Tác động của không bào noãn và thể vùi lên động học phát triển của phôi

Trong lĩnh vực hỗ trợ sinh sản (HTSS), chất lượng của noãn được xem là nền tảng sinh học quyết định sự thành công của một chu kỳ thụ tinh trong ống nghiệm (TTTON) hoặc tiêm tinh trùng vào bào tương noãn (Intracytoplasmic Sperm Injection - ICSI). Theo truyền thống, việc đánh giá chất lượng noãn thường chỉ dừng lại ở bước xác định mức độ trưởng thành nhân, tức là noãn đã đạt đến kỳ giữa của lần phân bào thứ hai (Metaphase II - MII). Tuy nhiên, sự trưởng thành về mặt nhân không đồng nghĩa với việc noãn đã hoàn thiện về mặt tế bào chất. Bào tương của noãn là nơi dự trữ toàn bộ năng lượng, các bào quan (ty thể, mạng lưới nội chất), mRNA và các protein thiết yếu để điều khiển quá trình tái lập trình bộ gen tinh trùng, kích hoạt sự thụ tinh và định hướng sự phát triển của phôi trong những ngày đầu tiên trước khi bộ gen của chính phôi được kích hoạt^[1].

Sự phát triển của kỹ thuật vi thao tác, đặc biệt là ICSI, đã cho phép các chuyên viên phôi học quan sát chi tiết hình thái của noãn sau khi đã loại bỏ lớp tế bào hạt (cumulus cells) bao quanh. Nhờ đó, giới khoa học đã phát hiện ra rằng có một tỷ lệ rất lớn noãn bào biểu hiện các bất thường về hình thái. Các nghiên cứu quan sát và đánh giá hệ thống chỉ ra rằng có đến 79% số noãn ở giai đoạn Metaphase II (MII) thu được từ các chu kỳ kích thích buồng trứng mang ít nhất một đặc điểm bất thường, trong đó các bất thường nội bào (nằm bên trong bào tương) chiếm khoảng 12%^[1]. Những bất thường này không chỉ phản ánh tình trạng stress sinh lý của buồng trứng trong quá trình kích thích mà còn là dấu hiệu của sự lão hóa tế bào hoặc sai hỏng trong quá trình trưởng thành nang noãn.

Trong số các bất thường nội bào được ghi nhận, sự xuất hiện của không bào noãn và thể vùi là hai hiện tượng nhận được sự quan tâm lớn từ cộng đồng y học sinh sản thế giới. Các bất thường này không đơn thuần chỉ là những sai lệch về mặt cấu trúc, mà còn ảnh hưởng đến động học phân chia tế bào (morphokinetics), chất lượng phôi nang (blastocyst quality) và đặc biệt là sự toàn vẹn của nhiễm sắc thể (NST)^[1].

1. 1. Không bào

Không bào noãn là những khoang chứa đầy dịch trong suốt nằm bên trong bào tương. Dưới kính hiển vi quang học, không bào xuất hiện như những bóng nước có ranh giới rõ ràng. Kích thước của không bào cực kỳ đa dạng, có thể chỉ từ vài micromet cho đến những “siêu không bào” (macro-vacuoles) chiếm gần hết thể tích của noãn. Về mặt siêu cấu trúc, không bào có thể được bao bọc bởi một lớp màng lipid kép, bên trong chứa dịch có nguồn gốc từ khoảng quanh noãn (perivitelline space) hoặc từ sự giãn nở bệnh lý của mạng lưới nội chất hạt trơn (Smooth Endoplasmic Reticulum - SER)^[2].

