Клинические и молекулярные аспекты аутологичного сокультивирования эмбрионов с клетками кумулюса в программах экстракорпорального оплодотворения

DOI

https://dx.doi.org/10.18565/aig.2022.306

Асфарова Г.Р., Смольникова В.Ю., Макарова Н.П., Бобров М.Ю., Эльдаров Ч.М., Зингеренко Б.В., Калинина Е.А.
ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. академика В.И. Кулакова» Министерства здравоохранения России, Москва, Россия

Цель: Оценить эффективность аутологичного сокультивирования эмбрионов с клетками кумулюса в программах лечения бесплодия методами вспомогательных репродуктивных технологий (ВРТ), а также проанализировать метаболический профиль отработанных культуральных сред после культивирования клеток кумулюса.
Материалы и методы: Были обследованы 127 супружеских пар, проходящих лечение бесплодия методами ВРТ. Проведена оценка эмбриологических показателей и результативности лечения. Проспективное исследование метаболома клеток кумулюса и отработанной культуральной среды после сокультивирования в ней клеток кумулюса методами высокоэффективной жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии было выполнено на 90 образцах отработанных сред после культивирования клеток кумулюса, 90 образцах самих клеток кумулюса, а также 10 контрольных образцах сред культивирования без кумулюса.
Результаты: В данной работе проведено проспективное исследование влияния сокультивирования эмбрионов с клетками кумулюса на морфологию бластоцист и вероятность их имплантации в сравнении с классическим методом при использовании стандартной среды. Было показано, что аутологичное сокультивирование эмбрионов с клетками кумулюса в 1,2 раза снижает вероятность имплантации у женщин позднего репродуктивного возраста, а у молодых пациенток аутологичное сокультивирование нецелесообразно. При этом в общей когорте сокультивирование достоверно увеличивает число бластоцист отличного качества, пригодных для криоконсервации. Это приводит к большей вероятности рождения ребенка с одного протокола стимуляции. Оценка метаболизма клеток кумулюса показала, что в культуральных средах при сокультивировании повышается концентрация ряда аминокислот (лейцина, валина, серина) и дипептидов на их основе. Данные позволяют говорить о том, что клетки кумулюса активно участвуют в метаболизме липидов, инициируя, среди прочего, механизм бета-окисления жирных кислот, работа которого необходима для нормального развития эмбриона.
Заключение: Результаты полученного исследования позволяют рекомендовать отказаться от аутологичного сокультивирования эмбрионов с клетками кумулюса женщинам старше 36 лет с множественными неудачными попытками ВРТ в анамнезе. Достоверно увеличивается число эмбрионов отличного качества при аутологичном сокультивировании с клетками кумулюса у молодых пациенток.

Вклад авторов: Асфарова Г.Р. — сбор и анализ данных, написание статьи; Смольникова В.Ю. — отбор пациентов, редактирование рукописи; Макарова Н.П. — дизайн клинического исследования, анализ результатов, редактирование статьи; Бобров М.Ю. — дизайн молекулярной части исследования, анализ полученных результатов; Эльдаров Ч.М. – проведение высокоэффективной жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии культуральных сред; Зингеренко Б.В. — культивирование эмбрионов, оценка эмбриологических параметров исследования; Калинина Е.А. — редактирование и утверждение публикации.
Конфликт интересов: Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов.
Финансирование: Работа выполнена при финансовой поддержке государственного задания МЗ РФ
№121040600410-7 «Решение проблемы бесплодия в современных условиях путем разработки клинико-диагностической модели бесплодного брака и использования инновационных технологий в программах вспомогательной репродукции».
Одобрение Этического комитета: Настоящее исследование было поддержано на заседании Комиссии по биоэтике ФГБУ «НМИЦ АГП имени В.И. Кулакова» Минздрава России.
Согласие пациентов на публикацию: Пациенты подписали информированное согласие на публикацию своих данных.
Обмен исследовательскими данными: Данные, подтверждающие выводы этого исследования, доступны по запросу у автора, ответственного за переписку, после одобрения ведущим исследователем.
Для цитирования: Асфарова Г.Р., Смольникова В.Ю., Макарова Н.П., Бобров М.Ю., Эльдаров Ч.М., Зингеренко Б.В., Калинина Е.А. Клинические и молекулярные аспекты аутологичного сокультивирования эмбрионов с клетками кумулюса в программах экстракорпорального оплодотворения.
Акушерство и гинекология. 2023; 4: 97-110
https://dx.doi.org/10.18565/aig.2022.306

