1. Đặt vấn đề

Sự trưởng thành của noãn là một quá trình sinh học quan trọng, quyết định sự thành công của các kỹ thuật hỗ trợ sinh sản (HTSS). Thụ tinh trong ống nghiệm tiêu chuẩn (In vitro Fertilization – IVF) thường yêu cầu kích thích buồng trứng bằng gonadotropin ngoại sinh nhằm thúc đẩy sự trưởng thành của các nang noãn và ức chế sự thoái hoá của các nang noãn không vượt trội. Ngược lại, kỹ thuật nuôi trưởng thành noãn non trong ống nghiệm (In vitro Maturation – IVM) là quá trình thu nhận các phức hợp noãn – tế bào hạt (Cumulus – Oocye Complexes – COCs) ở trạng thái chưa trưởng thành, sau đó đưa vào nuôi cấy trong môi trường nhân tạo để noãn trưởng thành (1). IVM mang lại nhiều lợi ích như giảm thiểu việc tiếp xúc với hormone, tiết kiệm chi phí và đặc biệt là loại bỏ nguy cơ mắc hội chứng quá kích buồng trứng (Ovarian Hyperstimulation Syndrome – OHSS). Tuy vậy, kỹ thuật IVM hiện nay vẫn cho thấy hiệu quả lâm sàng thấp hơn đáng kể so với IVF tiêu chuẩn (2). Nguyên nhân được cho là do tiềm năng của noãn IVM kém khi tế bào chất chưa trưởng thành hoàn thiện. Ngay khi COCs được tách khỏi môi trường nang noãn, quá trình giảm phân sẽ tái khởi động. Lúc này, noãn bị đứt gãy các liên kết khe (Gap Junctions – GJs) với tế bào hạt (Cumulus Cells – CCs), đồng thời nguồn cung cấp dưỡng chất và các tín hiệu phân tử bị ngưng trệ, khiến bào tương không thể tiếp tục trưởng thành. Do đó, các bào quan trong noãn lúc này vẫn mang cấu trúc và vị trí định vị đặc trưng cho giai đoạn noãn GV (3).

Mục đích của bài viết này là tổng hợp các cơ chế trong tiến trình trưởng thành tế bào chất của noãn, cung cấp cơ sở lý luận làm tiền đề cho những nghiên cứu chuyên sâu nhằm tối ưu hóa hiệu quả của kỹ thuật IVM.

  1. Động lực học bào quan và sự tái cấu trúc tế bào chất trong noãn

Trưởng thành tế bào chất được đặc trưng rõ nét nhất bởi sự thay đổi vị trí, hình thái và chức năng của các thành phần nội bào từ giai đoạn GV (Germinal Vesicle) đến MII (Metaphase II).

  1. Ty thể

Ty thể là một trong những bào quan quan trọng nhất của tế bào chất, được xem là nguồn sản sinh năng lượng cho tế bào và kiểm soát sự cân bằng nội môi Ca2+ nội bào. Ngoài ra, ty thể còn giúp điều hoà các con đường tín hiệu, kiểm soát sự chết tế bào theo chương trình apoptosis, chuyển hoá sắt và sinh tổng hợp một số hợp chất hữu cơ. Hoạt động chuẩn xác của ty thể là điều kiện tiên quyết để noãn trưởng thành và đạt được năng lực phát triển toàn diện (3). Trong quá trình trưởng thành noãn, nhu cầu năng lượng biến thiên mạnh, với các đỉnh sản xuất ATP xuất hiện tại các điểm kiểm soát quan trọng như thời điểm vỡ màng túi mầm (GV Breakdown – GVBD), quá trình di chuyển của thoi vô sắc và bước chuyển tiếp sang giai đoạn MII (2). Ở giai đoạn GV, ty thể thường co cụm quanh nhân, chiếm khoảng 80% thể tích bào tương và khả năng sinh năng lượng thấp. Khi noãn ở giai đoạn MII, số lượng bản sao DNA ty thể tăng từ 200 lên tới khoảng 400.000, và mạng lưới ty thể phân tán, trải đều khắp bào tương, chiếm tới 90% thể tích. Sự phân bố đồng đều này ở noãn MII chứng minh tế bào chất đã trưởng thành hoàn thiện. Ngược lại, các khiếm khuyết trong sự tái định vị ty thể hoặc sự thiếu hụt ATP có thể gây mất ổn định thoi vô sắc và dẫn đến sai lệch nhiễm sắc thể (NST) (3).

