Sự khác biệt về hình thái và tiên lượng lâm sàng giữa hiện tượng Contraction và Collapse ở phôi nang

CNSH. Lê Thị Quỳnh – IVFMD SIH – Bệnh viện Phụ sản Quốc tế Sài Gòn

1. Tổng quan

Sự hiểu biết về động lực học của phôi nang đã có những bước tiến lớn kể từ khi công nghệ theo dõi liên tục tích hợp camera (Time-lapse Monitoring - TLM) được đưa vào ứng dụng rộng rãi trong labo hỗ trợ sinh sản (HTSS). Một trong những hiện tượng gây tranh cãi và thu hút nhiều sự quan tâm nhất chính là sự thay đổi thể tích của khoang phôi nang trong quá trình phôi giãn nở. Mặc dù các quan sát về sự co của phôi đã được ghi nhận từ năm 1929 bởi Lewis và Gregory ở phôi thỏ, nhưng mãi đến gần đây, nhờ các hệ thống TLM hiện đại chúng ta mới có thể phân loại hiện tượng này thành hai khái niệm riêng biệt: Co sinh lý (Contraction) và Co không sinh lý (Collapse)^[1]. Việc phân biệt này không chỉ mang ý nghĩa về mặt hình thái mà còn là một chỉ số quan trọng để đánh giá khả năng sống, tình trạng di truyền và khả năng làm tổ của phôi.

Trong quá trình phát triển bình thường, phôi nang trải qua các chu kỳ giãn nở và co nhịp nhàng nhằm mục đích làm mỏng lớp màng trong suốt (zona pellucida - ZP) và chuẩn bị cho quá trình thoát màng. Tuy nhiên, mức độ của sự co này là yếu tố quyết định sự khác biệt giữa hiện tượng sinh lý bình thường và dấu hiệu của sự suy giảm chất lượng phôi^[1]. Các nhà nghiên cứu đã thống nhất sử dụng ngưỡng 50% sự suy giảm thể tích khoang phôi nang để phân loại hai hiện tượng này. Sự đồng thuận này dựa trên các quan sát lâm sàng cho thấy các phôi có mức độ co vượt quá một nửa thể tích khoang phôi nang thường có các kết quả lâm sàng kém hơn hẳn^[1].

Tần suất và thời điểm xảy ra sự co cũng mang lại những thông tin tiên lượng quan trọng. Các nghiên cứu gần đây phân chia các sự kiện co không sinh lý dựa trên mốc thời gian hình thành phôi nang hoàn toàn (tB). Những sự kiện xảy ra sau giai đoạn phôi đã giãn nở hoàn toàn (after tB) được cho là có tác động tiêu cực hơn nhiều so với các lần co nhẹ trong giai đoạn hình thành khoang phôi sớm (tSB đến tB)^[2]. Dữ liệu từ các nghiên cứu đa trung tâm chỉ ra rằng khoảng 22,5% phôi nang được sinh thiết có ít nhất một lần collapse sau giai đoạn tB. Đáng chú ý, số lần collapse có mối tương quan nghịch với tỷ lệ nguyên bội của phôi, với những phôi collapse từ 2 lần trở lên sau giai đoạn tB có nguy cơ lệch bội cao gấp nhiều lần^[2].

2. Cơ chế co ở phôi nang

Sự hình thành phôi nang là quá trình phụ thuộc vào sự điều hòa của áp suất thẩm thấu và tính toàn vẹn của lớp biểu mô đầu tiên của phôi - lớp tế bào lá nuôi phôi (Trophectoderm - TE). Bất kỳ sự gián đoạn nào trong quá trình này đều có thể dẫn đến hiện tượng collapse^[3].

Hệ thống bơm Na^+/K⁺ ATPase và các kênh Aquaporin

Sự hình thành khoang phôi nang bắt đầu từ việc các ion di chuyển qua lớp TE để tạo ra sự chênh lệch nồng độ. Hệ thống bơm Na⁺/K⁺ ATPase, được định vị ở màng đáy của tế bào TE, vận chuyển các ion Na⁺ vào khoảng gian bào của phôi, tạo ra một môi trường ưu trương bên trong khoang phôi nang^[3].