ВРТ

бесплодие

сокультивирование

ооцит-кумулюсный комплекс

клетки кумулюса

метаболомика

ЭКО

эмбрион

Полный текст статьи
доступен в "Библиотеке Врача"

Loutradis D., Theofanakis C., Anagnostou E., Mavrogianni D., Partsinevelos G.A. Genetic profile of SNP(s) and ovulation induction. Curr. Pharm. Biotechnol. 2012; 13(3): 417-25. https://dx.doi.org/10.2174/138920112799361954.
Gunby J., Daya S. Assisted reproductive technologies (ART) in Canada: 2002 results from the Canadian ART Register. Fertil. Steril. 2006; 86(5): 1356-64. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2006.04.030.
Borght M.V., Wyns C. Fertility and infertility: definition and epidemiology. Clin. Biochem. 2018; 62: 2-10. https://dx.doi.org/10.1016/j.clinbiochem.2018.03.012
Boomsma C.M., Kavelaars A., Eijkemans M.J., Lentjes E.G., Fauser B.C, Heijnen C.J., Macklon N.S. Endometrial secretion analysis identifies a cytokine profile predictive of pregnancy in IVF. Hum. Reprod. 2009; 24(6): 1427-35. https://dx.doi.org/10.1093/humrep/dep011.
Richani D., Dunning K.R., Thompson J.G., Gilchrist R.B. Metabolic co-dependence of the oocyte and cumulus cells: essential role in determining oocyte developmental competence. Hum. Reprod. Update. 2021; 27(1): 27-47. https://dx.doi.org/10.1093/humupd/dmaa043.
Крылова Ю.С., Кветной И.М., Айламазян Э.К. Рецептивность эндометрия: молекулярные механизмы регуляции имплантации. Журнал акушерства и женских болезней. 2013; 62(2): 63-74.
Nikoloff N. The key role of cumulus cells in oocytes in vitro maturation protocols. Fertil. Steril. 2021; 116(6): 1663. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2021.10.010.
Turathum B., Gao E.M., Chian R.C. The function of cumulus cells in oocyte growth and maturation and in subsequent ovulation and fertilization. Cells. 2021; 10(9): 2292. https://dx.doi.org/10.3390/cells10092292.
Gao E.M., Turathum B., Wang L., Zhang D., Liu Y.B., Tang R.X., Chian R.C. The differential metabolomes in cumulus and mural granulosa cells from human preovulatory follicles. Reprod. Sci. 2022; 29(4): 1343-56.https://dx.doi.org/10.1007/s43032-021-00691-3.
Kattal N., Cohen J., Barmat L.I. Role of coculture in human in vitro fertilization: a meta-analysis. Fertil. Steril. 2008; 90(4): 1069-76. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2007.07.1349.
Parikh F.R., Nadkarni S.G., Naik N.J., Naik D.J., Uttamchandani S.A. Cumulus coculture and cumulus-aided embryo transfer increases pregnancy rates in patients undergoing in vitro fertilization. Fertil. Steril. 2006; 86(4): 839-47. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2006.03.028.
Lin Y.H., Hwang J.L., Seow K.M., Huang L.W., Chen H.J., Tzeng C.R. Effects of growth factors and granulosa cell co-culture on in-vitro maturation of oocytes. Reprod. Biomed. Online. 2009; 19(2): 165-70. https://dx.doi.org/10.1016/s1472-6483(10)60068-5.
von Mengden L., De Bastiani M.A., Grun L.K., Barbé-Tuana F., Adriaenssens T., Smitz J. et al. Bioinformatic analysis of human cumulus cells to unravel cellular's processes that could be used to establish oocyte quality biomarkers with clinical application. Reprod. Sci. 2022 Jul 26. https://dx.doi.org/10.1007/s43032-022-01046-2.
Quinn P., Margalit R. Beneficial effects of coculture with cumulus cells on blastocyst formation in a prospective trial with supernumerary human embryos. J. Assist. Reprod. Genet. 1996; 13(1): 9-12. https://dx.doi.org/10.1007/BF02068862.
Benkhalifa M., Demirol A., Sari T., Balashova E., Tsouroupaki M., Giakoumakis Y., Gurgan T. Autologous embryo-cumulus cells co-culture and blastocyst transfer in repeated implantation failures: a collaborative prospective randomized study. Zygote. 2012; 20(2): 173-80. https://dx.doi.org/10.1017/S0967199411000062.