  1. Lưới nội chất (Endoplasmic Recticulum – ER)

Lưới nội chất đóng vai trò dự trữ ion Ca2+ nội bào chính, một yếu tố cốt lõi cho sự hoạt hóa noãn ngay sau khi tinh trùng xâm nhập. Ở giai đoạn GV, ER phân bố phân tán dưới dạng mạng lưới mịn hoặc các mảng nhỏ trong trung tâm bào tương. Khi noãn tái khởi động giảm phân và hoàn thành trưởng thành, ER trải qua một đợt tái định vị quy mô lớn. Dựa vào hệ thống vi sợi actin, mạng lưới ER di chuyển từ vùng trung tâm ra ngoại vi, hình thành các cụm tập hợp dày đặc nằm ngay sát dưới màng vỏ noãn. Sự tích luỹ ER tại vùng vỏ làm gia tăng số lượng các thụ thể IP3R1 (thụ thể tiếp nhận tín hiệu giải phóng canxi chính trên màng ER). Sự đồng định vị của các cụm ER và mật độ cao của các thụ thể IP3R1 tại vùng cận vỏ tạo nên một vùng vô cùng nhạy. Khi tinh trùng xâm nhập và giải phóng yếu tố hoạt hoá PLCζ, sự liên kết giữa dòng tín hiệu này với các cụm ER ở vỏ sẽ ngay lập tức kích hoạt các dao động canxi với biên độ cao và chu kỳ chuẩn xác. Như vậy, sự tái cấu trúc ER không chỉ là dấu hiệu cho sự trưởng thành của tế bào chất mà còn là yếu tố quyết định năng lực toàn diện của noãn (4).

  1. Phức hợp Ty thể - Lưới nội chất

Nghiên cứu gần đây đã phát hiện sự hình thành các phức hợp tiếp xúc trực tiếp giữa ty thể và ER trong tế bào chất noãn. So sánh giữa noãn GV, MI và MII cho thấy sự liên kết dần của ty thể (vốn đứng cô lập ở giai đoạn GV) với lớp màng trơn của ER bắt đầu diễn ra ở noãn MI, tiền đề cho việc hình thành các phức hợp ER – ty thể với kích thước lớn hơn. Khi noãn đạt đến giai đoạn MII, hầu hết các ty thể đều đã liên kết vật lý chặt chẽ với màng ER (5). Các cấu trúc này tạo ra các kênh siêu nhỏ để trao đổi Ca2+ hiệu quả từ ER sang ty thể, qua đó kích hoạt và duy trì chuỗi sản xuất ATP cung cấp cho quá trình thụ tinh (5),(6).

  1. Hạt vỏ (Cortical Granules - CGs) và bộ máy Golgi (Golgi Apparatus – GA)

Hạt vỏ là các túi tiết chuyên biệt, hình thành từ sự chuyển hoá của bộ máy Golgi và nằm tập trung ngay dưới màng noãn. Chức năng chính của chúng là giải phóng đồng loạt các enzyme vào khoảng quanh noãn sau thụ tinh để biến đổi màng trong suốt (Zona Pellucida – ZP), tạo rào cản ngăn ngừa đa thụ tinh. Một noãn đạt tiềm năng tối ưu sẽ có các hạt vỏ phân bố dày đặc và đều đặn ở sát vùng ngoại vi màng tế bào (5).

