Группа китайских исследователей постаралась дать ответ на следующий важный вопрос в репродуктивной медицине: "Может ли плотность внутренней клеточной массы (ВКМ) стать новым показателем качества человеческой бластоцисты?"
В ходе проведенного исследования ими был разработан индекс уплотнения (densification index (DI)), который должен помочь эмбриологам количественно оценить плотность ВКМ и дать положительные рекомендации относительно плоидности, беременности и живорождения.
Качество эмбрионов всегда считалось решающим фактором успеха процедур ЭКО (Corachan et al., 2021). Следовательно, разработка методов отбора эмбрионов с наивысшим потенциалом развития стала важнейшим направлением для успеха ЭКО (Bamford et al., 2022). В процессе отбора эмбрионов оценка их качества является критически важным этапом. Тщательная и точная оценка качества может оказать значительную помощь врачам и эмбриологам (Blank et al., 2018). Оценка качества эмбрионов в циклах ЭКО преимущественно охватывает эмбрионы на стадии дробления и бластоцисты. В настоящее время перенос бластоцисты стал основной стратегией переноса эмбрионов, составляя более половины всех циклов переноса (Smith et al., 2019; Wei et al., 2019).
В настоящее время эмбриологи в лабораториях ВРТ по всему миру широко используют систему Гарднера для оценки бластоцист (Gardner et al., 2019). Этот метод оценки учитывает степень зрелости бластоцисты, морфологию внутренней клеточной массы (ВКМ) и морфологию трофэктодермы (ТЭ). ВКМ имеет большое значение для качества бластоцисты (Ma et al., 2022a; Zhu et al., 2022). После имплантации бластоцисты во время беременности внутренняя клеточная масса (ВКМ) развивается в плод (Hu et al., 2021). Существующие методы оценки и руководства (Alpha Scientists in Reproductive Medicine и ESHRE Special Interest Group of Embryology, 2011; Gardner et al. , 2019) оценивают размер ВКМ. Однако из-за её плотности существуют только описательные схемы оценки, а количественные показатели отсутствуют. Например, в системе Гарднера (Gardner et al., 2019) более плотная ВКМ описывается как плотно упакованная, в то время как менее плотная ВКМ описывается как неплотно сгруппированная.
Основной недостаток существующего метода заключается в относительно грубой оценке внутренней клеточной массы бластоцисты, которая не в полной мере отвечает требованиям клинических эмбриологов. Это особенно сложно, когда несколько бластоцист получают одинаковую оценку внутренней клеточной массы, что затрудняет дальнейшую дифференциацию. Следовательно, существует острая необходимость в дополнительных индикаторах для классификации качества внутренней клеточной массы бластоцист. Такие индикаторы значительно помогут клиническим эмбриологам эффективно классифицировать бластоцисты пациентов и обеспечат более точные рекомендации по процедурам переноса и заморозки бластоцист. В настоящее время существует дефицит исследований, посвященных оценке внутренней клеточной массы (ВКМ) бластоцисты человека. Существующие исследования в основном сосредоточены на размере и форме ВКМ, с ограниченным изучением ее плотности. Это ограничение возникает из-за трудностей в получении информации о ВКМ от бластоцист. Традиционные методы наблюдения предполагают использование инвертированного микроскопа в определенные временные точки, что дает только одно изображение. Однако с появлением технологии покадровой съемки (TL) для культивирования эмбрионов (Jin et al., 2022; Ma et al., 2022b; Yang et al., 2022) стало возможным получать изображения ВКМ бластоцисты из нескольких фокальных плоскостей, что дает более полные данные (Huang et al., 2021). В данном исследовании авторы использовали технологию TL для получения мультифокальных изображений внутренней клеточной массы бластоцисты для оценки её плотности и отслеживали исходы живорождения для определения клинической значимости плотности ВКМ. Они предлагают использовать новый параметр – индекс уплотнения (densification index (DI)), полученный на основе этой оценки. Интеграция DI в процесс клинического отбора эмбрионов может повысить полноту и точность оценки бластоцисты.
В данном исследовании для оценки клинических результатов и построения прогностических моделей был проанализирован в общей сложности 1991 цикл переноса замороженных-размороженных эмбрионов (FET), проведенных с января 2018 года по ноябрь 2021 года. Кроме того, для внешней валидации прогностической модели были включены 229 циклов ПЗЭ, проведенных с января 2022 года по март 2022 года. Все эти циклы FET включали перенос одной бластоцисты (SBTs). Кроме того, для оценки плоидности были включены 430 циклов преимплантационного генетического тестирования (PGT), проведенных с января 2019 года по февраль 2023 года. Критерии включения пациентов не имели ограничений.