Vendrell-Flotats M., García-Martínez T., Martínez-Rodero I., López-Béjar M., LaMarre J., Yeste M., Mogas T. In vitro maturation in the presence of Leukemia Inhibitory Factor modulates gene and miRNA expression in bovine oocytes and embryos. Sci. Rep. 2020; 10(1): 17777. https://dx.doi.org/10.1038/s41598-020-74961-6.
Babayev E., Duncan F.E. Age-associated changes in cumulus cells and follicular fluid: the local oocyte microenvironment as a determinant of gamete quality. Biol. Reprod. 2022; 106(2): 351-65. https://dx.doi.org/10.1093/biolre/ioab241.
Carles M., Lefranc E., Bosquet D., Capelle S., Scheffler F., Copin H., Cabry R., Benkhalifa M. In vitro maturation of oocytes from stimulated IVF-ICSI cycles using autologous cumulus cell co-culture: A preliminary study. Morphologie. 2022 Jun 25: S1286-0115(22)00028-5. https://dx.doi.org/10.1016/j.morpho.2022.02.002.
Kattal N., Cohen J., Barmat L.I. Role of coculture in human in vitro fertilization: a meta-analysis. Fertil. Steril. 2008; 90(4): 1069-76. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2007.07.1349.
Kumar K., Venturas M., Needleman D.J., Racowsky C., Wells D. Extensive analysis of mitochondrial DNA quantity and sequence variation in human cumulus cells and assisted reproduction outcomes. Hum. Reprod. 2021; 37(1): 66-79. https://dx.doi.org/10.1093/humrep/deab231.
Cadenas J., Pors S.E., Nikiforov D., Zheng M., Subiran C., Bøtkjær J.A. et al. Validating reference gene expression stability in human ovarian Follicles, Oocytes, Cumulus Cells, Ovarian Medulla, and Ovarian cortex tissue. Int. J. Mol. Sci. 2022; ;23(2): 886. https://dx.doi.org/10.3390/ijms23020886.
Caponnetto A., Battaglia R., Ferrara C., Vento M.E., Borzì P., Paradiso M. et al.; Italian Society of Embryology, Reproduction, Research (SIERR). Down-regulation of long non-coding RNAs in reproductive aging and analysis of the lncRNA-miRNA-mRNA networks in human cumulus cells. J. Assist. Reprod. Genet. 2022; 39(4): 919-31. https://dx.doi.org/10.1007/s10815-022-02446-8.
Ekart J., McNatty K., Hutton J., Pitman J. Ranking and selection of MII oocytes in human ICSI cycles using gene expression levels from associated cumulus cells. Hum. Reprod. 2013; 28(11): 2930-42. https://dx.doi.org/10.1093/humrep/det357.
Зорина И.М., Эльдаров Ч.М., Ярыгина С.А., Макарова Н.П., Трофимов Д.Ю., Смольникова В.Ю., Калинина Е.А., Бобров М.Ю. Профилирование метаболитов в питательных средах пятидневных эмбрионов человека. Биомедицинская химия. 2017; 63(5): 385-91.
Ибрагимова Л.К., Смольникова В.Ю., Эльдаров Ч.М., Бобров М.Ю., Агаджанян Д.С., Романов Е.А., Калинина Е.А. Особенности метаболомного профиля фолликулярной жидкости и сред культивирования эмбрионов пациенток с наружным генитальным эндометриозом. Акушерство и гинекология. 2021; 11: 114-24.
Ярыгина С.А., Смольникова В.Ю., Бобров М.Ю., Эльдаров Ч.М., Макарова Н.П. Культивирование эмбрионов в среде, содержащей в своем составе гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор в программах ВРТ. Акушерство и гинекология. 2019; 1: 50-4.
Bhadarka H.K., Patel N.H., Patel N.H., Patel M., Patel K.B., Sodagar N.R. et al. Impact of embryo co-culture with cumulus cells on pregnancy & implantation rate in patients undergoing in vitro fertilization using donor oocyte. Indian J. Med. Res. 2017; 146(3): 341-5. https://dx.doi.org/10.4103/ijmr.IJMR_1702_15.
Saito H., Hirayama T., Koike K., Saito T., Nohara M., Hiroi M. Cumulus mass maintains embryo quality. Fertil. Steril. 1994; 62(3): 555-8.
Carrell D.T., Peterson C.M., Jones K.P., Hatasaka H.H., Udoff L.C., Cornwell C.E. et al. A simplified coculture system using homologous, attached cumulus tissue results in improved human embryo morphology and pregnancy rates during in vitro fertilization. J. Assist. Reprod. Genet. 1999; 16(7): 344-9.https://dx.doi.org/10.1023/a:1020533711711.
