SỰ PHÁT TRIỂN VÀ LÀM TỔ CỦA PHÔI
GIỚI THIỆU
Sự phát triển và làm tổ của phôi là một quá trình phức tạp, bao gồm sự phân chia và biệt hoá của phôi ở giai đoạn sớm, sự hoạt hoá bộ gene của hợp tử, sự di chuyển và phát triển của phôi trong đường sinh dục nữ, sự tương tác giữa phôi với nội mạc tử cung, cuối cùng là sự làm tổ của phôi trong buồng tử cung. Để hình thành nên cá thể mới, quá trình này đòi hỏi sự phối hợp đồng bộ của nhiều yếu tố đến từ phôi và cơ thể người mẹ
Kiến thức về các cơ chế tế bào, di truyền, miễn dịch, sinh học phân tử liên quan đến sự phát triển và làm tổ của phôi đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực thụ tinh trong ống nghiệm (IVF). Thông tin về các yếu tố ảnh hưởng lên khả năng sống và làm tổ của phôi là cơ sở cho các nghiên cứu nhằm cải thiện hệ thống nuôi cấy phôi bên ngoài cơ thể. Tuy nhiên, những kiến thức hiện nay về các quá trình phát triển ban đầu của phôi người còn rất hạn chế, chủ yếu dựa vào các nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình động vật. Bài viết này trình bày sơ lược các kiến thức và giả thuyết gần đây về sự phát triển của phôi người trước khi làm tổ, các giai đoạn quan trọng trong quá trình làm tổ của phôi.
SỰ PHÁT TRIỂN CỦA PHÔI TRƯỚC LÀM TỔ
Giai đoạn hợp tử
Kết quả của sự thụ tinh giữa noãn và tinh trùng là sự tạo thành hợp tử. Vật liệu di truyền từ noãn và tinh trùng ở trạng thái acid deoxyribonucleic (DNA) “trần” dần dần được đóng gói và hình thành hai tiền nhân (pronucleus). Cụ thể, DNA từ tinh trùng đang trong trạng thái nén chặt trước khi xâm nhập vào noãn thì lúc này, nhờ sự hỗ trợ của các men (enzyme) và các phân tử từ bào tương của noãn, màng nhân tinh trùng biến mất, hiện tượng giải nén xảy ra và nhân tinh trùng được thay thế protamine bằng histone. Nhân tinh trùng được đóng gói bên trong một lớp màng và tạo thành tiền nhân đực. Cùng thời điểm đó, phần vật liệu di truyền còn lại của noãn sau khi thể cực thứ hai được tống xuất, cũng được đóng gói trong một lớp màng và cũng bắt đầu được giải nén để tạo tiền nhân cái. Lúc này, nhiễm sắc thể (NST) trong hai tiền nhân ở trạng thái đơn bội (1n1C). Sau khi được hình thành, hai tiên nhân tiến lại gần nhau với sự hỗ trợ từ các vi ống. Các vi ống này được tạo thành do sự kéo dài của thể sao; một phần trung thể của tinh trùng phát triển trong bào tương của noãn ngay sau khi tinh trùng xâm nhập vào noãn
Trong khi các vi ống kéo hai tiền nhân lại gần nhau vào vùng trung tâm của noãn, sự tổng hợp DNA cũng bắt đầu được thực hiện bên trong hai tiền nhân để nhân đôi số lượng NST trong vòng 12 giờ nhằm chuẩn bị cho giai đoạn phân chia tế bào sau đó. NST trong mỗi tiền nhân lúc này ở trạng thái 1n2C. Điều này có nghĩa là, vật liệu di truyền từ noãn và từ tinh trùng trong lần nhân đôi đầu tiên vẫn đang được đóng gói và nhân đôi số lượng độc lập trong mỗi tiền nhân. Lúc này, kích thước của các tiền nhân cũng dần dần tăng lên. Sau 24 – 26 giờ từ thời điểm tinh trùng xâm nhập vào noãn, màng của hai tiền nhân tan ra, các NST bên trong hai tiền nhân bắt cặp với nhau và sắp xếp trên mặt phẳng xích đạo của thoi vô sắc. Hợp tử lúc này được xem là tế bào đầu tiên của một “sinh vật mới” với bộ gene riêng và ở trạng thái lưỡng bội (2n4C). Thoi vô sắc sau đó kéo các NST về hai cực và chuẩn bị cho lần phân bào đầu tiên
Giai đoạn phôi phân chia
Sự phân cắt đơn thuần
Khoảng 24 – 26 giờ sau khi diễn ra sự thụ tinh giữa noãn và tinh trùng, hợp tử bắt đầu sự phân chia đầu tiên đối xứng qua trục. Một mặt phẳng xích đạo được tạo thành bởi đường thẳng định hướng theo các thể cực và phân chia phôi thành 2 cực, tạm gọi là cực phôi và cực đối diện. Sự phân chia của hợp tử (một tế bào) thành phôi có hai phôi bào xảy ra một cách chính xác để sau khi phân chia, một trong hai tế bào sẽ định hướng về cực phôi và tế bào còn lại sẽ định hướng về cực đối diện. Tiếp theo, mỗi phôi bào lại phân chia đối xứng qua trục theo cơ chế phân bào nguyên phân tạo thành phôi bốn tế bào. Các phôi bào sắp xếp thành hình tứ diện trong không gian hình cầu được tạo thành bởi màng trong suốt (Zona pellucida – ZP). Cứ mỗi 12 – 15 giờ, các phôi bào lại phân chia để nhân đôi số lượng. Lần phân bào đầu tiên thường kéo dài hơn những lần phân bào sau đó. Thông thường, phôi sẽ mất khoảng 72 giờ để đạt đến giai đoạn 8 tế bào
Nếu sự phân chia của các phôi bào không đối xứng, một trong các phôi bào ở thế hệ tiếp theo chỉ nhận được ít hơn một nửa lượng bào tương từ tế bào mẹ. Sự phân chia bất đối xứng này thường gây ra hiện tượng lệch bội. Cụ thể, những phôi bào lớn hơn thường chứa nhiều nhân
Qua quan sát dưới kính hiển vi ở noãn thụ tinh, chúng ta có thể phân biệt được cực phôi và cực đối diện dựa vào độ mịn của bào tương và mặt phẳng xích đạo phân chia hai cực của phôi được tạo ra bởi các thể cực. Hai dạng bể mặt khác nhau này sẽ phản ánh sự phân cực của phôi trong tương lai. Sự phân cực thấy rõ nhất vào giai đoạn phôi bốn tế bào khi các phôi bào sẽ phân chia qua trục phân cắt và trục này thay đổi 90° luân phiên theo đường kinh tuyến hay đường xích đạo. Ví dụ, lẫn phân chia đầu tiên xảy ra với trục phân cắt theo đường kinh tuyến tạo ra hai phôi bào chị em giống nhau, nằm gần nhau và cùng về phía một cực của phôi. Trong lần phân chia thứ hai, một trong hai phôi bảo sẽ phân cắt với trục phân cắt theo đường kinh tuyến, phôi bào còn lại sẽ phân chia với trục phân cắt theo đường xích đạo.
