔重新擴(kuò)張且充滿透明帶判定為囊胚復(fù)蘇成功，該時間點(diǎn)判定為囊胚復(fù)張時間；囊胚細(xì)胞從透明帶開始外溢判定為囊胚孵出，該時間點(diǎn)判定為囊胚孵出開始時間；囊胚細(xì)胞完全擺脫透明帶整體從透明帶中溢出判定為囊胚完全孵出，該時間點(diǎn)判定為囊胚完全孵出時間；囊胚細(xì)胞從透明帶缺口溢出但未使缺口擴(kuò)大，在透明帶內(nèi)外兩側(cè)形成8字型囊胚腔判定為8字型孵出；囊胚腔作為一個整體從透明帶缺口呈U型溢出判定為U型孵出；囊胚培養(yǎng)過程中成腔囊胚腔液自然釋放皺縮成無腔囊胚判定為囊腔回縮，一次囊腔皺縮并重新擴(kuò)張周期判定為一次囊腔回縮。具體見圖1。

A：皺縮囊胚；B：復(fù)張囊胚；C：激光人工皺縮囊胚(紅色箭頭示透明帶開孔)；D：8字型孵出囊胚；E：激光輔助孵化皺縮囊胚(綠色箭頭示透明帶開孔)；F：囊胚開始孵出；G：U型孵出囊胚；H：完全孵出囊胚

三、統(tǒng)計學(xué)處理

結(jié) 果

本研究共納入212個囊胚，根據(jù)分組方法隨機(jī)分為AS+AH組、AS+NAH組、NAS+AH組、NAS+NAH組共計4個亞組，每組各53個囊胚。3期囊胚占比分別為5.66%(3/53)、9.43%(5/53)、5.66%(3/53)、9.43%(5/53)，組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

一、透明帶激光操作對玻璃化凍融囊胚復(fù)蘇效率及孵出模式的影響

AS+AH組及AS+NAH組囊胚解凍后復(fù)蘇率顯著高于NAS+AH組及NAS+NAH組(P<0.05)，而AS+AH組與AS+NAH組、NAS+AH組與NAS+NAH組亞組間囊胚解凍后復(fù)蘇率無顯著差異(P>0.05)；NAS+NAH組的孵出率顯著低于其余3組(P<0.05)。在孵出模式的對比中，與AS+AH組相比，AS+NAH組和NAS+NAH組的完全孵出率及U型孵出率均顯著下降，而8字型孵出率顯著升高(P均<0.05)，但NAS+AH組各指標(biāo)與之無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)；NAS+AH和NAS+NAH組在孵出率、完全孵出率及U型孵出率上有顯著差異，后者較前者顯著下降(P<0.05)(表1)。

二、透明帶激光操作對玻璃化凍融囊胚孵出動態(tài)參數(shù)的影響

4組囊胚解凍后復(fù)張時間無顯著差異(P>0.05)；NAS+NAH組囊胚孵出開始時間顯著晚于其他3組(P<0.05)；AS+NAH組及NAS+NAH組囊胚完全孵出時間顯著晚于AS+AH組與NAS+AH組(P<0.05)；AS+AH組與NAS+AH組囊腔回縮次數(shù)顯著少于AS+NAH組及NAS+NAH組(P<0.05)(表2)。

表1 透明帶激光操作對玻璃化凍融囊胚復(fù)蘇及孵出模式的影響(%)

注：與AS+AH組比較，*P<0.05；與AS+NAH比較，#P<0.05；與NAS+AH組比較，&P<0.05

表2 透明帶激光操作對玻璃化凍融囊胚發(fā)育及孵出動態(tài)參數(shù)的影響(-±s)