Kim M.J., Kim Y.S., Kim Y.J., Lee H.R., Choi K.H., Park E.A. et al. Upregulation of low-density lipoprotein receptor of the steroidogenesis pathway in the cumulus cells is associated with the maturation of oocytes and achievement of pregnancy. Cells. 2021; 10(9): 2389. https://dx.doi.org/10.3390/cells10092389.
Benkhalifa M., Demirol A., Sari T., Balashova E., Tsouroupaki M., Giakoumakis Y., Gurgan T. Autologous embryo-cumulus cells co-culture and blastocyst transfer in repeated implantation failures: a collaborative prospective randomized study. Zygote. 2012, 20(2): 173-80. https://dx.doi.org/10.1017/S0967199411000062.
Virant-Klun I., Bauer C., Ståhlberg A., Kubista M., Skutella T. Human oocyte maturation in vitro is improved by co-culture with cumulus cells from mature oocytes. Reprod. Biomed. Online. 2018; 36(5): 508-23.https://dx.doi.org/10.1016/j.rbmo.2018.01.011.
Domínguez F., Gadea B., Esteban F.J., Horcajadas J.A., Pellicer A., Simón C. Comparative protein-profile analysis of implanted versus non-implanted human blastocysts. Hum. Reprod. 2008; 23(9): 1993-2000. https://dx.doi.org/10.1093/humrep/den205.
Houghton F.D., Hawkhead J.A., Humpherson P.G., Hogg J.E., Balen A.H., Rutherford A.J., Leese H.J. Non-invasive amino acid turnover predicts human embryo developmental capacity. Hum. Reprod. 2002; 17(4): 999-1005.https://dx.doi.org/10.1093/humrep/17.4.999. Erratum in Hum. Reprod. 2003; 18: 1756-7.
Chen C.Y., Hwu Y.M., Weng Y.W., Lu C.H., Chen Y.J., Sun F.J. Clinical application of immunomagnetic reduction for quantitative analysis of beta-subunit of human chorionic gonadotropin in blastocyst culture media to differentiate embryo quality. Clin. Chim. Acta. 2019; 491: 46-51.https://dx.doi.org/10.1016/j.cca.2019.01.012.
Lundin K., Ahlström A. Quality control and standardization of embryo morphology scoring and viability markers. Reprod. Biomed. Online. 2015; 31(4): 459-71. https://dx.doi.org/10.1016/j.rbmo.2015.06.026.
Seli E., Sakkas D., Scott R., Kwok S.C., Rosendahl S.M., Burns D.H. Noninvasive metabolomic profiling of embryo culture media using Raman and near-infrared spectroscopy correlates with reproductive potential of embryos in women undergoing in vitro fertilization. Fertil. Steril. 2007; 88(5): 1350-7.https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2007.07.1390.
Wallace M., Cottell E., Cullinane J., McAuliffe F.M., Wingfield M., Brennan L. 1H NMR based metabolic profiling of day 2 spent embryo media correlates with implantation potential. Syst. Biol. Reprod. Med. 2014; 60: 58-63.
Morris M.B., Ozsoy S., Zada M., Zada M., Zamfirescu R.C., Todorova M.G., Day M.L. Selected amino acids promote mouse pre-implantation embryo development in a growth factor-like manner. Front. Physiol. 2020; 11: 140. https://dx.doi.org/10.3389/fphys.2020.00140.
Ménézo Y., Lichtblau I., Elder K. New insights into human pre-implantation metabolism in vivo and in vitro. J. Assist. Reprod. Genet. 2013; 30(3): 293-303. https://dx.doi.org/10.1007/s10815-013-9953-9.
Alexiou M., Leese H.J. Purine utilisation, de novo synthesis and degradation in mouse preimplantation embryos. Development. 1992; 114(1): 185-92.https://dx.doi.org/10.1242/dev.114.1.185.
Ménézo Y., Lichtblau I., Lu S., Hoestje S.M., Choo E., Epner D.E. Induction of caspase dependant and independant apoptosis in response to methionine restriction. Int. J. Oncol. 2003; 22(2): 415-20.
Брусенцев Е.Ю., Мокроусова В.И., Игонина Т.Н., Рожкова И.Н., Амстиславский С.Я. Роль липидных гранул в развитии ооцитов и преимплантационных эмбрионов млекопитающих. Онтогенез. 2019; 50(5): 297-305.
Dunning K.R., Russell D.L., Robker R.L. Lipids and oocyte developmental competence: the role of fatty acids and β-oxidation. Reproduction. 2014; 148(1): R15-27. https://dx.doi.org/10.1530/REP-13-0251.
McKeegan P.J., Sturmey R.G. The role of fatty acids in oocyte and early embryo development. Reprod. Fertil. Dev. 2011; 24(1): 59-67.https://dx.doi.org/10.1071/RD11907.