Sự hình thành của không bào không chỉ là một hiện tượng diễn ra trước khi thụ tinh. Một phát hiện mang tính đột phá của Chen và cộng sự (2022) thông qua công nghệ nuôi cấy phôi Time-lapse đã chỉ ra rằng, không bào có thể xuất hiện “de novo” (mới phát sinh) ngay trong giai đoạn phôi đang phân chia, đặc biệt là vào Ngày 3 và Ngày 4 của quá trình nuôi cấy in vitro^[2]. Sự hình thành không bào muộn ở giai đoạn phôi sớm được cho là kết quả của sự nhập bào (endocytosis) bất thường hoặc sự hợp nhất của các túi vận chuyển nội bào do hệ thống khung xương tế bào bị lỗi nhịp^[2].

1. 2. Thể vùi

Hoàn toàn trái ngược với tính chất chứa dịch của không bào, thể vùi là những khối vật chất đặc, không có màng bao bọc (membrane-less organelles). Dưới kính hiển vi quang học thông thường, thể vùi thể hiện đặc tính khúc xạ ánh sáng rất mạnh. Kích thước của thể vùi thường dao động từ 1 đến 5 μm, nhưng đôi khi có thể hợp nhất thành những khối lớn hơn 5 μm^[3].

Việc giải mã thành phần hóa học của thể vùi đã mang lại nhiều bất ngờ cho giới khoa học. Thông qua các phương pháp nhuộm hóa học và kính hiển vi điện tử truyền qua, các nhà nghiên cứu đã xác nhận rằng thể vùi thực chất là các khối lipofuscin. Đặc biệt, khi được kích thích bằng ánh sáng ở bước sóng xanh lam (450–490 nm) hoặc xanh lục (510–560 nm), các thể vùi này phát ra ánh sáng tự huỳnh quang (autofluorescence) màu vàng hoặc đỏ rực rỡ^[3]. Cùng với phản ứng nhuộm Schmorl dương tính (đặc trưng cho lipofuscin), có thể khẳng định thể vùi là tập hợp của lipid, các hạt vật chất dày đặc và protein bị oxy hóa^[3]. Lipofuscin được biết đến rộng rãi trong y học như một “sắc tố lão hóa” (aging pigment), hình thành từ quá trình thực bào tự thực (autophagy) không hoàn toàn của các bào quan bị tổn thương (chủ yếu là ty thể)^[3]. Do đó, sự hiện diện của thể vùi lipofuscin trong noãn bào là bằng chứng rõ nét nhất cho thấy hệ thống quản lý “rác thải tế bào” của noãn đang bị quá tải, phản ánh một trạng thái lão hóa nội tại hoặc stress chuyển hóa mạn tính.

Đối với những noãn mang thể vùi lipofuscin lớn, phương pháp thụ tinh cổ điển (Conventional In Vitro Fertilization - cIVF) thường gặp thất bại. Các khối lipofuscin nằm sát lớp vỏ noãn (cortex) có thể tạo ra rào cản vật lý ngăn cản tinh trùng xuyên thấu, hoặc làm rối loạn sự phân bố của các thụ thể trên màng oolemma. Sự ra đời của kỹ thuật ICSI sau đó đã giải quyết triệt để rào cản này. Một nghiên cứu hồi cứu lớn của Hiromi và cộng sự (2019) đã chứng minh rằng khi sử dụng ICSI, tỷ lệ hình thành hai tiền nhân (2PN) ở nhóm noãn chứa thể vùi (Refractile bodies - RF+) đạt 76,5%, không có sự khác biệt mang ý nghĩa thống kê so với mức 77,2% ở nhóm noãn có hình thái bình thường (RF-)^[4].

Đối với không bào, tỷ lệ thụ tinh có phần suy giảm hơn khi áp dụng ICSI. Rủi ro kỹ thuật lớn nhất là chuyên viên phôi học có thể vô tình bơm tinh trùng vào bên trong một không bào khép kín. Việc tinh trùng bị nhốt trong túi dịch này sẽ ngăn cản các yếu tố hoạt hóa noãn từ tinh trùng tiếp xúc với bào tương thực sự, dẫn đến thất bại trong việc kích hoạt làn sóng canxi nội bào và hệ quả là noãn không thể thụ tinh^[5]. Mặc dù vậy, nếu thao tác tiêm tinh trùng tránh được các không bào, noãn vẫn có cơ hội thụ tinh thành công và tỷ lệ tạo phôi chất lượng tốt ở giai đoạn phân chia khá khả quan (lên tới 25% đối với noãn mang không bào)^[5].