Kết quả của lần phân chia này tạo bốn phôi bào sắp xếp tạo thành một hình tứ diện, với ba phôi bào nằm về một cực gắn thể cực (cực phôi) và một phôi bào nằm phía cực đối diện, xa thể cực
Những nghiên cứu dựa vào hình ảnh phôi trên hệ thống nuôi cấy quan sát liên tục cho thấy sự phát triển của phôi đến giai đoạn phôi nang có thể được dự đoán ngay ở giai đoạn phôi bốn tế bào, thông qua các thông số của ba chu kì phân bào đầu tiên. Những phôi phân chia quá nhanh hoặc quá chậm có thể có sai hỏng về khả năng chuyển hoá hoặc sai hỏng về NST. Trong quá trình phân chia của phôi bào, một số phần bào tương không có nhân và có màng bao độc lập với màng bào tương của phôi bào sẽ bị tống xuất ra bên ngoài. Kết quả là sự xuất hiện những mảnh vỡ bào tương. Kích thước và sự phân bố của những mảnh vỡ này rất khác nhau. Số lượng các mảnh vỡ bào tương càng nhiều thường ảnh hưởng đến tiềm năng phát triển của phôi và có liên quan đến sự phân chia lệch bội của phôi. Nếu tỉ lệ các mảnh vỡ bào tương không quá 10% so với thể tích tổng thể của phôi thì tiềm năng phát triển của phôi sẽ không bị ảnh hưởng
Mỗi phôi bào sau khi phân chia thường có một nhân. Phôi bào mang đa nhân thường liên quan đến sự rối loạn về di truyền của phôi. Một số nghiên cứu cho thấy tốc độ phân chia, khả năng làm tổ thấp và tỉ lệ sảy thai tăng lên ở những trường hợp phôi bào có nhiều hơn một nhân
Khi phôi đạt đến 8 phôi bào, phôi bắt đầu nén tạo thành phôi dâu. Đây được xem là cột mốc đánh dấu sự thay đổi lớn về hình thái của phôi, phôi lúc này không còn cấu trúc đối xứng xuyên tâm như các giai đoạn trước. Màng của các phôi bào tan dần và ranh giới giữa các phôi bào dần biến mất. Lúc này, các phôi bào gắn chặt với nhau và giữa các phôi bào bắt đầu phát triển các cầu nối tiếp tiếp giáp, nhờ vậy chúng phát triển đồng bộ và phối hợp với nhau trong các phản ứng với những tín hiệu sinh lý và môi trường. Nếu các phôi bào không qua giai đoạn nén, phôi sẽ giảm khả năng phát triển thành phôi nang bình thường. Cho đến giai đoạn phôi dâu, các phôi bào liên tục tăng lên về số lượng theo cấp số nhân nhưng kích thước tổng thể của phôi không thay đổi so với các giai đoạn trước đó
Sự hoạt hoá bộ gene phôi
Nếu trong lần phân bào đầu tiên, hợp tử hoàn toàn dựa vào các protein và acid ribonucleic thông tin (mRNA) của noãn thì vào cuối giai đoạn hợp tử ở trạng thái một tế bào (hai tiền nhân đã hoà màng), bộ gene của hợp tử, hay nói đúng hơn là của riêng phôi, bắt đầu hoạt hoá sự sao chép DNA, tổng hợp protein. Sự hoạt hoá này càng lúc càng mạnh ở cuối giai đoạn phôi bốn và tám phôi bào (48 – 72 giờ sau thụ tinh)
Qua quan sát sự biểu hiện gene ở phôi vào các giai đoạn khác nhau từ 2, 4, 8 phôi bào, phôi đang nén, phôi dâu và phôi nang bằng kĩ thuật DNA microarray, cho thấy có một số gene bắt đầu hoạt hoá trước khi phôi đạt giai đoạn 4 phôi bào. Những gene này mã hoá cho các protein giúp ổn định và kiểm soát các hoạt động của mRNA và protein sẵn có từ noãn bằng sự polyadenyl hoá đầu 3′ vùng không dịch mã của mRNA (3’UTR). Đồng thời Ca² được giải phóng từ thời điểm thụ tinh cũng góp phần cản trở sự dịch mã của mRNA sẵn có từ noãn trong giai đoạn này.
Sau đó, các protein sẵn có từ noãn được chỉnh sửa lại bởi sự phosphoryl hoá qua trung gian các men kinase hoặc phosphatase của phôi và trở nên bất hoạt. Tất cả quá trình kiểm soát và thay thế dần mRNA và protein sẵn có từ noãn được xem là bước quan trọng chuẩn bị cho điều hoà sự phát triển của phôi trước sự kiện hoạt hoá bộ gene của phôi (Embryonic genome activation EGA). Khi phôi phát triển từ giai đoạn 4 phôi bào sang 8 phôi bào, một số lượng lớn các gene trong phôi bắt đầu được điều hoà tăng, trong đó 1/3 số gene liên quan đến chuyển hoá protein và acid nucleic. Vào thời điểm này, các protein của noãn thay thế các protamine (các protein nhỏ thuộc phức hợp nucleoprotein) của DNA từ tinh trùng bằng histone H3 và H4 (các protein có vai trò trong đóng gói nucleosome) sao cho DNA từ tinh trùng được cấu trúc lại và NST nén chặt, chuẩn bị cho quá trình phiên mã. Lúc này, bộ gene của phôi hoàn toàn hoạt hoá và thực hiện quá trình phiên mã, dịch mã cho tất cả protein cho điều hoà sự chuyển hoá, chu trình tế bào và sự chết theo chương trình
Tuy nhiên, rất ít gene được điều hoà tăng khi phôi bắt đầu bước vào giai đoạn nén và thay đổi hình thái. Điều này chứng tỏ, các gene biểu hiện ở các giai đoạn từ khi phôi nén trở về sau đều được sao chép và dịch mã trước hoặc ngay thời điểm phôi 8 phôi bào. Nhiều nghiên cứu chứng minh rằng việc nuôi cấy phôi dài ngày trong thụ tinh trong ống nghiệm có thể gây rối loạn sự chuyển hoá của phôi và có thể dẫn đến sự sai lệch trong quá trình hoạt hoá bộ gene của phôi. Chứng minh môi trường nuôi cấy và điều kiện nuôi cấy khác nhau ảnh hưởng đến sự biểu hiện gene của phôi chuột trước làm tổ.