Hình 1: Các thay đổi ở các bào quan trong suốt quá trình trưởng thành của noãn. Mạng lưới lưới nội chất phân tán được biểu thị dưới dạng một mô hình mạng lưới mịn. Các đầu mũi tên chỉ ra ba đỉnh sản sinh ATP của ty thể trong suốt quá trình nuôi trưởng thành in vitro của noãn chuột. CG, hạt vỏ; ER, lưới nội chất; GA, bộ máy Golgi (6).

  1. Dấu ấn phân tử, di truyền biểu sinh và túi ngoại bào (Extracellular Vesticles – EVs) trong IVM

Noãn trưởng thành in vitro thường đối diện với rủi ro bị rối loạn hệ phiên mã (transcriptome) và methyl hoá DNA do phải phát triển trong môi trường nhân tạo không tối ưu.

  1. Hệ phiên mã đơn tế bào (Single-cell Transcriptome) và di truyền biểu sinh (Epigenetics)

Sự tích luỹ lượng lớn mRNA trong thời gian nang noãn phát triển là yếu tố nền tảng hỗ trợ phôi giai đoạn sớm trước giai đoạn hoạt hoá gene phôi (Zygotic Genome Activation – ZGA). Các nghiên cứu transcriptomics ở mức độ đơn tế bào chỉ ra rằng ở hệ thống IVM, noãn thường bị suy giảm nghiêm trọng các bản sao gene liên quan đến chức năng ty thể và sự kết dính tế bào cumulus (7). Tuy nhiên ở kỹ thuật IVM hai pha (Biphasic IVM/ CAPA IVM) khắc phục được tình trạng này, tái tạo một hồ sơ phân tử gần như tương đồng với noãn trưởng thành in vivo (8). Về cơ bản, CAPA – IVM là kỹ thuật IVM cải tiến nhằm mục đích kéo dài có chủ đích thời gian noãn lưu lại ở trạng thái GV trong môi trường in vitro, qua đó tạo điều kiện cho tế bào chất có thêm thời gian để tích luỹ năng lực trước khi chính thức tiếp tục giảm phân (1).

Bên cạnh hệ phiên mã, quá trình điều hoà biểu hiện gene cũng là một phần không thể tách rời của cả trưởng thành nhân và tế bào chất. Nghiên cứu của Camilla (2025) chỉ ra rằng noãn IVM truyền thống có dấu hiệu giảm methyl hoá tại các impriting gene (gen in dấu) chủ chốt như MEST (PEG1) và NNAT (7). Nhưng đối với CAPA – IVM, các báo cáo lâm sàng và phân tích phân tử tổng thể hiện nay đều xác nhận kỹ thuật này không gây ra tác động bất lợi đến methyl hoá DNA của các gene in dấu, qua đó đảm bảo tính an toàn về di truyền cho phôi (1).

  1. Túi ngoại bào và các yếu tố tăng trưởng

Dịch nang (follicullar fluid – ff) chứa rất nhiều các túi ngoại bào (ffEVs), đảm nhiệm vai trò vận chuyển microRNA (miRNA), protein và lipid giữa các tế bào. Việc bổ sung ffEVs vào môi trường nuôi cấy IVM đã được chứng minh là giúp cải thiện sự sắp xếp bào quan trong noãn, nâng cao tỷ lệ trưởng thành, đồng thời bổ sung và điều hòa một số enzyme thiết yếu (9).

Bên cạnh đó, yếu tố tăng trưởng IGF – 1 (Insulin-like Growth Factor-1) ở nồng độ tối ưu là 100 ng/mL có khả năng thúc đẩy năng lực noãn thông qua con đường truyền tín hiệu PI3K/Akt, làm tăng biểu hiện của enzyme thúc đẩy tái khởi động giảm phân (PDE3A), ức chế caspase – 3 (ngăn apoptosis) và phối hợp chặt chẽ với nồng độ kisspeptin liên quan tới sự giãn nở tế bào hạt để tối ưu hoá tế bào chất noãn (10).