注：與NAS+NAH組比較，*P<0.05；與AS+NAH組比較，#P<0.05

討 論

玻璃化冷凍是目前囊胚凍存的常規(guī)技術(shù)，其通過高濃度的冷凍保護(hù)劑使胚胎細(xì)胞充分脫水，在快速降溫過程中細(xì)胞內(nèi)水分子由液相直接轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)玻璃相，從而避免冷凍過程中冰晶形成所造成的細(xì)胞損傷。玻璃化冷凍技術(shù)在臨床的成功應(yīng)用顯著提高了囊胚凍融的效率。但是也有研究提出，囊胚腔液的存在導(dǎo)致囊胚冷凍過程中無法充分脫水，其殘留的水分子致使降溫過程中冰晶形成，是凍融囊胚細(xì)胞損傷的主要風(fēng)險[5]，而采用人工皺縮方式在囊胚冷凍前釋放腔內(nèi)液體，可顯著提高囊胚玻璃化凍融的臨床效率[6]，同時由于激光脈沖操作簡單快速，激光人工皺縮在臨床上應(yīng)用最為廣泛[7]。本研究通過隨機(jī)對照試驗(yàn)比較了激光人工皺縮對囊胚玻璃化凍融復(fù)蘇效果的影響，結(jié)果顯示冷凍前進(jìn)行激光人工皺縮的囊胚凍融后復(fù)蘇率顯著高于未皺縮囊胚(83.02% vs.54.72%，P=0.003；88.68% vs.64.15%，P=0.005)；同時，對于解凍后未行輔助孵化的囊胚，人工皺縮組的囊胚孵出開始時間顯著早于未皺縮組[(445.86±423.62) vs.(732.75±448.45)min，P=0.026)，囊胚孵出率也顯著高于未皺縮組(74.47% vs.23.53%，x2=20.55，P<0.001)，這說明囊胚冷凍前通過人工皺縮方式使囊胚腔液充分釋放，有助于最大程度減少胚胎內(nèi)殘存水分子，降低玻璃化凍融過程中冰晶形成的風(fēng)險，提高凍融囊胚發(fā)育潛力。

透明帶是卵母細(xì)胞外周由糖蛋白構(gòu)成的嗜酸性膜，其在早期胚胎發(fā)育過程中起到營養(yǎng)通道和保護(hù)屏障的重要作用，但是囊胚形成后適時從透明帶中孵出是胚胎宮內(nèi)種植的關(guān)鍵生理事件，早期研究發(fā)現(xiàn)胚胎冷凍過程會造成透明帶硬化從而導(dǎo)致囊胚孵出困難[8]，而人工輔助孵化可以降低囊胚孵出能量消耗閾值，從而有利于囊胚完成孵出，但是目前人工輔助孵化在臨床中的應(yīng)用仍存爭議。有研究認(rèn)為解凍囊胚進(jìn)行人工輔助孵化可以獲得更高的臨床妊娠率[9]，尤其對于形態(tài)評級較低或者受精后第6天形成的囊胚，輔助孵化能夠顯著提高其種植效率[10]，同時也有研究認(rèn)為輔助孵化無助于解凍囊胚移植周期臨床結(jié)局改善，美國生殖醫(yī)學(xué)協(xié)會關(guān)于輔助孵化在輔助生殖周期應(yīng)用的共識僅將其列為C級證據(jù)[11]，中華醫(yī)學(xué)會生殖醫(yī)學(xué)分會人類體外受精-胚胎移植實(shí)驗(yàn)室操作專家共識也不推薦所有移植胚胎進(jìn)行輔助孵出[12]。究其原因，目前關(guān)于輔助孵化是否適宜主要依據(jù)的是臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)，而影響胚胎種植的混雜因素眾多，需要大樣本量設(shè)計嚴(yán)格的試驗(yàn)以明確單個因素的真實(shí)影響，而目前尚缺乏相關(guān)研究結(jié)果報道；同時，由于臨床試驗(yàn)研究中的研究指標(biāo)多為臨床妊娠率及種植率等，而無法對囊胚宮腔內(nèi)移植后的發(fā)育過程進(jìn)行追蹤及量化分析。因此，有研究提出應(yīng)用Time-lapse對囊胚解凍后體外的發(fā)育進(jìn)程進(jìn)行動態(tài)追蹤，可以獲取囊胚發(fā)育及孵化相關(guān)的更為詳細(xì)直觀的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[13]，在研究透明帶操作對囊胚發(fā)育影響方面更具優(yōu)勢。Goto等[14]通過Time-lapse監(jiān)測小鼠囊胚體外發(fā)育發(fā)現(xiàn)，透明帶輔助孵化的小鼠囊胚孵出時間顯著早于透明帶完整囊胚；Ueno等[15]研究發(fā)現(xiàn)采用激光部分去除或者完全去除透明帶的人體外受精周期解凍囊胚，其完全孵出率顯著高于透明帶完整囊胚，同時囊胚在纖連蛋白涂層培養(yǎng)皿中的體外粘附實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，完全去除透明帶的囊胚發(fā)生粘附時間和細(xì)胞增殖擴(kuò)展速率顯著快于透明帶部分去除或透明帶完整囊胚。本研究結(jié)果也顯示解凍囊胚進(jìn)行激光輔助孵化后囊胚孵出率和完全孵出率顯著提高，同時囊胚的孵出開始時間和完全孵出時間也顯著早于未輔助孵化囊胚；另外還發(fā)現(xiàn)輔助孵化囊胚的囊腔回縮次數(shù)顯著少于未輔助孵化囊胚，這說明透明帶輔助孵化降低了囊胚孵出所需要的能量閾值，提高了囊胚孵出的速度和效率，有利于囊胚順利擺脫透明帶束縛從而進(jìn)入胚胎植入階段。