Đồng thời với sự kiện EGA, các bản sao DNA và các mRNA được “thừa hưởng” từ noãn trước đó bắt đầu bị phá huỷ do sự khử adenyl đầu 3’UTR. Tuy nhiên, các protein được tổng hợp trước đó trong giai đoạn sinh noãn vẫn còn, các protein này thậm chí tồn tại cho đến cuối giai đoạn phát triển của phôi trước khi làm tổ. Nhiều nhà khoa học chứng minh được rằng EGA hoàn toàn độc lập với số lượng phôi bào trong phôi và EGA có thể xảy ra cả ở những phôi bị ngừng phân chia với ít hơn 8 phôi bào
Giai đoạn phôi nang
Vào cuối ngày thứ 4 sau khi thụ tinh, các phôi bào bắt đầu biệt hoá và phát triển thành hai dòng tế bào với hình dạng và chức năng khác nhau. Cụ thể, các tế bào ở lớp ngoài cùng của phôi dâu (vẫn còn dính với ZP) bắt đầu liên kết với nhau và tạo thành một lớp tế bào biểu mô dày. Hình dạng của các tế bào ở lớp này trở nên dẹt, kích thước nhỏ hơn so với phôi bào ở giai đoạn trước đó và liên kết chặt chẽ với nhau thông qua nhiều cầu nối tiếp giáp. Lớp tế bào bên ngoài này (khoảng 100 tế bào) được gọi là tế bào lá nuôi (Trophectoderm TE). Đồng thời, hai đến bốn tế bào ở lớp trong cùng của phôi dâu trước đó phân chia và phát triển thành khối tế bào nội mô (Inner cell mass – ICM) của phôi nang. ICM (khoảng một – hai tế bào) thường tập trung ở cực phôi của phôi nang. Mặc dù cực phôi đã được bộ khung xương tế bào sắp xếp từ giai đoạn phát triển của noãn, nhưng đến giai đoạn phôi nang, cực phôi được dễ dàng phân biệt với cực đối diện nhờ vào ICM
Tế bào thuộc ICM có tính toàn năng, chúng có thể biệt hoá thành các tế bào của các mô khác nhau trong cơ thể người sau này. Thực tế, ICM sẽ phát triển thành phôi thai trong tương lai, còn TE sẽ phát triển thành bánh nhau, cũng như các phần phụ khác của thai. Tỉ lệ giữa số tế bào ICM và tế bào TE xấp xỉ 1:10. Cùng lúc này, một khoang nhỏ chứa dịch, còn gọi là khoang phôi nang bắt đầu hình thành bên trong phôi nang do các tế bào TE tiết dịch vào. Kết quả của quá trình phát triển phôi nang là hình thái của phôi biến đổi hoàn toàn, không còn giống với các giai đoạn trước và kích thước của phôi tăng dần nhờ vào sự tăng kích thước của khoang phôi
Các tế bào TE tăng sinh mạnh ở giai đoạn phôi nang sớm nhưng khi phôi nang ở trạng thái nở rộng, hoạt động phân bào của các tế bào TE ở cực đối diện (vùng TE đối diện với ICM và cách ICM bởi khoang phôi), còn gọi là tế bào TE thành (mural TE) lại suy giảm. Điều này có nghĩa là vào thời điểm trước khi phôi làm tổ, sự phân chia tế bào xảy ra chỉ phía vùng cực phôi, trong cả ICM và tế bào TE vùng cực phôi
Những nghiên cứu vi cấu trúc của phôi nang chứng minh một vài tế bào. TE kéo dài tạo thành cầu nối (băng ngang qua khoang phôi) giữa cực phối và cực đối diện, đồng thời phát triển lẫn vào bề mặt của ICM giúp cho tế bào TE ở vùng cực phôi tăng sinh mạnh theo tế bào ICM. Cầu nối này có thể quan sát thấy ở tất cả các phôi in vitro, nhưng chỉ quan sát thấy ở 40% phôi in vivo. Thông thường, sự kéo dài của tế bào TE xuất hiện ở giai đoạn phôi nang sớm và thu lại ở giai đoạn phôi nang nở rộng sau khi các tế bào TE ở vùng cực phôi di chuyển xuống vùng tế bào TE thành ở cực đối diện. Nếu sự kéo dài của tế bào TE (tức cầu nối) vẫn còn quan sát thấy ở giai đoạn phôi nang nở rộng thì đây là một trong những dấu hiệu của phôi phát triển kém, rối loạn tính phân cực hoặc điều kiện nuôi cấy không tốt
Trong điều kiện in vitro, người ta ghi nhận có khoảng 50 – 70% phôi người khi nuôi cấy không thể phát triển đến giai đoạn phôi nang. Tương tự, hơn 50% phôi thất bại đến giai đoạn phôi nang trong điều kiện in vivo. Điều này giải thích cho hiện tượng sinh sản hạn chế ở người cũng như một số loài động vật hữu nhũ khác, khi mà tỉ lệ phôi bị “mất” vào trước và sau khi làm tổ tương đối lớn
Sự di chuyển của phôi trong ống dẫn trứng
Từ khi noãn được thụ tinh ở đoạn bóng của ống dẫn trứng cho đến giai đoạn phôi nang và thoát màng, phôi trôi tự do dọc theo ống dẫn trứng vào buồng tử cung, sau đó vùi vào nội mạc tử cung vào cuối ngày thứ 6 sau khi thụ tinh. Noãn thụ tinh/phôi di chuyển nhờ vào sự chuyển động không ngừng của các lông mao tại lớp biểu mô và sự co bóp của lớp cơ trơn ống dẫn trừng. Trong quá trình di chuyển, phôi hoàn tất các giai đoạn phân chia và phát triển đến phôi nang khi tới tử cung. Các tế bào tiết ở đoạn bóng của ống dẫn trứng tiết một loại vào estrogen) được gọi tên là oviductin. glycoprotein đặc biệt (hoạt động phụ thuộc Oviductin gắn kết với noãn và giúp tăng hiệu quả của sự thụ tinh, cũng như sự phân chia đầu tiên của giao tử. Khi hợp tử di chuyển qua đoạn nối giữa đoạn bóng với đoạn eo ống dẫn trứng, hợp tử tạm dừng tại đoạn eo bằng cách di chuyển tới lui nhanh tại vị trí này. Điều này xảy ra do sự thay đổi về chênh lệch áp suất trong lòng ống do các cơn co thắt liên tục, xen kẽ với giai đoạn nghỉ của cơ ống dẫn trứng dọc theo đoạn eo. Sau đó, hợp tử tiếp tục di chuyển dọc theo ống dẫn trứng để đến tử cung nhờ sự đan xen các cơn co thắt của đoạn nối giữa đoạn bóng với đoạn eo ống dẫn trứng và đoạn nối giữa ống dẫn trứng với tử cung. Các hormone (cụ thể là estradiol và progesterone) và các chất dẫn truyền thần kinh có vai trò điều tiết các cơn co thắt này. Người ta quan sát thấy có nhiều thụ thể của estradiol và progesterone tại cơ ống dẫn trứng, đồng thời sự thay đổi nồng độ của hai hormone này điều khiển hoạt động của các cơn co thắt. Ngoài ra, một số thành phần khác cũng được giải phóng vào thời điểm xuất hiện các cơn co thắt như neuropeptide Y, cơ chất P, prostaglandin (PG), endothelin và nitric oxide. Bên cạnh đó, các tế bào lông mao ở đoạn bóng được quan sát thấy nhiều hơn ở đoạn eo của ống dẫn trứng. Các lông mao chuyển động ổn định, hướng về phía tử cung góp phần đẩy phôi về tử cung. Tần suất chuyển động của lông mao có sự thay đổi theo chu kì của buồng trứng. Bên cạnh đó, nhiều cơ chất khác nhau cũng được tinh trùng hoặc phôi tiết ra cũng ảnh hưởng đến tần suất chuyến động của lông mao như PG, F2a, ATP, yếu tố hoạt hoá tiểu cầu (platelet-activating factor – PAF) và ß-adrenergic agonist. Người ta có thể tìm thấy PAF do phôi người ở giai đoạn tiền làm tổ tiết vào môi trường nuôi cấy và gene của thụ thể PAF biểu hiện ở tế bào nội mạc của ống dẫn trứng. Dịch trong ống dẫn trứng được tiết ra từ hoạt động của các tế bào tiết và huyết tương máu với thành phần, lượng thay đổi theo chu kì buồng trứng. Sự co thắt của ống dẫn trứng đẩy dịch dọc theo lòng ống cũng là một trong những yếu tố góp phần cho noãn và phôi di chuyển. Với những bằng chứng về sự co thắt, sự tiết dịch cùng với nhiều cơ chất và sự chuyển động của lông mao ống dẫn trứng, phôi người và một số loài động vật khác có thể kiểm soát thời gian đi vào tử cung. Tuy nhiên, đây cũng chỉ là giả thuyết, sự hiểu biết về quá trình, cơ chế và sự điều hoà khi phôi di chuyển trong đường sinh dục nữ còn rất hạn chế. Trong nghiên cứu, qua quan sát 82 noãn di chuyển trong lòng ống dẫn trứng đến lòng tử cung của một phụ nữ tình nguyện cho thấy rằng chỉ một số rất ít noãn trong số này thụ tinh. Trong 72 giờ đầu tiên cho đến khi có đỉnh Luteinizing Hormone, noãn vẫn còn được quan sát thấy trong lòng ống dẫn trứng; 48 giờ sau đó một số noãn có thể vẫn còn được quan sát thấy ở trong ống dẫn trứng nhưng một số đã đến buồng tử cung; sau 144 giờ tính từ thời điểm phóng noãn thì phôi chỉ còn được quan sát thấy tại buồng tử cung. Giai đoạn muộn nhất của phôi còn được quan sát thấy tại ống dẫn trứng là phôi dâu 8 phôi bào và giai đoạn sớm nhất của phôi được quan sát thấy tại tử cung là phôi dâu 12 phôi bào
TRAO ĐỔI CHẤT TRONG QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA PHÔI
Carbohydrate
Thay đổi về sinh lý lớn nhất của phối trong quá trình phát triển là thay đổi trong hoạt động trao đổi chất. Ở giai đoạn hợp tử, phối gân như ở trạng thái “yên lặng” với hoạt động trao đổi chất và sinh tổng hợp thấp. Ở giai đoạn phân chia, phôi sử dụng hai acid carboxylic là pyruvate và lactate làm cơ chất chính tạo năng lượng. Do đó, ở giai đoạn phân chia, phôi tạo năng lượng adenosine triphosphate (ATP) dựa hoàn toàn vào hoạt động chuyển hoá từ ti thể. Bên cạnh đó, phôi ở giai đoạn này sử dụng glucose với nồng độ rất nhỏ để thiết lập chương trình chuyển hoá cho giai đoạn phát triển tiếp theo.
