Inovativní řešení je dílem týmu vědců z Malopolského centra biotechnologie Jagellonské univerzity, kteří spolupracovali s Ústavem jaderné fyziky Polské akademie věd. Technologie umožňuje rychlou trojrozměrnou vizualizaci lipidového profilu živých vajíček, což umožňuje spolehlivé posouzení jejich metabolismu, identifikaci oocytů s největším vývojovým potenciálem a zvýšení úspěšnosti in vitro postupů.

Navzdory obrovskému pokroku v reprodukční medicíně dosud nebyla vyvinuta účinná metoda pro hodnocení oocytů pro in vitro fertilizaci. Výběr vajíčka k oplodnění je stále založen především na jeho vzhledu pod mikroskopem. Problém je v tom, že většina vajíček se jeví téměř identicky, a to i přes významné metabolické a strukturální rozdíly mezi nimi, a v důsledku toho se liší i jejich schopnost vývoje po oplodnění.

Metoda založená na holotomografii představuje v této oblasti kvalitativní skok. Místo subjektivního posouzení morfologie embryolog získává objektivní data popisující skutečný fyziologický a biochemický stav buňky. To mu umožňuje identifikovat oocyty, které nabízejí největší šanci na úspěšné in vitro fertilizaci a vývoj zdravého těhotenství.

„Dvě vajíčka, která se pod mikroskopem jeví identicky, mohou mít zcela odlišný vývojový potenciál. Ten je mimo jiné ovlivněn objemem lipidů uložených v buňkách, jejich rozložením a strukturou. Metoda, kterou jsme vyvinuli, nám umožňuje nahlédnout do živých oocytů a posoudit jejich stav, což umožňuje správný výběr. Embryologové mohou konečně vybrat buňky s optimálními metabolickými parametry pro oplodnění, což zvyšuje šance na implantaci embrya, normální těhotenství a narození zdravého dítěte,“ říká profesorka Grażyna Ptak z Malopolského centra biotechnologie Jagellonské univerzity.

Nejdůležitějším přínosem nového řešení je větší šance na dosažení těhotenství končícího narozením zdravého dítěte. Metoda by potenciálně mohla také snížit riziko kardiometabolických onemocnění v pozdějším věku – problém pozorovaný u některých dětí narozených pomocí asistované reprodukce, potvrzený na zvířecích modelech. Technologie by tak mohla dlouhodobě přispět ke zvýšení úspěšnosti in vitro postupů.

Nová metoda využívá holotomografii – pokročilou 3D zobrazovací techniku ​​založenou na měření indexu lomu struktur ve zkoumaném materiálu. Tato technika umožňuje zobrazování vnitřku jediné živé buňky bez použití barviv a bez zásahu do biologického materiálu. Je proto zcela neinvazivní.

Pomocí vyvinuté technologie vědci analyzují lipidový profil oocytu, tj. distribuci a objem lipidových struktur v celé buňce. Analýza stavu lipidů umožňuje detekci nepříznivých oxidačních procesů dříve, než dojde k poškození proteinů nebo genetického materiálu v buňce. Lipidy jsou první, které reagují na oxidační stres, což způsobuje změny ve struktuře membrány, které snižují vývojový potenciál vajíčka.

„Holotomografie nám umožňuje prohlížet si živou buňku ve třech rozměrech bez použití jakýchkoli markerů. Analyzujeme distribuci lipidů v celém oocytu a získáváme informace, které klasická světelná mikroskopie neposkytuje,“ vysvětluje Dr. Hab. Eng. Joanna Depciuch-Czarny, profesorka na IFJ PAN.

Test zahrnuje provedení počítačově podporované trojrozměrné rekonstrukce obrazu, která umožňuje kvantitativní analýzu buněčných parametrů a výběr oocytů, přičemž je třídí od nejlepších po nejvíce poškozené. Celý zákrok trvá přibližně 10 minut.

Zájem o novou technologii je mezi klinikami pro léčbu neplodnosti velmi vysoký. Centra provádějící in vitro zákroky hledají řešení, která zvýší účinnost terapie a sníží počet neúspěšných pokusů. Technologie by se v konečném důsledku mohla stát součástí každodenní práce embryologů, podpořit jejich rozhodnutí objektivní analýzou dat a nahradit nedokonalé vizuální hodnocení.