Sự tích hợp của hệ thống nuôi cấy phôi liên tục tích hợp camera (Time-Lapse Technology - TLT) đã mở ra một kỷ nguyên mới trong việc đánh giá phôi học, được gọi là đánh giá động học (morphokinetics). Thay vì chỉ quan sát tĩnh tại một thời điểm nhất định, TLT cho phép theo dõi toàn bộ quá trình phân chia của phôi từ giai đoạn hợp tử.

Các dữ liệu từ TLT cho thấy, noãn mang bất thường nội bào có mối liên quan mật thiết đến sự rối loạn động lực học phân chia tế bào. Khi đánh giá 334 hợp tử bằng TLT, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng thời gian phôi phân chia ở các mốc phân bào (t2, t3, t4, t5...) không có sự chênh lệch quá lớn giữa noãn bình thường và noãn bất thường. Tuy nhiên, các hình thái phân chia bất thường (abnormal cleavage patterns) lại tăng đáng kể^[1]. Cụ thể, các hiện tượng như phôi phân chia không đồng đều (uneven blastomeres), hiện tượng phân chia ngược (reverse cleavage - phôi bào đang từ 2 tế bào nhập lại thành 1 tế bào), phân chia trực tiếp từ 1 thành 3 hoặc 4 tế bào (direct cleavage), và sự biến mất không đồng bộ của tiền nhân (asynchronous PN fading) xảy ra với tần suất cao hơn hẳn và có ý nghĩa thống kê ở nhóm noãn mang bất thường hình thái^[1]. Những kiểu phân chia này là nguyên nhân trực tiếp dẫn đến sự phân mảnh tế bào (fragmentation) và suy giảm tiềm năng phát triển của phôi về sau.

Khả năng phôi vượt qua giai đoạn phân chia (Ngày 3) để phát triển thành phôi nang (Ngày 5/6) là minh chứng rõ rệt nhất cho sự kích hoạt thành công của bộ gen phôi (embryonic genome activation). Tại mốc thời gian này, cả không bào và thể vùi đều thể hiện những tác động ảnh hưởng đến sự phát triển của phôi.

Với thể vùi lipofuscin, dù không trực tiếp can thiệp vào bộ máy phân bào nhưng lại khiến phôi tiêu tốn rất nhiều năng lượng. Việc phải duy trì các khối rác thải sinh học này tạo ra một gánh nặng chuyển hóa rất lớn, làm cạn kiệt lượng ATP do ty thể cung cấp. Đến giai đoạn phôi dâu và phôi nang - thời điểm phôi cần một lượng năng lượng khổng lồ để bơm dịch và hình thành khoang phôi (blastocoel) - sự kiệt quệ ATP khiến phôi ngừng phát triển. Kết quả lâm sàng cho thấy, tỷ lệ hình thành phôi nang Ngày 5 ở nhóm noãn RF(+) chỉ đạt 45,8%, thấp hơn đáng kể so với mức 52,2% của nhóm noãn không chứa thể vùi (P = 0,011)^[4].

Đối với không bào, nếu phát sinh ồ ạt vào Ngày 3 và Ngày 4 thì hậu quả đối với sự hình thành phôi nang là rất lớn. Các không bào này chiếm chỗ không gian tế bào, cản trở sự bám dính của các tế bào trong giai đoạn nén chặt (compaction). Dữ liệu cho thấy tỷ lệ tạo phôi nang và phôi nang chất lượng tốt giảm đáng kể ở nhóm phôi xuất hiện không bào^[2].