Khi phôi khởi động hoạt hoá bộ gene và bước vào giai đoạn nén, sự thay đổi lớn trong hoạt động chuyển hoá của phôi với nhu cầu hấp thụ glucose tăng. Đến giai đoạn phôi nang, glucose trở thành nguồn cơ chất năng lượng chính mặc dù phôi vẫn duy trì sự hấp thu các acid carboxylic nhưng với mức rất thấp. Kết quả trong một nghiên cứu đã chứng minh khả năng hấp thụ glucose của phôi nang in vitro ảnh hưởng đến khả năng sống của phôi sau khi chuyển vào buồng tử cung và những phôi nang có khả năng làm tổ, cũng như phát triển thành thai là những phôi có tốc độ tiêu thụ glucose tăng gấp nhiều lần so với những phôi làm tổ thất bại
Acid amin
Acid amin (AA) là thành phần không thể thiếu trong sự phát triển của phôi trước làm tổ với vai trò làm tiền tố của quá trình sinh tổng hợp, đệm pH nội bào phôi, chất chống oxy hoá, cũng như góp phần trong quá trình biệt hoá, làm nguồn năng lượng và là yếu tố điều hoà chức năng chuyển hoá của phôi. Phôi cần các AA không thiết yếu từ giai đoạn 2 phôi bào cho đến 8 – 16 phôi bào (phôi ngày 3), sau đó phôi cần cả các AA thiết yếu và AA không thiết yếu để phát triển đến giai đoạn phôi nang. Do đó, việc sử dụng AA là một trong những thông số giúp định lượng khả năng sống của phôi. Với kết quả từ quan sát các loại AA mất dẫn khỏi môi trường ở các giai đoạn phôi phát triển khác nhau, cho thấy leucine là AA duy nhất bị “cạn” từ ngày 2 đến ngày 3; tiếp theo, leucine, arginine và serine bị mất dần khi phôi nén 8 phôi bào đến phôi dâu; và cuối cùng leucine, arginine, serine, methionine và valine được hấp thụ khi phôi dâu thành phôi nang.
Các yếu tố khác
Oxy là cơ chất duy nhất cho quá trình chuyển hoá năng lượng bằng sự oxy hoá mà phôi không thể dự trữ, do đó những thay đổi trong hoạt động của ti thể ảnh hưởng trực tiếp đến dòng oxy trong phôi. Mức tiêu thụ oxy của phôi là một chỉ số tương đối phản ánh khả năng chuyển hoá năng lượng của phôi giai đoạn phân chia. Người ta có thể đo lượng oxy tiêu thụ hoặc đo lượng ATP được sản xuất từ môi trường nuôi cấy phôi (dưới 72 giờ) để đánh giá khả năng phát triển của phôi ở giai đoạn phân chia và tiềm năng phát triển thành phôi nang của chúng Mối tương quan giữa các thành phần được chế tiết vào môi trường nuôi cấy với khả năng phát triển của phôi và tỉ lệ thai cũng được đánh giá. HLA-G (Human leukocyte antigen G) được cho là bảo vệ phôi khỏi những tác nhân loại bỏ từ đáp ứng miễn dịch của cơ thể mẹ. HLA-G được tìm thấy trong môi trường xung quanh phôi ở giai đoạn phôi phân chia và một vài nghiên cứu cũng cho thấy rằng HLA-G có tương quan trong việc cải thiện tiêm năng làm tổ của phôi
HIỆN TƯỢNG LÀM TỔ
Hiện tượng phôi thoát màng
Khoảng cuối ngày thứ 5 sau khi thụ tinh, toàn bộ khối tế bào bên trong phôi nang bắt đầu quá trình thoát khỏi ZP. Quá trình này được gọi là sự thoát màng của phôi. Sự thoát màng được khởi đầu với sự tích tụ dịch trong khoang phôi nang. Thể tích phôi nang có thể tăng lên hai đến ba lần so với thể tích phôi ở các giai đoạn trước đó do dịch khoang phôi dần tăng lên. Áp lực thuỷ tĩnh trong phôi tăng làm căng các phôi bào và làm màng ZP càng mỏng hơn. Các tế bào TE tăng sinh thành một lớp tế bào đơn duy nhất. Đồng thời, một loạt chu kì co giãn của phôi nang xảy ra liên tục trước khi thoát màng. Chính sự co – giãn này làm ZP trở nên đàn hồi và yếu hơn. Ngoài ra, có sự tham gia của men lysine từ tế bào TE của phôi hoặc tử cung vào việc làm mỏng và ly giải một phần ZP ở cực đối diện, kết quả là tạo thành một lỗ nhỏ trên màng ZP. Thông thường, các tế bào TE bắt đầu thoát ra qua lỗ nhỏ sẵn có trên ZP. Sau một thời gian ngắn, phần ZP mở ra khoảng 1/4 đến 1/3 chu vi phôi. Khi phôi nang đã thoát màng một nửa, phần còn lại của phôi cũng nhanh chóng được giải phóng. Sự thoát màng diễn ra cho đến khi toàn bộ các phần tế bào của phôi nang thoát hoàn toàn ra bên ngoài màng ZP. Khi đó, phôi nang nở rộng đáng kể, các tế bào TE mỏng và hình thành liên kết chặt chẽ. Sau khi thoát màng, vi mao trên tế bào TE với chiều dài trung bình khoảng 27 µm giúp phôi di chuyển trong tử cung. Đây là yếu tố đầu tiên giúp phôi có sự tiếp xúc với nội mạc tử cung (NỘI MẠC TỬ CUNG) ở vị trí làm tổ.
