1. Mở đầu

Trong lĩnh vực hỗ trợ sinh sản (HTSS) ở cấp độ tế bào, giai đoạn phát triển tiền làm tổ của phôi là một chuỗi các sự kiện di truyền biểu sinh và phân chia tế bào phức tạp. Bắt đầu từ một hợp tử đơn bào, phôi trải qua các đợt phân chia để hình thành phôi dâu (morula) trước khi tiến vào giai đoạn phôi nang (blastocyst). Quá trình này hình thành hai loại tế bào riêng biệt: Tế bào lá nuôi (Trophectoderm - TE) bao quanh bên ngoài có nhiệm vụ phát triển thành nhau thai, và Khối tế bào nội mô (Inner Cell Mass - ICM) nằm gọn bên trong[1]. ICM chứa các tế bào gốc đa tiềm năng (pluripotent stem cells), đóng vai trò nền tảng để biệt hóa thành ngoại bì phôi (epiblast) và nội bì nguyên thủy (primitive endoderm), từ đó phát triển thành toàn bộ cơ thể thai nhi[1].

Trong môi trường sinh lý tự nhiên tại ống dẫn trứng và tử cung, phôi được bao bọc bởi một hệ thống dịch tiết chứa đầy đủ các axit amin, yếu tố tăng trưởng, cytokine, và đặc biệt là các protein nội sinh phức tạp[2]. Tuy nhiên, trong điều kiện thụ tinh ống nghiệm (TTTON), phôi bị tách rời khỏi môi trường bảo vệ này và phải đối mặt với nhiều yếu tố gây stress như nồng độ oxy cao hơn, thay đổi pH, biến thiên áp lực thẩm thấu và sự tích tụ của các chất chuyển hóa gây hại[3]. Khả năng vượt qua các áp lực này để duy trì sự phát triển của ICM phụ thuộc phần lớn vào thành phần của môi trường nuôi cấy, trong đó việc bổ sung protein và albumin đóng vai trò quan trọng.

  1. Cơ sở sinh học và chức năng của protein trong môi trường in vitro

Xuyên suốt lịch sử phát triển của kỹ thuật IVF, protein đã được chứng minh là một thành phần không thể thiếu để tối ưu hóa môi trường nuôi cấy. Trong các phòng thí nghiệm hiện đại, Albumin huyết thanh người (Human Serum Albumin - HSA) hoặc Albumin huyết thanh bò (Bovine Serum Albumin - BSA) là những nguồn protein phổ biến nhất được sử dụng[2]. Albumin là một đại phân tử hoạt động như một chất đệm vật lý giúp duy trì áp lực, độ pH, độ thẩm thấu và thực hiện hàng loạt các chức năng hóa sinh[3].

Chức năng sinh lý cốt lõi của albumin đối với phôi nang nằm ở khả năng hoạt động như một chất thải sắt (chelator) đối với các ion kim loại nặng và giúp trung hòa các gốc tự do oxy hóa  (Reactive Oxygen Species - ROS)[3]. Bằng cách liên kết với các ion kim loại, albumin ức chế quá trình peroxy hóa, bảo vệ màng tế bào của phôi và ngăn chặn sự đứt gãy DNA tại ICM[3]. Bên cạnh đó, albumin đóng vai trò như một kênh vận chuyển protein giúp tế bào liên kết với các yếu tố tăng trưởng, hormone, enzyme, axit béo và citrate[4,5].