Tuy nhiên, một trong những phát hiện vĩ đại nhất của y học sinh sản thông qua hệ thống TLT chính là việc quan sát được “Cơ chế tự sửa chữa” (Self-correction mechanism) của phôi. Nghiên cứu sâu về các phôi mang không bào vào Ngày 3 và 4 đã cho thấy một khả năng sinh tồn kỳ diệu: khi bước vào quá trình nén chặt ở giai đoạn phôi dâu, khối phôi có khả năng nhận diện các phôi bào chứa không bào (hoặc chứa bộ gen khiếm khuyết) và chủ động đẩy chúng ra khỏi khối liên kết tế bào^[2]. Những phôi bào bị loại trừ này sẽ không tham gia vào việc hình thành lớp tế bào lá nuôi (Trophectoderm) hay khối tế bào nội mô (Inner Cell Mass). Nhờ cơ chế đào thải này, phôi nang sau khi được hình thành sẽ bảo toàn được tính nguyên bội và giảm thiểu đáng kể nguy cơ khảm (mosaicism)^[2]. Hiện tượng này chứng minh rằng sự tồn tại của không bào không phải là “bản án tử” chắc chắn đối với phôi, miễn là phôi đủ mạnh để kích hoạt cơ chế tự dọn dẹp tế bào lỗi.

1. 1. Không bào và nguy cơ lệch bội NST

Một nghiên cứu hồi cứu quy mô lớn của Lee và cộng sự (2023) đã phân tích kết quả PGT-A trên 3.351 phôi nang sinh thiết từ 826 bệnh nhân. Dữ liệu chỉ ra mối tương quan âm tính cực kỳ mạnh mẽ giữa sự hiện diện của không bào trong phôi nang và tính nguyên bội (euploidy). Cụ thể, tỷ lệ phôi nguyên bội ở nhóm phôi nang chứa không bào chỉ đạt mức 28,8%, thấp hơn có ý nghĩa thống kê so với tỷ lệ 35,5% ở nhóm phôi nang không chứa không bào (P < 0,001)^[6]. Kích thước khổng lồ của các không bào được cho là đã chèn ép vật lý lên mạng lưới vi ống (microtubules) và thoi vô sắc (spindle), gây xê dịch trục phân cực tế bào và dẫn đến sự phân ly không đồng đều của NST trong quá trình nguyên phân^[6].

Đáng lo ngại hơn, dữ liệu lâm sàng cho thấy, ngay cả khi các bác sĩ đã sàng lọc và chọn được một phôi nang nguyên bội từ nhóm có không bào để chuyển vào buồng tử cung thì kết quả vẫn rất đáng thất vọng. Tỷ lệ làm tổ của nhóm này chỉ đạt 35,5% (so với 56,6% ở nhóm chứng), và tỷ lệ trẻ sinh sống chỉ đạt vỏn vẹn 29% (so với 52,2% ở nhóm chứng) (P = 0,020)^[6].

1. 2. Thể vùi và tiềm năng làm tổ

Mặc dù các phôi sinh ra từ noãn RF(+) có thể sống sót, vượt qua giai đoạn phân chia và phát triển thành những phôi nang được xếp hạng hình thái xuất sắc (high-quality blastocysts), khả năng làm tổ tại nội mạc tử cung của những phôi này vẫn chưa khả quan. Dữ liệu từ các chu kỳ chuyển phôi trữ lạnh (Frozen Embryo Transfer - FET) cho thấy tỷ lệ làm tổ tổng thể của phôi nang sinh ra từ noãn mang thể vùi chỉ đạt 24,2%, giảm gần một nửa so với mức 42,2% của nhóm bình thường (P = 0,005)^[4].