Sự biến đổi của NỘI MẠC TỬ CUNG dưới tác động của nội tiết
Ở người, sự tiếp nhận của nội mạc tử cung xảy ra vào ngày thứ 6 sau đỉnh Luteinizing hormone (LH) (sau phóng noãn) và kéo dài từ 2 – 4 ngày, hay nói khác hơn là khoảng ngày 20 – 24 của chu kì kinh nguyệt. Người ta còn gọi giai đoạn này với cái tên khác là cửa số làm tổ. Để sự làm tổ thành công, tử cung có sự tổ chức lại cấu trúc và chức năng
Estrogen và progesterone là hai hormone điều tiết những thay đổi này. Estrogen được chế tiết trong pha nang noãn (trước phóng noãn) và progesterone được chế tiết trong pha hoàng thể (sau phóng noãn). Ở pha nang noãn, khi nang noãn phát triển làm tăng tiết estrogen, kích thích sự tăng sinh của biểu mô, mô đệm và hệ thống mạch, ống tuyến của lớp biểu mô NỘI MẠC TỬ CUNG. NỘI MẠC TỬ CUNG tăng độ dày lên với hệ thống mạch máu và ống tuyến phát triển, tăng cường hoạt động tiết. Những thay đổi này đạt mức cực đỉnh vào ngày thứ 7 sau phóng noãn. Ngoài ra, bề mặt của nội mạc tử cung sản sinh những tế bào có hình dạng tròn được gọi là tế bào “rụng”, phủ đầy buồng tử cung vào ngày 9 – 10. Toàn bộ lớp tế bào “rụng” này thường bong tróc và hệ thống ống tuyến giảm hoạt động khoảng ngày 8-9 sau khi noăn rụng nếu người phụ nữ không có thai, kèm với hiện tượng kinh nguyệt sau đó. Các tế bào “rụng” phát triển từ các tế bào sinh dưỡng có mặt thường xuyên trong NỘI MẠC TỬ CUNG và tạo thành một màng “rụng”. Cấu trúc của màng rụng gồm ba phân đoạn; mặc dù cấu tạo và thành phần của ba phân đoạn tương tự nhau nhưng có vai trò khác nhau trong đó: (1) phân đoạn cơ sở giúp cố định phôi sau khi phôi làm tổ, (2) phân đoạn vỏ phát triển choàng qua phôi và vùi phôi vào bên trong NỘI MẠC TỬ CUNG, và (3) phân đoạn vách là những tế bào “rụng” còn lại trên bê mặt của tử cung. Các tế bào “rụng” cũng đóng vai trò chế tiết nhiều interleukin, yếu tố tăng trưởng và những thành phần khác hoặc hỗ trợ hay ức chế sự làm tổ. Bên cạnh đó, cấu trúc nguyên thuỷ của NỘI MẠC TỬ CUNG cũng có sự thay đổi, lớp tế bào NỘI MẠC TỬ CUNG ở mặt hướng ra phía lòng từ cung trở nên “chặt” hơn được gọi tên là zona compacta, và lớp tế bào NỘI MẠC TỬ CUNG ở mặt hướng vào thành tử cung trở nên “xốp” hơn, được gọi tên là zona spongios. Những thay đổi của các tế bào NỘI MẠC TỬ CUNG, giúp hấp thu dịch của từ cung và tạo ra sự chuyển dạng của màng bào tương. Bên cạnh đó, dưới tác động của estrogen và progesteron, cấu trúc và số lượng các lông nhung ở lớp biểu mô của tử cung thay đổi. Ngoài ra, biểu mô của NỘI MẠC TỬ CUNG cũng hình thành những cấu trúc vì thể đặc biệt gọi là pinopode (cấu trúc nhô lên từ bề mặt NỘI MẠC TỬ CUNG giống như ngón tay) dưới ảnh hưởng của progesterone. Chúng thường xuất hiện vào ngày 19 đến 21, hay nói khác hơn là khoảng ngày thứ 5 đến 7 sau thụ tinh, cùng thời điểm với progesterone được chế tiết. Các pinopode hấp thu dịch và các đại phân tử trong tử cung làm cho thể tích của tử cung giảm, nhờ đó mà thành của tử cung gần hơn với phôi (lúc này đang trôi nổi) tạo điều kiện cho phôi bám vào và làm tổ. Sự xuất hiện của pinopode được xem là một tín hiệu quan trọng cho sự chấp nhận của NỘI MẠC TỬ CUNG. Các pinopode sau đó vẫn tiếp tục hấp thu dịch tử cung và các cấu trúc này biến mất vào giai đoạn sớm của sự làm tổ
Không chỉ lớp NỘI MẠC TỬ CUNG chuyển dạng, hoạt động tiết của hệ thống ống tuyến trong biểu mô của NỘI MẠC TỬ CUNG cũng thay đổi dưới tác động của progesterone từ các nang hoàng thể, và đích đến của sự chế tiết từ các ống tuyến này là phôi. Điều này lý giải cho việc phôi vẫn được nuôi dưỡng bởi nguồn dưỡng chất (như sắt và các vitamin tan trong chất béo) được tiết vào trong buồng tử cung, mặc dù phôi mất khoảng 72 giờ di chuyển trong tử cung trước khi làm tổ và hoàn toàn không nhận được bất kì nguồn dinh dưỡng trực tiếp nào từ máu mẹ. Ngoài trọng giúp cho sự phát triển và làm tổ của ra, NỘI MẠC TỬ CUNG cũng chế tiết một số protein quan phôi. Cholesterol và các steroid cũng được chế tiết trong giai đoạn này.
Các giai đoạn của hiện tượng làm tổ
Quá trình làm tổ diễn ra ngay sau khi phôi thoát màng và gồm ba giai đoạn chính: (1) phôi nang cố định vào vị trí làm tổ của NỘI MẠC TỬ CUNG (giai đoạn gắn – apposition), (2) tế bào TE bám vào biểu mô của NỘI MẠC TỬ CUNG (giai đoạn bám – adhesion), (3) TE phát triển xâm lấn vào bên trong mô đệm của biểu mô NỘI MẠC TỬ CUNG (giai đoạn xâm lấn – invasion)
Ở giai đoạn 1 và 2, khoảng ngày thứ 2 – 4 sau khi phôi tiến vào buồng tử cung, phôi bắt đầu áp sát vào biểu mô của NỘI MẠC TỬ CUNG và gắn vào một vị trí trên thành tử cung. Phản ứng gắn của phôi vào lớp thượng bì biểu mô của NỘI MẠC TỬ CUNG tương tự như phản ứng viêm qua trung gian prostaglandin E2. Khi vừa tiếp xúc với lớp thượng bì của NỘI MẠC TỬ CUNG, các tế bào TE của phôi tăng sinh nhanh chóng và biệt hoá thành hai lớp: lớp nguyên bào nuôi (cytotrophoblast, là lớp lá nuôi còn giữ cấu trúc tế bào đơn và không xâm lấn mô tử cung) và lớp hợp bào nuôi (syncytiotrophoblast, gồm các tế bào lá nuôi đã mất cấu trúc, kết hợp với nhau
Vào giai đoạn 3, các hợp bào lá nuôi tiết ra men metalloprotease và collagenase làm phân huỷ chất nến ngoại bào của NỘI MẠC TỬ CUNG. Một số tế bào TE xâm lấn và phá huỷ các mao mạch, phôi chìm dần vào NỘI MẠC TỬ CUNG, tiếp xúc trực tiếp với máu mẹ. Ở cuối tuần thứ nhất, phôi nang làm tổ trong lớp dày của NỘI MẠC TỬ CUNG và lấy chất dinh dưỡng từ máu mẹ. Các tế bào TE đồng thời tiết ra hormone human chorionic gonadotropin (hCG) phóng thích vào máu mẹ. Phôi hoàn tất quá trình làm tổ vào cuối tuần thứ 2.