Sự giãn nở liên tục của khoang phôi nang phụ thuộc vào hoạt động của các kênh dẫn truyền nước chuyên biệt (Aquaporin), đặc biệt là AQP3 và AQP9^[4]. Các kênh này được biểu hiện mạnh mẽ trên các tế bào TE, có nhiệm vụ cho phép nước, urea và các chất hòa tan thẩm thấu nhanh chóng vào bên trong phôi^[4].

Quá trình này không diễn ra tự phát mà được điều phối chặt chẽ bởi con đường tín hiệu p38 MAPK (p38 Mitogen-Activated Protein Kinase)^[5]. Đây là trung tâm kiểm soát việc biểu hiện mRNA của Aqp3 cũng như sự định vị chính xác của các protein liên kết. Khi con đường p38 MAPK bị ức chế sẽ dẫn tới khả năng giãn nở và thoát màng của phôi suy giảm. Bên cạnh đó, tỷ lệ apoptosis cũng gia tăng, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng sống và làm tổ của phôi^[5].

Liên kết chặt và sức căng của vỏ

Trong quá trình hình thành khoang phôi, nếu bơm Na⁺ và kênh Aquaporin đóng vai trò tạo ra áp suất thủy tĩnh, thì các liên kết chặt (Tight Junctions - TJ) chính là hệ thống giúp duy trì áp suất này bên trong. Các protein chuyên biệt liên kết với nhau thành các mối nối chặt, ngăn không cho dịch khoang phôi thoát ra môi trường ngoài^[3].

Tuy nhiên, sự ổn định của phôi nang có giới hạn về mặt vật lý. Hiện tượng collapse xảy ra khi áp suất thủy tĩnh bên trong khoang phôi vượt quá khả năng chịu đựng của các liên kết tế bào hoặc sức căng vỏ (cortical tension) của lớp TE. Khi phôi nang giãn nở, sức căng lên màng tế bào TE tăng. Lúc này, Vinculin – một protein cảm biến sức căng – sẽ được huy động đến các liên kết chặt để củng cố cấu trúc màng. Tuy nhiên, khi sức căng chạm đến "ngưỡng thất bại tới hạn" (critical failure stress), các liên kết này sẽ bị phá vỡ tạm thời, dẫn đến tình trạng rò rỉ dịch và gây sụp khoang phôi nhanh chóng^[6].

3. Sự khác biệt về hình thái động học giữa phôi contraction và phôi collapse

Việc phân tích các thông số hình thái động học cho thấy các phôi nang có xu hướng collapse thường có sự phát triển khác biệt so với các phôi ổn định^[3].

Tốc độ phát triển và giai đoạn phôi nang

Một quan sát đáng ngạc nhiên trong nhiều nghiên cứu là các phôi có hiện tượng collapse thường đạt đến các giai đoạn phát triển sớm nhanh hơn so với phôi contraction. Tuy nhiên, sự phát triển nhanh này thường đi kèm với sự không ổn định ở giai đoạn phôi nang^[1].

Bảng 1: So sánh các thông số động học giữa phôi contraction và phôi collaps ^[1,3]

Bảng trên cho thấy mặc dù phôi collapse đạt đến giai đoạn phôi nang sớm hơn, nhưng thời gian để phôi này đi từ lúc bắt đầu tạo khoang đến khi giãn nở hoàn toàn (tB – tSB) lại kéo dài hơn đáng kể. Điều này cho thấy các chu kỳ co và tái giãn nở liên tục đã làm chậm tiến trình giãn nở thực tế của phôi^[3].

Phân loại chất lượng phôi theo hệ thống Gardner

Hiện tượng collapse có liên quan đến sự suy giảm chất lượng hình thái của cả khối tế bào bên trong phôi (ICM) và lớp TE. Các phôi nang trải qua nhiều lần co thường bị hạ bậc theo hệ thống Gardner, đặc biệt là chất lượng TE sẽ bị đánh giá là loại C (kém) do sự rời rạc của các tế bào sau các đợt co mạnh^[2].

Ngược lại, các hiện tượng co nhẹ (< 50%) thường không làm thay đổi cấp độ Gardner và được coi là một hiện tượng sinh lý bình không gây hại đến cấu trúc tổng thể của phôi^[1].