Каждая бластоциста подвергалась культивированию в инкубаторе, оснащенном системой TL, способной получать 11 изображений в фокальной плоскости. Все изображения эмбрионов были получены на 5 или 6 день после оплодотворения, до процедур биопсии или криоконсервации. Из этих изображений для включения в это исследование было выбрано самое четкое изображение, изображающее внутреннюю клеточную массу (ВКМ). Впоследствии алгоритм Mask-RCNN (Region-based Convolutional Neural Network) использовался для сегментации ВКМ и устранения любых изображений, демонстрирующих значительные ошибки сегментации (Girshick et al., 2014). RCNN сначала извлекает из изображения сотни и тысячи областей-кандидатов в разных масштабах, а затем выполняет извлечение признаков для каждой области- кандидата и использует их для обучения классификаторов и регрессоров. Эти обученные модели используются для определения, содержит ли каждая область- кандидат целевой объект интереса, и для его классификации. Изображения отбрасывались, если область ошибки сегментации превышала 80% изображения.
Плотность внутренней клеточной массы (ВКМ) авторы количественно определяли путем вычисления суммы информации о текстуре единицы из приближенного компонентного изображения после двух вейвлет- преобразований, названных DI. Для практического применения в клинической практике обрабатывалось состояние плотности каждой ВКМ бластоцисты, определяя DI как непрерывные данные. После нормализации значения DI были ограничены диапазоном от 0 до 10. Более высокие значения DI указывают на более высокую плотность ВКМ. Для 2272 ВКМ бластоцист в циклах FET средний DI и SD (стандартное отклонение) составили 3,62 ± 1,37, тогда как для 1105 ВКМ бластоцист в циклах PGT средний DI и SD (стандартное отклонение) составили 3,74 ± 1,35. Большинство ВКМ имели значения DI в диапазоне от 2 до 6.
В данном исследовании DI продемонстрировал значительную связь с показателями эуплоидии (P< 0,001), клинической беременности (P < 0,001) и живорождения (P = 0,005). Чем выше значение DI, тем лучше плотность внутренней клеточной массы бластоцисты и тем выше вероятность того, что бластоциста будет эуплоидной, а также наступления беременности и живорождения, что указывает на то, что DI может эффективно отражать плоидность и клинические исходы. Однако не было обнаружено значимой связи между DI и показателями выкидыша. Что касается исходов родов у новорожденных, авторы обнаружили, что DI не был значимо связан с гестационным возрастом, массой тела при рождении или соотношением полов при рождении (P > 0,05).
При изучении взаимосвязи между индексом DI и морфологией было отмечено, что индекс DI может более эффективно характеризовать текстуру внутренней клеточной массы (ВКМ). В циклах FET значение индекса DI было заметно выше в группе с ВКМ A по сравнению с группой с ВКМ B (4,09 против 3,62, P < 0,001). Среди 2272 бластоцист в циклах FET наблюдалась связь между DI и временем биопсии, уровнем ВКМ и уровнем TЭ (трофэктодермы), что указывает на сильную связь между DI и качеством эмбриона (P < 0,001). Бластоцисты с более высокими значениями DI с большей вероятностью имели ВКМ=A, TЭ=A и формировали бластоцисты на 5-й день. Однако DI не показал значимой связи со статусом роста бластоцисты (стадией бластоцисты). После корректировки с учетом времени биопсии, стадии бластоцисты, уровня ВКМ, уровня TЭ, возраста женщины (≤35 или >35) и толщины эндометрия (≤7 или >7, только циклы FET) с использованием многоуровневого анализа логистической регрессии со смешанными эффектами, ассоциации между DI и плоидностью (P = 0,001), клинической беременностью (P = 0,007) и живорождением (P = 0,045) оставались значительными.
У бластоцист с ВКМ=A связь между DI и плоидностью, беременностью и живорождением не была значимой. Однако у бластоцист с ВКМ=B наблюдалась чёткая связь между DI и плоидностью бластоцисты (P = 0,025), беременностью (P = 0,001) и живорождением (P = 0,016). Это говорит о том, что DI демонстрирует хорошую способность к дифференцировке бластоцист с ВКМ=B. Кроме того, среди бластоцист с ВКМ=B большинство составляли эмбрионы 4BB (50%). DI также продемонстрировал хорошую способность к дифференцировке эмбрионов 4BB по плоидности (P = 0,028), беременности (P = 0,003) и живорождению (P = 0,03).
Данное исследование, по мнению авторов, решает критически важные вопросы оценки качества бластоцист человека, вводя индекс индекс уплотнения ВКМ (densification index (DI)) в качестве нового показателя. DI может послужить ценным инструментом для отбора бластоцист с более высокой вероятностью эуплоидии, беременности и живорождения. В частности, для бластоцист с идентичными показателями ВКМ по традиционным системам оценки, DI может помочь врачам и эмбриологам в их дальнейшей дифференциации.