Trong khoảng thời gian này, khối ICM cũng phân hoá thành hai lớp tế bào: lớp thượng bì ở mặt sau nối với khoang ối và lớp hạ bì ở mặt trước, kế cận khoang phôi nang. Các lớp cùng nhau hợp thành một cấu trúc dạng đĩa phẳng. Bên trong lớp thượng bì cũng xuất hiện một khoang nhỏ, sau này trở thành khoang ối.
MỘT SỐ BẤT THƯỜNG TRONG PHÁT TRIỂN VÀ LÀM TỔ CỦA PHÔI
Phôi phân chia bất thường
Một số các dạng phôi phân chia bất thường thường gặp trong quá trình phát triển của phôi khi được quan sát trong điều kiện in vitro bằng hệ thống time-lapse. Các bất thường bao gồm: (1) phôi phân chia trực tiếp từ một tạo thành ba hoặc hơn ba phôi bào; (2) sau giai đoạn phân phôi chia thành hai phôi bào, một phôi bào dừng phân chia, phôi bào còn lại vẫn tiếp tục phân chia; (3) thời gian phân chia của phôi quá nhanh hoặc quá chậm; (4) phôi phân chia ngược; (5) kích thước các phôi bào không đồng đều sau phân chia. Trong những năm gần đây, kĩ thuật time-lapse được ứng dụng rộng rãi trong việc lựa chọn phôi, cung cấp nhiều thông tin về thời gian phân chia và động học của phôi, đặc biệt đối với những phôi phân chia trực tiếp. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh được rằng phôi phân chia bất thường vẫn có tiềm năng tạo thành phôi nang nhưng tỉ lệ làm tổ thấp
Số lượng phôi bào trong phối là một tiêu chuẩn để tiên lượng khả năng phát triển của phôi. Ở giai đoạn ngày 3, những phôi có tiêm năng phát triển tốt khi đạt được 7 – 8 phôi bào. Những phôi có nhiều hoặc ít hơn 7 – 8 phôi bào vào ngày thứ 3 sau thụ tinh có tiềm năng phát triển giảm đáng kể. Hơn nữa, tỉ lệ tạo phôi nang ở những phôi ngày 3 có từ 7 – 9 phôi bào cao hơn rất nhiều (41,9%) so với phôi có ít hơn 7 phôi bào (13,8%) hoặc nhiễu hơn 9 phôi bào (27,5%)
Phôi ngừng phân chia giai đoạn sớm
Khoảng 10 – 15% số phôi trong điều kiện nuôi cấy in vitro có thể ngừng phân chia ở giai đoạn 2 – 4 phôi bào. Một vài phôi dừng lại sau khi thụ tinh và không thể thực hiện được lẫn phân cắt đầu tiên. Hoạt động phân chia của phôi ở các giai đoạn sớm được kiểm soát bởi các RNA thừa hưởng từ noãn. Tùy thuộc vào lượng RNA thừa hưởng từ noãn và sự biểu hiện của từng gene tương ứng, mà phôi ở giai đoạn phân chia sẽ có độ nhạy cảm với môi trường nuôi cấy, và kết quả là phôi sẽ ngừng phân chia. Bên cạnh đó, đối với phôi người, khoảng 50% phôi ngừng phát triển từ giai đoạn 8 phôi bào đến phôi nang. Nguyên nhân chính là do sai hỏng hoặc không thực hiện được
Một nguyên nhân khác giải thích cho việc phôi ngừng phân chia là sự khiếm khuyết chức năng của ti thể. Điều này liên quan đến các ti thể chưa biệt hoá chiếm tỉ lệ cao ở giai đoạn phối phân chia. P66Shc là một protein thuộc họ Shc, là chất cảm ứng mức độ oxy hoá nội bào dẫn đến dừng quá trình sao chép ở phôi. P66Shc làm mất đi tính điều hòa hoạt động của màng ti thể, làm cho hoạt động trao đổi chất quá mức và cuối cùng là tạo ra nhiều gốc oxy hoá tự do. Ngoài ra, phôi dừng phân chia có thể là do có bất thường về NST
Thất bại làm tổ
Thất bại làm tổ là hiện tượng phổ biến nhất, xảy ra hơn 70% các trường hợp trong quá trình thụ thai. Có rất nhiều nguyên nhân khiến phôi không thể di chuyển được đến tử cung và làm tổ hoặc thai bị sẩy sớm như bất thường di truyền của phôi, sự không chấp nhận phôi của NỘI MẠC TỬ CUNG, các thay đổi nội tiết hoặc hệ miễn dịch của mẹ trước giai đoạn phôi làm tổ. Ước tính trong tự nhiên, khoảng 2/3 số ca thất bại làm tổ do thiếu sự chấp nhận của NỘI MẠC TỬ CUNG và 1/3 nguyên nhân đến từ phôi
Chất lượng và bất thường di truyền của phôi
Chất lượng của phôi là một trong những yếu tố quan trọng cho sự làm tổ thành công. Trong các chu kì điều trị thụ tinh trong ống nghiệm, chuyển phôi nang cho tỉ lệ có thai và tỉ lệ trẻ sinh sống cao hơn rất nhiều so với chuyển phôi ở giai đoạn phân chia. Đồng thời, chu kì chuyển phôi có ít nhất một phôi có chất lượng tốt sẽ cho tỉ lệ có thai và trẻ sinh sống cao hơn đáng kể so với chu kì chuyển phôi không có phôi tốt
Sự toàn vẹn và bình thường về cấu trúc di truyền của phôi đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định khả năng phát triển và làm tổ của phôi. Các bất thường NST ở phôi bao gồm các bất thường về số lượng và cấu trúc NST. Khảo sát NST của phôi trên 514 đối tượng bệnh nhân bị thất bại làm tổ liên tiếp, kết quả cho thấy có 48,5% số phôi có bất thường số lượng (lệch bội – aneuploidy) về các NST. Các phôi lệch bội NST thường không có khả năng làm tổ và phát triển thành một thai kì bình thường. Các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng phôi hiện tại thường dựa vào hình thái của phôi, và thường không có khả năng phân biệt được những phôi lệch bội với phôi lưỡng bội. Nghiên cứu cho thấy những phụ nữ thất bại làm tổ sau điều trị thụ tinh trong ống nghiệm nhiều hơn ba lần có tỉ lệ phôi bất thường NST (67%) cao hơn so với nhóm chứng (36%). Ngoài ra, noãn từ mẹ lớn tuổi hay sự tổn thương DNA của tinh trùng là những nguyên nhân chính gây ra sự lệch bội của phôi
Tổn thương màng trong suốt
Trong quá trình phát triển của phôi, ZP đóng vai trò như một màng bảo vệ các khối tế bào bên trong, nhưng phôi nang chỉ có khả năng làm tổ khi đã thoát khỏi lớp ZP. Thất bại trong quá trình thoát màng có thể là một trong những nguyên nhân dẫn đến tình trạng thất bại làm tổ. Người ta thấy việc nuôi cấy phôi in vitro trong một thời gian dài có tác động xấu đến cấu trúc của ZP và từ đó, ảnh hưởng đến quá trình thoát màng của phôi
Các bất thường của tử cung
Các dị dạng của tử cung có thể có những tác động tiêu cực lên sự chấp nhận của NỘI MẠC TỬ CUNG trong quá trình làm tổ của phôi hay tình trạng sẩy thai sớm. Tử cung có vách ngăn là một bất thường bẩm sinh thường gặp nhất. Ngoài ra, các thương tổn như nhân xơ dưới NỘI MẠC TỬ CUNG, polyp lòng tử cung và dính lòng tử cung cũng là những nguyên nhân ngăn cản sự làm tổ
Tình trạng ứ dịch tai vòi của ống dẫn trứng
Ứ dịch tai vòi có thể là hậu quả của những tác động cơ học và giai đoạn cuối của ứ mủ tai vòi. Vòi trứng bị tắc nghẽn hoàn toàn do nhiễm trùng trước đó làm ngăn cản sự di chuyển của phôi xuống tử cung. Bên cạnh đó, dòng chảy của dịch ứ trong vòi trứng ảnh hưởng đến sự chấp nhận của NỘI MẠC TỬ CUNG, cũng như quá trình làm tổ của phôi.