4. Mối liên hệ giữa hiện tượng collapse và tỷ lệ lệch bội của phôi

Sự phát triển của xét nghiệm di truyền tiền làm tổ (Preimplantation Genetic Testing for Aneuploidy - PGT-A) đã cho phép khám phá mối liên hệ giữa động lực học của sự co và sức khỏe di truyền của phôi. Hiện tượng collapse, đặc biệt là co nhiều lần, được coi là một "dấu hiệu đỏ" cho tình trạng lệch bội nhiễm sắc thể (NST)^[7].

Tần suất co như một chỉ số dự báo độc lập

Dữ liệu thực nghiệm từ nghiên cứu của Jin và cộng sự (2024) cho thấy có sự tương quan giữa số lần co sau giai đoạn tB và tỷ lệ phôi lệch bội. Việc phôi co từ 2 lần trở lên là một yếu tố dự báo rất mạnh mẽ^[2].

Bảng 2: Sự tương quan giữa số lần co sau giai đoạn tB và tỷ lệ phôi lệch bội

Phân tích kết quả nghiên cứu sau khi điều chỉnh các yếu tố gây nhiễu (như tuổi mẹ) cho thấy rằng việc phôi co nhiều lần là một yếu tố nguy cơ độc lập với tình trạng lệch bội của phôi^[2]. Điều này gợi ý rằng hiện tượng collapse phản ánh sự stress về trao đổi chất hoặc sự kém hiệu quả trong việc duy trì cân bằng môi trường bên trong của các tế bào có bộ NST bất thường^[8].

Các loại bất thường nhiễm sắc thể

Các nghiên cứu sâu hơn đã chỉ ra rằng tác động của tình trạng phôi lệch bội liên quan đến hiện tượng collapse phụ thuộc vào từng loại bất thường di truyền cụ thể.

• Thể một (Monosomies): Những phôi bị mất một NST có xu hướng xảy ra hiện tượng co, đặc biệt là co nhiều lần, với tỷ lệ lệch bội cao hơn rõ rệt so với nhóm phôi nguyên bội^[2].
• Mất đoạn NST phân đoạn: Ngay cả những mất đoạn nhỏ trên NST cũng có liên quan đến sự collapse mạnh sau giai đoạn phôi nang^[2].

Một mặt quan trọng khác là sự khác biệt về thời gian tái giãn nở và năng lượng ty thể. Sau mỗi lần collapse, phôi lệch bội thường cần nhiều thời gian hơn để khôi phục lại kích thước ban đầu. Về mặt cơ chế, việc tái thiết lập áp suất thủy tĩnh sau khi co là một quá trình tiêu tốn lượng lớn năng lượng^[8]. Các phôi có bất thường di truyền thường đi kèm với sự suy giảm chức năng ty thể, khiến chúng không cung cấp đủ năng lượng để phục hồi nhanh chóng. Hệ quả là tổng thời gian phôi duy trì ở trạng thái co bị kéo dài, gây ảnh hưởng tiêu cực đến khả năng phát triển tiếp theo của phôi^[8].

5. Tỷ lệ thành công trong hỗ trợ sinh sản

Mục đích cuối cùng của việc phân biệt contraction và collapse là để cải thiện quy trình lựa chọn phôi nhằm đạt được tỷ lệ thai cao nhất trong thời gian ngắn nhất. Các bằng chứng hiện tại cho thấy hiện tượng phôi collapse là một dấu hiệu tiên lượng kém cho kết quả lâm sàng^[1].

Các nghiên cứu so sánh trực tiếp kết quả chuyển phôi giữa nhóm phôi không co và nhóm phôi có co đã cho thấy chênh lệch đáng kể. Các phôi nang trải qua hiện tượng co có khả năng làm tổ thấp hơn khoảng 15-30% so với các phôi không co^[1].

Bảng 3: So sánh các chỉ số lâm sàng giữa phôi không co và phôi co^[1,9]

Mặc dù tỷ lệ làm tổ và có thai giảm, tuy nhiên tỷ lệ sảy thai không có sự khác biệt đáng kể giữa hai nhóm nếu bệnh nhân đã trải qua thai kỳ thành công^[8]. Điều này cho thấy hiện tượng collapse chủ yếu ảnh hưởng đến giai đoạn phôi tiếp xúc và xâm lấn vào nội mạc tử cung ban đầu, có thể do sự suy giảm chức năng của TE - bộ phận trực tiếp chịu trách nhiệm cho sự làm tổ^[10].