  1. Các kỹ thuật đánh giá năng lực tế bào chất không xâm lấn
  1. Vi quang phổ Raman (Raman Microspectroscopy)

Vi quang phổ Raman dựa trên nguyên lý tán xạ ánh sáng: khi các photon tương tác với các phân tử, ánh sáng sẽ bị tán xạ. Khi chiếu một chùm tia laser đơn sắc vào mẫu, phần lớn ánh sáng sẽ bị tán xạ đàn hồi và giữ nguyên mức năng lượng ban đầu. Tuy nhiên, một phần nhỏ ánh sáng trải qua quá trình tán xạ không đàn hồi (tán xạ Raman) trong đó năng lượng của các photon bị dịch chuyển do tương tác với mức năng lượng dao động hoặc quay của các liên kết phân tử. Những sự dịch chuyển năng lượng này mang lại thông tin cấu trúc phân tử vô cùng chi tiết. Nhờ vào việc mỗi loại phân tử có những chế độ dao động đặc trưng tạo ra các phổ tán xạ khác biệt, vi quang phổ Raman có thể phân tích được các thay đổi động học bên trong tổ chức nhân và bào tương của noãn như sự cô đặc chất nhiễm sắc, sự tập hợp ty thể và các biến thiên của giọt lipid nội bào (11).

  1. Proteomics đơn tế bào (Single-oocyte Proteomics)

Các phương pháp tiếp cận thông thường và omics tổng thể truyền thống chỉ phản ánh các tín hiệu trung bình tổng thể của một quần thể tế bào, do đó không thể làm rõ các thay đổi đặc hiệu của từng cá thể, bỏ sót vai trò của các tế bào hiếm gặp và gây khó khăn trong việc tái cấu trúc các mạng lưới tương tác vi mô. Ngược lại, công nghệ đa omics ở mức độ đơn tế bào cho phép đánh giá chính xác các đặc điểm phân tử bằng cách tích hợp dữ liệu đa chiều (hệ phiên mã, hệ protein, cấu trúc không gian), từ đó tái cấu trúc mạng lưới tương tác và làm rõ sự truyền thông tin giữa các tế bào trong vi môi trường (12). Nghiên cứu của Barberán (2026) ứng dụng công nghệ proteomics đơn bào dựa trên phân tích quang khối phổ đã định lượng và phân tích thành công tỷ lệ thành phần của hàng loạt protein trong một noãn duy nhất, cho thấy có sự bất thường về hàm lượng protein trong các noãn MII từ chuột đột biến Patl2 -/-. Việc thiếu hụt gene Palt2 liên quan trực tiếp với sự suy giảm chức năng tế bào chất nghiêm trọng (13).

  1. Kết luận

Việc phân tích quá trình trưởng thành của tế bào chất đã và đang tái định hình toàn bộ cách tiếp cận đối với kỹ thuật IVM. Trưởng thành tế bào chất không chỉ là sự tích luỹ phân tử sinh học mà là sự phối hợp tinh vi của hoạt động ty thể, cấu trúc di truyền biểu sinh và hệ thống truyền thông tin nội bào thông qua các GJs (2). Những phát hiện mới nhất về sự sắp xếp bào quan, mạng lưới tín hiệu nội bào và sự giao tiếp thông qua các túi ngoại bào đang tạo nền tảng vững chắc cho các nghiên cứu can thiệp vi mô vào môi trường nuôi cấy nhân tạo (14). Trong tương lai, khi quy trình nuôi cấy được chuẩn hóa rộng rãi và các kỹ thuật chẩn đoán vi phân tử không xâm lấn được tích hợp thành công, IVM hứa hẹn sẽ trở thành một giải pháp tối ưu trong lĩnh vực y học sinh sản, mang đến liệu trình điều trị ít xâm lấn, giảm chi phí, thân thiện và an toàn cho người bệnh (1).

 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1.         In vitro maturation: a committee opinion. Fertil Steril. 2021 Feb;115(2):298–304. doi:10.1016/j.fertnstert.2020.11.018

2.         Lin KB, Chien Y, Hou JH, Wu YC, Lin PL, Chien LT, et al. FSH priming and hormonal modulation of oocyte competence in in vitro maturation for infertility treatment: a systematic review and meta-analysis. Front Endocrinol. 2025 Oct 17;16. doi:10.3389/fendo.2025.1682277

3.         Kirillova A, Smitz JEJ, Sukhikh GT, Mazunin I. The Role of Mitochondria in Oocyte Maturation. Cells. 2021 Sep 19;10(9):2484. doi:10.3390/cells10092484 PubMed PMID: 34572133; PubMed Central PMCID: PMC8469615.