Sự thay đổi nội tiết hoặc các chất điều hoà làm tổ từ mẹ
Các cytokine, cụ thể là GM-CSF (Granulocyte macrophage colony stimulating factor) và một số yếu tố khác như LIF (Leukemia inhibitory factor), Interleukin-11, được NỘI MẠC TỬ CUNG tiết ra, là những yếu tố quan trọng cần thiết trong tái cấu trúc lại mô NỘI MẠC TỬ CUNG, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình làm tổ của phôi. Sự thiếu hụt hay trạng thái không hoạt động của các yếu tố này thường dẫn đến những rối loạn về chức năng và khả năng phát triển của phôi thai, cũng như có thể dẫn đến hiện tượng sấy thai sớm
Phản ứng làm tổ tương tự như một phản ứng miễn dịch trong cơ thể mẹ. Trong đó, số lượng các tế bào bạch cầu được điều hoà bởi các tế bào giết tự nhiên trong máu ngoại vi. Tuy nhiên, với cơ thể mẹ có hoạt động đáp ứng miễn dịch quá mức sẽ khiến cho phôi bị đào thải khỏi cơ thể mẹ ngay sau khi làm tổ. Hoạt động của NK ngoại vì tăng 11% ở nhóm phụ nữ sảy thai sớm so với nhóm phụ nữ mang thai và sinh con thành công
CÁC CÔNG CỤ HỖ TRỢ TIÊN LƯỢNG KHẢ NĂNG LÀM TỔ CỦA PHÔI
Sự làm tổ của phôi là một quá trình phức tạp, nhìn chung phụ thuộc vào ba yếu tố chính: chất lượng phôi chuyển, sự chấp nhận của NỘI MẠC TỬ CUNG và hệ thống miễn dịch của cơ thể người phụ nữ. Trong điều trị thụ tỉnh trong ống nghiệm, để tăng tỉ lệ thành công cho một chu kì chuyển phôi, hai hoặc như nhiều hơn hai phôi được chuyển vào tử cung hy vọng có ít nhất một phôi làm tổ. Điều dẫn đến nguy cơ đa thai. Chuyển đơn phôi là giải pháp để hạn chế đa thai nhưng la thế nào để lựa chọn được một phôi có tiềm năng làm tổ cao nhất đòi hỏi cần có những tiêu chí để đánh giá chất lượng phôi. Chọn lựa phôi dựa trên đánh giá về hình thái là phương pháp vẫn được áp dụng phổ biến nhất hiện nay nhờ tính đơn giản, chi phí thấp và hiện vẫn có giá trị tiên lượng cho tiềm năng làm tổ của phôi. Gần đây, một số công cụ khác được phát triển để hỗ trợ cho việc đánh giá và lựa chọn phôi chuyển dựa trên động học và chuyển hoá năng lượng của phôi.
Tiên lượng khả năng làm tổ dựa trên hình thái phôi
Phôi có chất lượng tốt hơn về hình thái (khi quan sát bằng mắt thường dưới kính hiển vi) cho tỉ lệ có thai cao hơn là quan điểm tồn tại từ lâu. Nhiều nghiên cứu đã cố gắng mô tả những đặc điểm về hình thái của phôi có tiềm năng làm tổ cao nhất, tuy nhiên, những đặc điểm giúp chọn phôi tối ưu vẫn còn nhiều tranh luận
Hợp từ là giai đoạn đầu tiên trong quá trình phát triển của phôi nhưng lại không có giá trị trong tiên lượng khả năng làm tổ của phôi. Tuy nhiên, một nghiên cứu gần đây phân tích hình ảnh bằng hệ thống time-lapse cho thấy, những phôi có hai tiền nhân nằm cạnh nhau ở vị trí trung tâm giúp tăng gấp hai lần tỉ lệ trẻ sinh sống
Ở giai đoạn phân chia, các đặc điểm chính được lựa chọn đánh giá bao gồm số lượng phôi bào, tỉ lệ phân mảnh bào tương và sự đồng đều hoặc không đồng đều về kích thước giữa các phôi bào. Ba đặc điểm này được xem là những yếu tố tiên lượng độc lập cho khả năng làm tổ của phôi. Khả năng làm tổ của phôi ngày 3 cao nhất ở phôi tám tế bào, tỉ lệ này giảm đối với phôi sáu tế bào và thấp nhất ở nhóm một – hai tế bào. Phôi có số phôi bào lẻ và nhiều hơn 10 tế bào cũng tăng tỉ lệ bất thường di truyền
Đánh giá hình thái dựa trên tỉ lệ phân mảnh và kích thước phôi bào cũng là một tiêu chí quan trọng vì về mặt lý thuyết, các phôi bào phân mảnh là kết quả của sự chết theo chu trình do mất kiểm soát của các protein điều hoà. Sự mất điều hoà này có thể ảnh hưởng đến khả năng phát triển và làm tổ của phôi. Các kết quả nghiên cứu cho thấy tỉ lệ phân mảnh thấp (5 – 10% so với thể tích của phôi) không ảnh hưởng đến sự phát triển bình thường của phôi. Tuy nhiên, tỉ lệ phân mảnh càng tăng, tỉ lệ làm tổ càng thấp và phôi hầu như không phát triển nếu tỉ lệ phân mảnh quá 50%. Tỉ lệ thai mang bất thường bẩm sinh cao cũng đã được báo cáo trên những thai kì từ phôi nhiều phân mảnh. Các phôi bào có thể không đồng đều về kích thước do mất một phần bào tương thành phân mảnh. Sự ngừng phân chia một hoặc nhiều phôi bào trong quá trình phát triển do bất thường vị trí thoi vô sắc hay sự phân chia bất đối xứng. Dù nguyên nhân nào đi nữa, sự không đồng đều về kích thước giữa phôi bào đều liên quan đến sự đa nhân, tăng bắt thường NST và giảm tiềm năng phát triển.