Khi tiến hành phân tích sâu hơn, chỉ tập trung vào nhóm phôi nang chất lượng cao nhất, sự sụt giảm vẫn thể hiện rõ rệt: tỷ lệ làm tổ của phôi RF(+) chỉ chạm mức 28,6%, thấp hơn hẳn so với 46,1% của nhóm chứng (P = 0,043)^[4]. Điều này lập luận mạnh mẽ cho giả thuyết rằng, dù không gây xáo trộn NST lớn như không bào, sự tích tụ lipofuscin có hại trong thời gian dài đã gây ra những biến đổi vi mô về di truyền biểu sinh (epigenetic) hoặc rối loạn cấu trúc màng tế bào lá nuôi, làm suy giảm khả năng đối thoại chéo (cross-talk) giữa phôi và nội mạc tử cung.

Nghiên cứu về chất lượng noãn đối với quá trình phát triển phôi đang chuyển dịch mạnh mẽ từ những quan sát hình thái tĩnh sang những phân tích động học và di truyền tế bào ở cấp độ phân tử. Không bào noãn và thể vùi, dù mang bản chất cấu trúc hoàn toàn khác biệt nhưng đều tạo ra các rào cản sinh lý nặng nề đối với tiềm năng phát triển của phôi.

Thông qua việc đánh giá phôi bằng công nghệ TLT và xét nghiệm di truyền bất thường số lượng NST của phôi (Preimplantation Genetic Testing for Aneuploidy - PGT-A), giới khoa học đã phân tích được thời điểm và cách thức các bất thường này ảnh hưởng đến động học phát triển phôi. Với sự dẫn dắt từ Đồng thuận Istanbul cập nhật (2024-2025)^[7], thực hành lâm sàng hiện đại không từ bỏ các noãn bất thường này mà tối ưu hóa việc quản lý thông qua kỹ thuật ICSI và thứ tự xếp hạng phôi ưu tiên. Việc kết hợp chặt chẽ giữa vi thao tác tại phòng thí nghiệm và công nghệ theo dõi phôi tiên tiến tiếp tục là chìa khóa để tháo gỡ khó khăn, từ đó tối ưu hóa tỷ lệ trẻ sinh sống và đáp ứng niềm mong mỏi của các cặp vợ chồng trên hành trình điều trị vô sinh.

[1] Onez IC, El-Damen A, Erdem M, Erdem A. Oocyte morphology and embryo morphokinetics in an intra-cytoplasmic sperm injection programme. Is there a relationship? Zygote. 2021;29(4):279-286.

[2] Shmorgun D, Khodawordi A, Claman P, Jackson-Tarlton C, Marandi S, Shmorgun R. Vacuolization in embryos on days 3 and 4 of in vitro development: Association with stimulation protocols, embryo development, chromosomal status, pregnancy and neonatal outcomes. Reprod Biomed Online. 2022;45(5):912-921.

[3] Otsuki J, Okada A, Morimoto K, Nagai Y, Ogdom R. Lipofuscin bodies in human oocytes as an indicator of oocyte quality. J Assist Reprod Genet. 2007;24(7):263-270. PMCID: PMC3455008.

[4] Zhang X, Liu S, Li M, Zhou L, Wang P, Gao M. Clinical outcomes of MII oocytes with refractile bodies in patients undergoing ICSI and single frozen embryo transfer. J Ovarian Res. 2019;12(1):112.

[5] Balaban B, Brison D, Calderón G, Catt J, Conaghan J, Cowan L, et al. Fertilization and embryo quality of mature oocytes with specific morphological abnormalities. Reprod Biol Endocrinol. 2016;14(1):2. PMCID: PMC4724600.

[6] Al-Sunaidi M, Al-Askar A, Al-Hassan S, Al-Ahmadi T. Presence of vacuoles in blastocysts is negatively associated with euploidy and live birth rates. Fertil Steril. 2023;119(4):E56.

[7] Alpha Scientists in Reproductive Medicine and ESHRE Special Interest Group of Embryology. The Istanbul consensus workshop on embryo assessment: proceedings of an expert meeting. Hum Reprod. 2011;26(6):1270–1283.