Để hiểu rõ tầm quan trọng thiết yếu của protein, nhiều nghiên cứu đã đánh giá tác động của môi trường nuôi cấy hoàn toàn không có protein hoặc bị loại bỏ BSA trong những khoảng thời gian cụ thể. Sự thiếu hụt BSA liên tục từ giai đoạn hợp tử hai tiền nhân (2PN) làm suy giảm đáng kể tỷ lệ hình thành phôi nang. Sự suy giảm này được đặc trưng bởi việc giảm số lượng lớn tế bào TE và ICM, từ đó cho thấy khả năng sống của phôi bị ảnh hưởng đáng kể[2]. Ngay cả khi phôi chỉ bị loại bỏ BSA trong một khoảng thời gian ngắn, sự phân chia dòng tế bào cũng bị gián đoạn. Điều này cho thấy các tế bào gốc đang trong giai đoạn quyết định số phận cực kỳ nhạy cảm với sự hiện diện của các chất dinh dưỡng và protein vận chuyển[2].

Các phân tích dọc (longitudinal analysis) trong nghiên cứu của Jarhana và cộng sự (2025) trên thế hệ chuột con sinh ra từ các phôi bị loại bỏ BSA đã phát hiện ra những rối loạn chuyển hóa mang tính đặc trưng theo giới tính[2]. Chuột đực phát triển chứng không dung nạp glucose lũy tiến ở tuần tuổi thứ 16, biểu hiện bằng sự gia tăng đáng kể nồng độ glucose lúc đói và suy giảm khả năng thanh lọc glucose. Trong khi đó, chuột cái không gặp phải tình trạng này[2]. Điều này minh chứng rằng sự thiếu hụt protein không chỉ ảnh hưởng đến kích thước của ICM mà còn gây ra những thay đổi về di truyền biểu sinh, dẫn đến các rối loạn chức năng chuyển hóa vĩnh viễn ở thế hệ con[2].

  1. Cấu trúc lipid trong các chế phẩm albumin thương mại

Một khía cạnh thường bị bỏ qua là sự đa dạng về thành phần vi mô của các chế phẩm albumin thương mại. Albumin là một chất vận chuyển tự nhiên, hàm lượng và thành phần các loại lipid bám trên phân tử albumin biến thiên rất lớn giữa các nhà sản xuất, từ đó tạo ra những tác động khác nhau đối với chất lượng ICM và khả năng làm tổ của phôi[5].

Nghiên cứu của Logsdon và cộng sự (2021) đã tiến hành so sánh giữa các loại HSA thương mại (như Vitrolife HSA, Sage HSA) và Albumin tái tổ hợp (Recombinant HSA - rHA)[5]. Nghiên cứu chỉ ra những sai biệt đáng kể về hàm lượng lipid. Ví dụ, chế phẩm Sage HSA có chứa hàm lượng axit béo bão hòa cao gấp 8 lần so với thông thường[5]. Phôi được nuôi cấy trong môi trường chứa chế phẩm này có tỷ lệ phát triển thành phôi nang thấp hơn, tăng sản sinh gốc superoxide và tích tụ quá mức lipid bên trong tế bào phôi, từ đó kéo theo tỷ lệ làm tổ sụt giảm nghiêm trọng[5].

Ngược lại, các chế phẩm albumin chứa nồng độ lipid thấp (dưới 0,5 µg axit béo/mg albumin) thường hỗ trợ sự phát triển phôi nang tốt hơn[5]. Tuy nhiên, loại bỏ hoàn toàn lipid không phải là giải pháp tối ưu. HSA tái tổ hợp có nồng độ lipid tổng số thấp nhất nhưng lại chứa tỷ lệ axit palmitoleic cao gấp 70 lần, điều này dẫn đến sự suy giảm trọng lượng thai nhi[5]. Việc bổ sung carnitine có thể giúp đảo ngược các tác động tiêu cực, cải thiện sự phát triển phôi nang và duy trì sự cân bằng tối ưu của tỷ lệ tế bào ICM/TE[5]. Dữ liệu này khẳng định rằng thành phần lipid ngoại sinh liên kết với albumin có khả năng xâm nhập vào môi trường nội bào, trực tiếp điều chỉnh quá trình chuyển hóa năng lượng và chất lượng của ICM.