Đối với phôi nang, lúc này, phôi đã đạt đến cấp độ phân hoá cấu trúc cao hơn cần cho sự làm tổ. Bên cạnh đó, chuyển phôi nang vào buồng tử cung còn được xem là phù hợp với cửa sổ làm tổ. Cấu tạo của khối tế bào ICM, lớp tế bào TE và độ nở rộng của khoang phôi đều được xem là những tiêu chí về hình thái để đánh giá một phôi nang, tuy nhiên, đặc điểm nào là yếu tố tiên lượng mạnh nhất cho tiêm năng làm tổ của phôi vẫn còn nhiều tranh luận. Thông thường, ICM được cho là yếu tố quyết định đến khả năng có thai của bệnh nhân, nhưng gần đây đã có những nghiên cứu cho thấy độ nở rộng và lớp tế bào nuôi mới là yếu tố quan trọng trong việc dự đoán tiềm năng của phôi
Tiên lượng khả năng làm tổ dựa trên động học phát triển
Ngoài hình thái phôi (được quan sát bằng mắt thường dưới kính hiển vi), thời điểm phân bào ở các giai đoạn phát triển của phôi, còn được gọi với tên khác là động học (kinetic), cũng được xem là một trong những công cụ để tiên lượng khả năng phát triển, làm tổ của phôi, cũng như tiên lượng bất thường về di truyền ở phôi
Các thời điểm được quan tâm khi đánh giá động học của phôi bao gồm thời điểm đồng bộ xuất hiện hai tiền nhân (tPN), thời điểm hai tiền nhân biến mất (tPNf), thời điểm xảy ra lần phân bào đầu tiên (t2), thời điểm phôi từ hai phôi bào phân chia thành ba phôi bào (13), bốn phôi bào (14), năm phôi bào (15), thời điểm phôi bắt đầu nén (tM), tạo khoang (tE), thành phôi nang (tB), thoát màng (tHblast); cũng như khoảng thời gian giữa các lần phân bào (ECC) hay thời gian để có sự đồng bộ phân chia giữa các phôi bào từ phôi hai phôi bào thành bốn phôi bào (S2) và từ phôi năm phôi bào thành tám phôi bào (S3). Phần lớn các nghiên cứu về động học của phôi đều khẳng định những phôi có tiềm năng phát triển cao là những phôi có những chu kì phân bào đúng thời điểm
Tiên lượng khả năng làm tổ dựa trên chuyển hoá năng lượng
Mặc dù các phương pháp lựa chọn phôi chuyển đã có nhiều cải thiện để làm tăng tỉ lệ thành công, khoảng 25% đến 50% phôi nang được xét nghiệm là lưỡng bội vẫn thất bại sau khi chuyển cho bệnh nhân. Hầu hết các trường hợp này đều chưa rõ nguyên nhân, nhưng một giả thuyết đặt ra có liên quan đến bộ máy năng lượng của phôi – ti thể. DNA ti thể (mitochondrial DNA – mtDNA) là một bộ gene nhỏ có kích thước khoảng 16,5 kb được di truyền thông qua tế bào chất của noãn. Nó mã hoá cho các gene trong chuỗi chuyển điện tử, nơi mà phần lớn năng lượng của tế bào được tạo ra trong quá trình phosphoryl hoá. Ở một noãn trưởng thành, số lượng bản sao của mtDNA khoảng 200.000 bản và tỉ lệ mtDNA của noãn tỉ lệ nghịch với tuổi của phụ nữ. Tuy vẫn còn nhiều tranh luận vẽ mối liên quan giữa nông độ mtDNA với khả năng làm tổ của phôi, một số nghiên cứu trên phôi nang cho thấy mtDNA có thể là một tín hiệu độc lập để dự đoán khả năng làm tổ của phôi nang lưỡng bội
Ngoài ra, các nghiên cứu trên các microRNA (miRNA) có trong môi trường nuôi cấy phôi cho thấy miRNA được tìm thấy ở phôi nang mà không tìm thấy ở phôi phân chia và phôi nén; phôi có khả năng làm tổ cao thì môi trường cấy phôi có nồng độ miRNA cao hơn so với phôi không làm tổ. Từ đó miRNA có thể đóng vai trò là một tín hiệu sinh học và mở ra một hướng mới giúp ích cho việc lựa chon không xâm lấn những phôi có tiềm năng phát triển
Đo lường khả năng tiêu thụ oxy mà phôi dụng có liên quan đến hoạt động trao đổi chất tạo ATP của tế bào. Nghiên cứu trên phôi người cũng cho thấy có sự liên quan giữa chất lượng phôi và nồng độ oxy tiêu thụ cụ thể là nồng độ oxy tiêu thụ cao hơn thì chất lượng phôi tốt hơn và tỉ lệ có thai sau chuyển phôi cao hơn
Đánh giá khả năng dung hợp của nội mạc tử cung
Sự làm tổ của phôi là một quá trình phức tạp liên quan đến sự tương tác giữa NỘI MẠC TỬ CUNG và phôi nang, quyết định sự thành công của một chu kì chuyển phôi. Người ta ước tính rằng chất lượng phôi liên quan tới một phần ba các trường hợp thất bại làm tổ, trong khi NỘI MẠC TỬ CUNG không tối ưu và sự rối loạn trong tương tác giữa NỘI MẠC TỬ CUNG – phôi chịu trách nhiệm cho hai phần ba còn lại. Khả năng tiếp nhận của NỘI MẠC TỬ CUNG đã được nghiên cứu hơn 80 năm qua, cung cấp nhiều thông tin về các quá trình liên quan đến sự tương tác giữa NỘI MẠC TỬ CUNG – phôi và sự làm tổ. Các nghiên cứu đã báo cáo về các đặc điểm NỘI MẠC TỬ CUNG khác nhau được đánh giá bằng siêu âm, sinh thiết NỘI MẠC TỬ CUNG, hút dịch NỘI MẠC TỬ CUNG và nội soi bàng quang trong các trường hợp có thai tự nhiên, bơm tinh trùng vào buồng tử cung và thụ tinh trong ống nghiệm. Một số tín hiệu được xác định là có liên quan với kết quả thai lâm sàng bao gồm độ dày NỘI MẠC TỬ CUNG, hình thái NỘI MẠC TỬ CUNG, sóng NỘI MẠC TỬ CUNG và các phân tử khác nhau; tuy nhiên, khả năng tiên lượng cho thai lâm sàng kém khiến các tín hiệu này không được sử dụng trong thực hành lâm sàng. Kết quả từ các xét nghiệm phân tử hiện đại trong các nghiên cứu trong tương lai được mong đợi sẽ cung cấp thêm nhiều thông tin hơn về sự tiếp nhận của NỘI MẠC TỬ CUNG.
KẾT LUẬN
Sự phát triển và làm tổ của phôi là bước khởi đầu quan trọng trong hình thành bào thai và cá thể mới. Do đó, tác động từ các yếu tố bất lợi trên phôi trong giai đoạn này có thể ảnh hưởng đến sự biểu hiện gene và sự phát triển của cơ thể trong tương lai. Bên cạnh đó, các kiến thức liên quan đến vấn đề này sẽ là nền tảng cho sự phát triển các kĩ thuật hỗ trợ sinh sản, cũng như nền tảng cho các nghiên cứu về xây dựng hệ thống nuôi cấy phôi phù hợp, các kĩ thuật giúp tiên lượng được khả năng phát triển và làm tổ của phôi.