4.         Yamada M, Isaji Y. Structural and functional changes linked to, and factors promoting, cytoplasmic maturation in mammalian oocytes. Reprod Med Biol. 2011 Mar 17;10(2):69–79. doi:10.1007/s12522-011-0079-4 PubMed PMID: 29699083; PubMed Central PMCID: PMC5904675.

5.         Trebichalská Z, Kyjovská D, Kloudová S, Otevřel P, Hampl A, Holubcová Z.. Cytoplasmic maturation in human oocytes: an ultrastructural study. Biol Reprod. 2021 Jan;104(1):106–16.

6.         Satouh Y, Sato K. Reorganization, specialization, and degradation of oocyte maternal components for early development. Reprod Med Biol. 2023 Jan 28;22(1):e12505.

7.         Benedetti C, Giaccari C, Cecere F, Gansemans Y, Kelsey G, Galvão A, et al. Single-cell multiomic analysis reveals methylome and transcriptome deviations following oocyte maturation in vitro. Reproduction. 2025 Aug 1;170(2):e250011. doi:10.1530/REP-25-0011

8.         Emily Girka, Ashlyn Brewer, Hao Ming, Elnaz Sheikh, Manas R Gartia, Zongliang Jiang, Charles R Looney, Kenneth R Bondioli. C-type natriuretic peptide pre-maturation culture affects cytoplasmic maturation in bovine oocytes. Biol Reprod. 2026 Jun;114(6):2037–52. doi:https://doi.org/10.1093/biolre/ioag053

9.         Makieva S, Saenz-de-Juano MD, Almiñana C, Bauersachs S, Bernal-Ulloa S, Xie M, et al. Treatment of human oocytes with extracellular vesicles from follicular fluid during rescue in vitro maturation enhances maturation rates and modulates oocyte proteome and ultrastructure. Hum Reprod Open. 2026 Jan 1;2026(2):hoag021. doi:10.1093/hropen/hoag021

10.       Widjiati W, Luqman EM, Darsini N, Aulanni’am A, Hendrawan VF, Kurniawati DY, et al. IGF-1 supplementation improves in vitro maturation quality of Capra hircus oocytes via PDE3A activation, gap junction remodeling, apoptosis suppression, and kisspeptin signaling. Front Vet Sci. 2026 May 29;13. doi:10.3389/fvets.2026.1821251

11.       Sui M, Si L, Chen Z, Lu Y, Li H. Non-invasive applications of Raman spectroscopy in assisted reproduction. Front Endocrinol. 2025 May 8;16:1577702. doi:10.3389/fendo.2025.1577702 PubMed PMID: 40405973.

12.       Liu T, Zhang Y, Hou W, Hao H, Geng A, Zhao G, et al. From cellular heterogeneity to precision medicine: single-cell multi-omics in CNS disease research. Front Cell Neurosci. 2026 Jun 11;20. doi:10.3389/fncel.2026.1848558

13.       Cardona Barberán A, Araftpoor E, Christodoulaki A, Fakhar-I-Adil M, Goethals J, Rybouchkin A, Arnoult C, Boel A, Bühler M, Pavani KC, Stoop D. Single-cell proteomics reveals cytoplasmic defects in Patl2-deficient oocytes rescued by spindle transfer. Hum Reprod. 2026;deag073. doi:https://doi.org/10.1093/humrep/deag073

14.       Torkashvand H, Shabani R, Artimani T, Amiri I, Pilehvari S, Torkashvand L, et al. Oocyte competence develops: nuclear maturation synchronously with cytoplasm maturation. Zygote. 2024 Dec;32(6):421–8. doi:10.1017/S0967199424000169