Obecnie wybór oocytu do zapłodnienia pozaustrojowego (IVF) opiera się głównie na jego wyglądzie pod mikroskopem. Taka metoda jest niedoskonała, ponieważ komórki wyglądające niemal identycznie mogą znacznie różnić się metabolizmem, strukturą i zdolnością do rozwoju po zapłodnieniu. Technologia opracowana przez naukowców z Małopolskiego Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego we współpracy z Instytutem Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk dostarcza obiektywnych danych o stanie fizjologicznym i biochemicznym komórki.

- Dwie komórki jajowe, które pod mikroskopem wydają się identyczne, mogą mieć zupełnie różny potencjał rozwojowy. Wpływ na to ma między innymi objętość zgromadzonych w komórkach lipidów, ich rozmieszczenie i struktura. Opracowana przez nas metoda pozwala zajrzeć do wnętrza żywych oocytów i ocenić ich stan, co umożliwia właściwą selekcję. Embriolog może nareszcie wybrać do zapłodnienia komórki o optymalnych parametrach metabolicznych, zwiększając szansę na implantację zarodka, prawidłowy przebieg ciąży i narodzenie zdrowego dziecka - mówi prof. Grażyna Ptak z Małopolskiego Centrum Biotechnologii UJ.

Obraz 3D bez ingerencji w komórkę

Holotomografia to technika obrazowania wykorzystująca pomiar współczynnika załamania światła w badanych strukturach. Pozwala zobaczyć wnętrze żywej komórki w 3D, bez barwników i znaczników oraz bez ingerencji w materiał biologiczny.

Badaczki analizują profil lipidowy oocytu. Okazuje się bowiem, że lipidy jako pierwsze reagują na stres oksydacyjny - ich zmiany mogą więc ujawnić niekorzystne procesy, zanim dojdzie do uszkodzenia białek lub materiału genetycznego. Stres oksydacyjny powoduje również zmiany w błonach komórkowych, które obniżają potencjał rozwojowy oocytu.

- Holotomografia pozwala zobaczyć żywą komórkę w trzech wymiarach bez stosowania jakichkolwiek znaczników. Analizujemy rozmieszczenie lipidów w całej objętości oocytu, uzyskując informacje, których nie dostarcza klasyczna mikroskopia świetlna - wyjaśnia dr hab. inż. Joanna Depciuch-Czarny z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN.

Na podstawie uzyskanych danych powstaje komputerowa rekonstrukcja obrazu 3D. Umożliwia ona ilościową analizę parametrów komórek oraz uszeregowanie ich od najlepiej rokujących do najbardziej zaburzonych. Cała procedura zajmuje tylko 10 minut. Tak krótki czas pozwala przeanalizować pulę pobranych oocytów bez zakłócania przebiegu procedury zapłodnienia in vitro.

Nowy sposób obrazowania

Innowacja nie ogranicza się do wykorzystania holotomografii. Zespół stworzył również autorską metodę przygotowania komórek jajowych oraz ich pełnego obrazowania przestrzennego.

Holotomografia była dotychczas stosowana przede wszystkim do badania komórek przylegających do podłoża, a oocyty są zawieszone w środowisku hodowlanym. Naukowczynie musiały więc znaleźć sposób na unieruchomienie pojedynczej komórki bez jej uszkodzenia.

- Opracowanie naszej metody wymagało rozwiązania wielu problemów technicznych na etapie preparacji. Jednym z nich było znalezienie skutecznego sposobu obrazowania pojedynczej zawieszonej w pożywce hodowlanej komórki pod mikroskopem holotomograficznym. Innym wyzwaniem było unieruchomienie owej pojedynczej nieprzylegającej do podłoża komórki. Na tym polu jesteśmy pionierkami - mówi Hafsa Gulzar z MCB UJ.

Obrazowanie odbywa się z dokładnością na poziomie nanometrów. Sposób przygotowania i badania zawieszonych komórek jest jednym z kluczowych elementów polskiego zgłoszenia patentowego obejmującego nową technologię.

Cel: zastosowanie w klinikach

Metoda ma w przyszłości wspierać codzienną pracę embriologów. Zamiast opierać decyzję wyłącznie na wyglądzie oocytu, specjalista otrzyma zestaw danych opisujących jego stan metaboliczny.

Według naukowców i lekarzy dotychczasowe systemy oparte na wizualnej ocenie komórek jajowych nie potrafią skutecznie określić ich zdolności rozwojowej. Dotyczy to również rozwiązań wykorzystujących sztuczną inteligencję, jeżeli analizują one wyłącznie wygląd komórki.

Nową technologią już interesują się kliniki leczenia niepłodności. Rozwiązanie ma zostać zintegrowane z mikroskopami holotomograficznymi, aby mogło być stosowane w laboratoriach embriologicznych.

- Technologia odpowiada na potrzeby stosowania skutecznych metod oceny komórek jajowych. Obecnie analizujemy możliwe scenariusze komercjalizacji i wspieramy zespół w poszukiwaniu partnerów zainteresowanych dalszym rozwojem rozwiązania, tak, by docelowo umożliwić jego wykorzystanie w laboratoriach embriologicznych - mówi dr inż. Gabriela Konopka-Cupiał, dyrektorka Centrum Transferu Technologii CITTRU Uniwersytetu Jagiellońskiego.

Większa szansa na zdrową ciążę

Zespół kontynuuje badania. Prace prowadzone są równolegle w trzech obszarach. Pierwszy obejmuje badania na modelach zwierzęcych. Mają one pokazać, jaki jest długoterminowy związek między zmianami profilu lipidowego komórek jajowych a zdrowiem dorosłego potomstwa. Drugi kierunek dotyczy przyczyn zmian profilu lipidowego oocytów przekazywanych do badań przez współpracujące kliniki leczenia niepłodności. Trzecim obszarem jest stworzenie komponentu sztucznej inteligencji, który ma przyspieszyć i ustandaryzować analizę danych pochodzących z holotomografii.

Warto podkreślić, że głównym celem nowej technologii nie jest samo zwiększenie liczby zapłodnień. Chodzi przede wszystkim o trafniejszy wybór oocytów, które dają największą szansę na implantację zarodka, prawidłowy rozwój ciąży i narodziny zdrowego dziecka.

- Obecnie, mimo dynamicznego rozwoju technologii wspomaganego rozrodu, skuteczność procedur IVF nadal utrzymuje się na poziomie zaledwie ok. 35 proc. Jednym z głównych czynników limitujących współczynnik powodzenia jest brak obiektywnej i wiarygodnej metody oceny jakości oocytów wybieranych do zapłodnienia. Ufam, że nasza technologia doprowadzi do postępu w tej dziedzinie i rozwiąże problem, z którym kliniki borykają się od lat - dodaje prof. Grażyna Ptak.

Czytaj także:

Te zabiegi miały pomagać przy in vitro. Dowodów wciąż brak

Co z zarodkami samotnych kobiet? RPO pisze do MZ