6. Chiến lược ưu tiên trong lựa chọn phôi

Dựa trên những bằng chứng về động học phát triển, lựa chọn hàng đầu luôn là các phôi nang duy trì được sự giãn nở liên tục trong suốt quá trình phát triển. Những phôi này thường không ghi nhận hiện tượng co đáng kể, hoặc các đợt co ở phôi chỉ diễn ra ở mức độ nhẹ (chiếm dưới 50% thể tích khoang phôi)^[1]. Sự ổn định về mặt cấu trúc này cho thấy phôi có hệ thống liên kết tế bào bền vững và khả năng điều hòa áp suất thủy tĩnh tốt.

Đối với các phôi đã từng trải qua hiện tượng collapse, mức độ ưu tiên sẽ được xem xét dựa trên tần suất và thời điểm diễn ra. Những phôi chỉ co một lần duy nhất vẫn được đánh giá cao, đặc biệt khi hiện tượng này xảy ra sớm và phôi có khả năng tái giãn nở nhanh chóng ngay sau đó. Tốc độ phục hồi nhanh là một dấu hiệu tích cực về năng lượng dự trữ và sức sống của phôi^[2].

Ngược lại, cần hạn chế ưu tiên đối với các phôi nang có biểu hiện bất ổn định về động học, đặc biệt là nhóm trải qua từ hai lần co trở lên. Những sự kiện co lặp lại, nhất là sau khi phôi đã đạt trạng thái phôi nang hoàn chỉnh, thường tiên lượng khả năng làm tổ thấp hơn^[2]. Do đó, trong nhóm phôi có cùng phân độ hình thái, những phôi thuộc trường hợp này nên được xếp ở thứ hạng ưu tiên thấp nhất khi đưa ra quyết định lâm sàng.

Tài liệu tham khảo:

[1] Sciorio, et al. (2020). Spontaneous blastocyst collapse as an embryo marker of low pregnancy outcome: A Time-Lapse study. JBRA assisted reproduction, 24(1), 34–40. https://doi.org/10.5935/1518-0557.20190044

[2] Jin, et al. (2024). Multiple collapses of blastocysts after full blastocyst formation is an independent risk factor for aneuploidy - a study based on AI and manual validation. Reproductive biology and endocrinology : RB&E, 22(1), 81. https://doi.org/10.1186/s12958-024-01242-6

[3] Julian Marcos, et al (2015). Collapse of blastocysts is strongly related to lower implantation success: a time-lapse study, Human Reproduction, Volume 30, Issue 11, November 2015, Pages 2501–2508, https://doi.org/10.1093/humrep/dev216

[4] Sciorio, et al. (2020). Blastocyst collapse as an embryo marker of low implantation potential: A time-lapse multicentre study. Human Fertility, 25(2), 295–303. https://doi.org/10.1080/14647273.2019.1706705

[5] Bell, et al. (2013). p38 MAPK regulates cavitation and tight junction function in the mouse blastocyst. PLoS ONE, 8(4), e59528. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0059528

[6] Mizuno, et al. (2018). Blastocyst collapse is a marker of an embryo with low implantation potential: A time-lapse multicentre study. bioRxiv. https://doi.org/10.1101/389619

[7] Gazzo, et al. (2020). Blastocyst contractions are strongly related with aneuploidy, lower implantation rates, and slow-cleaving embryos: a time lapse study. JBRA assisted reproduction, 24(1), 77–81. https://doi.org/10.5935/1518-0557.20190053

[8] Cai, et al. (2023). Duration of blastocyst collapse is associated with blastocyst ploidy and live birth rate after single euploid blastocyst transfers. Reproductive BioMedicine Online, 46(4), 643–652. https://doi.org/10.1016/j.rbmo.2022.12.006

[9] Sciorio, et al. (2022). Blastocyst collapse as an embryo marker of low implantation potential: A time-lapse multicentre study. Reproductive BioMedicine Online, 44(2), 295–303. https://doi.org/10.1016/j.rbmo.2021.10.011

[10] Sciorio R, et al (2020). Blastocyst collapse as an embryo marker of low implantation potential: a time-lapse multicentre study.  Zygote. 28(2):139-147. https://doi:10.1017/S0967199419000819