Jak zdůrazňují vědci a lékaři, všechny existující systémy testování oocytů založené výhradně na vizuálním hodnocení (včetně těch, které využívají umělou inteligenci) nejsou schopny efektivně určit vývojovou kapacitu vajíček. Prakticky všichni se shodují na tom, že kromě zjevných změn ve vzhledu buněk, to, zda je výběr proveden na základě morfologie oocytů, či nikoli, nemění podíl těhotenství dosažených při in vitro fertilizaci.

Úspěch výzkumníků nespočívá pouze ve využití holotomografie pro výzkum oocytů. Neméně významným úspěchem byl vývoj patentované metody pro přípravu oocytů k vyšetření (preparaci) a metody pro jejich plné prostorové zobrazování. Holotomografie se dříve používala především pro analýzu buněk adherentních k substrátu. Výzkumný tým vyvinul řešení, kdy tato technika umožňuje trojrozměrnou analýzu oocytů suspendovaných v kultivačním médiu. Zobrazování probíhá na nanometrové úrovni, což je velmi přesné. To je jeden z klíčových aspektů patentové přihlášky.

„Vývoj naší metody vyžadoval řešení četných technických problémů během fáze přípravy. Jednou z nich bylo nalezení účinné metody pro zobrazování jedné buňky suspendované v kultivačním médiu pod holotomografickým mikroskopem. Další výzvou byla imobilizace této jedné buňky, která nebyla přilnutá k substrátu. V této oblasti jsme průkopníky,“ říká Hafsa Gulzar z Jagellonské univerzitní lékařské kliniky.

Výzvou, kterou vědci také překonali, byla optimalizace všech přípravných a analytických kroků, aby bylo možné provést vyšetření souboru odebraných oocytů a jejich 3D analýzu do 10 minut. Tato doba umožňuje implementaci této metody pro klinické použití.

Výzkumníci nepochybují o tom, že vyvinutá technologie představuje nový směr pro rozvoj diagnostiky v reprodukční medicíně. Metoda byla patentována v Polsku a má významný implementační potenciál. Výzkumníci očekávají, že řešení bude integrováno s holotomografickými mikroskopy pro použití v klinikách neplodnosti.

„Technologie řeší potřebu efektivních metod pro hodnocení vajíček. V současné době analyzujeme možné scénáře komercializace a podporujeme tým v hledání partnerů, kteří mají zájem o další vývoj řešení, což by v konečném důsledku umožnilo jeho využití v embryologických laboratořích,“ říká Dr. Gabriela Konopka-Cupiał, ředitelka Centra pro transfer technologií CITTRU na Jagellonské univerzitě.

Výzkumný tým provádí výzkumnou a validační práci ve třech paralelních směrech. Jedním z nich jsou komplexní studie na zvířecích modelech, které poskytují informace o dlouhodobém dopadu změn lipidového profilu oocytů na zdraví dospělých potomků. Druhým směrem je charakterizace příčin změn lipidového profilu oocytů, které pro výzkum poskytují spolupracující kliniky pro neplodnost. Dále probíhají práce na vytvoření komponenty umělé inteligence využívající strojové učení ke standardizaci a urychlení analytických procesů informací získaných z holotomografie. Tato komponenta se nakonec stane nedílnou součástí softwaru spolupracujícího s holotomografickými mikroskopy, což embryologům umožní rychle a objektivně posoudit kvalitu vajíček.

„V současné době, i přes rychlý rozvoj asistované reprodukce, se úspěšnost postupů IVF (oplodnění in vitro) drží pouze kolem 35 procent. Jedním z hlavních faktorů omezujících úspěšnost je absence objektivní a spolehlivé metody pro posouzení kvality oocytů vybraných k oplodnění. Věřím, že naše technologie povede k pokroku v této oblasti a vyřeší problém, s nímž se kliniky potýkají již léta,“ dodává profesorka Grażyna Ptak.

zdroj: uj.edu.pl/wiadomosci/, autor:  Łukasz Wspaniały