囊胚透明帶操作雖然在提高冷凍復(fù)蘇和孵出效率上具有優(yōu)勢，但是也存在一定風(fēng)險。目前臨床最具爭議的是單卵雙胎的發(fā)生，尤其對于冷凍前激光人工皺縮囊胚，激光在透明帶上的細(xì)小開孔會人為制造囊胚孵出突破點(diǎn)，理論上會導(dǎo)致囊胚8字型孵出模式風(fēng)險增加，而囊胚8字型孵出過程中內(nèi)細(xì)胞團(tuán)易受到硬化透明帶嵌頓發(fā)生內(nèi)細(xì)胞團(tuán)分離，這是單卵雙胎形成的最主要機(jī)制[16]。本研究通過Time-lapse監(jiān)測解凍囊胚孵出的動態(tài)模式結(jié)果也顯示，冷凍前激光人工皺縮的囊胚如果解凍后不進(jìn)行人工輔助孵化，囊胚8字型孵出率顯著增高，這也證實(shí)了以上假設(shè)；同時本研究結(jié)果也提示解凍后透明帶輔助孵化能夠顯著改變囊胚孵出模式，輔助孵化組的囊胚8字型孵出率顯著下降，囊胚孵出模式主要呈U型孵出。另外本研究也發(fā)現(xiàn)8字型孵出囊胚的完全孵出率顯著下降，Time-lapse動態(tài)監(jiān)測視頻顯示該類型囊胚細(xì)胞大多從透明帶開孔溢出，而通過囊胚腔回縮復(fù)張使透明帶變薄和開孔增大的能力顯著減弱，從而導(dǎo)致囊胚無法完全孵出，尤其對于質(zhì)量較差或凍融過程細(xì)胞受損的囊胚，發(fā)生此類風(fēng)險的機(jī)率更高，而此類囊胚在與子宮內(nèi)膜識別黏附過程中由于透明帶的影響勢必降低種植能力。因此，解凍囊胚特別是冷凍前人工皺縮囊胚進(jìn)行輔助孵化有利于囊胚正常孵出。

綜上所述，激光人工皺縮能夠提高囊胚玻璃化凍融復(fù)蘇效率，但是人工皺縮導(dǎo)致的透明帶開孔增加了解凍囊胚孵出異常的風(fēng)險，而激光輔助孵化可以改善囊胚孵出效率，有助于囊胚正常孵出，因此激光人工皺縮聯(lián)合激光輔助孵化可以常規(guī)應(yīng)用于囊胚玻璃化凍融周期，在改善囊胚復(fù)蘇及孵出結(jié)局上具有一定價值。