Поступила 20.12.2022

Принята в печать 06.04.2023

Асфарова Гунай Раисовна, аспирант отделения вспомогательных технологий в лечении бесплодия им. проф. Б.В. Леонова, НМИЦ АГП им. академика В.И. Кулакова Минздрава России, +7(926)262-11-13, asfarovag@gmail.com, 117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.
Смольникова Вероника Юрьевна, д.м.н., доцент, в.н.с. отделения вспомогательных технологий в лечении бесплодия им. проф. Б.В. Леонова, НМИЦ АГП им. академика
В.И. Кулакова Минздрава России, v_smolnikova@oparina4.ru, 117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.
Макарова Наталья Петровна, д.б.н., в.н.с. отделения вспомогательных технологий в лечении бесплодия им. проф. Б.В. Леонова, НМИЦ АГП им. академика
В.И. Кулакова Минздрава России, np_makarova@oparina4.ru, 117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.
Бобров Михаил Юрьевич, к.х.н., заведующий лабораторией молекулярной патофизиологии, НМИЦ АГП им. академика В.И. Кулакова Минздрава России,
m_bobrov@oparina4.ru, 117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.
Эльдаров Чупалав Максудович, к.б.н., н.с. лаборатории молекулярной патофизиологии, НМИЦ АГП им. академика В.И. Кулакова Минздрава России,
ch_eldarov@oparina4.ru, 117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.
Зингеренко Борис Владимирович, м.н.с. отделения вспомогательных технологий в лечении бесплодия им. проф. Б.В. Леонова, НМИЦ АГП им. академика В.И. Кулакова Минздрава России, b_zingerenko@oparina4.ru, 117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.
Калинина Елена Анатольевна, д.м.н., профессор, заведующая отделением вспомогательных технологий в лечении бесплодия им. проф. Б.В. Леонова,
НМИЦ АГП им. академика В.И. Кулакова Минздрава России, e_kalinina@oparina4.ru, 117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.

Клинические и молекулярные аспекты аутологичного сокультивирования эмбрионов с клетками кумулюса в программах экстракорпорального оплодотворения

Асфарова Г.Р., Смольникова В.Ю., Макарова Н.П., Бобров М.Ю., Эльдаров Ч.М., Зингеренко Б.В., Калинина Е.А.

Ключевые слова

Список литературы

Об авторах / Для корреспонденции

Также по теме