  1. Albumin tái tổ hợp và các phức hợp protein

Để kiểm soát các biến số do huyết thanh người mang lại, cũng như loại trừ rủi ro lây nhiễm chéo các tác nhân gây bệnh (như prion hay virus), xu hướng công nghệ đang dịch chuyển sang sử dụng Albumin người tái tổ hợp (recombinant HA - rHA) hoặc các phức hợp protein được tối ưu hóa như Serum Substitute Supplement (SSS).

rHA là một protein được tổng hợp với cấu trúc phân tử hoàn toàn tương đồng với HSA tự nhiên nhưng tinh khiết hơn và ít chứa các tạp chất hơn[3]. Khi ứng dụng trong nuôi cấy phôi, rHA đã chứng minh khả năng duy trì sự phát triển phôi nang ở mức tương đương hoặc cao hơn so với HSA và Polyvinyl alcohol (PVA). Đặc biệt, tỷ lệ tế bào chết theo chương trình (apoptosis) tại ICM và sự hình thành các gốc Nitric Oxide (NO) gây độc tố nội bào thấp hơn đáng kể khi sử dụng rHA[3]. Điều này mang lại lợi ích lâm sàng rõ ràng, với tỷ lệ phôi phát triển thành thai nhi sau chuyển phôi cao vượt trội.

Ứng dụng lâm sàng của rHA còn được mở rộng sang cả môi trường thủy tinh hóa (vitrification) và rã đông phôi nang. Việc sử dụng dung dịch chứa rHA (ở nồng độ tinh chỉnh 2,5 mg/mL) mang lại tỷ lệ phôi sống khả quan (lên đến 98,9%), tỷ lệ thai lâm sàng (56%) cao hơn có ý nghĩa thống kê so với dung dịch HSA truyền thống, đồng thời duy trì tốt kết cục chu sinh và sức khỏe trẻ sinh ra[6].

Bên cạnh việc sử dụng albumin tinh khiết, nhiều phòng thí nghiệm IVF ưu tiên các phức hợp protein mô phỏng gần hơn với huyết tương sinh lý. Điển hình là SSS, một phức hợp chứa khoảng 84% HSA và 16% alpha cùng beta globulin[7]. Các globulin này đóng vai trò quyết định trong việc kích thích sự tăng sinh tế bào mạnh mẽ. Việc bổ sung nồng độ thích hợp của các alpha và beta globulin kích thích sự phân chia tế bào, làm tăng tổng số lượng blastomere và thúc đẩy quá trình thoát màng của phôi nang[7]. Thử nghiệm ngẫu nhiên có đối chứng quy mô lớn trên người (Randomized Controlled Trial - RCT) chứng minh rằng phôi được nuôi cấy trong môi trường có kết hợp HSA và SSS mang lại những cải thiện đáng kể về mặt lâm sàng so với chỉ dùng HSA đơn thuần[7].

  1. Chất lượng ICM và cơ chế phân tử

Chất lượng của ICM được đánh giá không chỉ thông qua số lượng tế bào mà còn dựa trên sự toàn vẹn của bộ gen và mức độ biểu hiện chính xác của các mạng lưới gen điều hòa.

Quá trình apoptosis là một cơ chế thiết yếu nhằm kiểm soát chất lượng nội tại, giúp loại bỏ các tế bào mang khiếm khuyết trong quá trình hình thành ICM[4]. Dưới áp lực của môi trường nuôi cấy nhân tạo - đặc biệt khi thiếu hụt sự bảo vệ tối ưu từ protein, tỷ lệ apoptosis sẽ tăng mất kiểm soát. Thực nghiệm cho thấy tình trạng môi trường bất lợi (như mô phỏng ở nồng độ glucose cao 28mM) làm suy giảm số lượng tế bào và gia tăng đứt gãy DNA tại ICM. Hiện tượng phân mảnh nhân và thoái hóa NST này đến từ hai nhân tố chính: Enzyme Caspase-3 và Caspase-Activated Deoxyribonuclease (CAD)[4]. Bằng cách cung cấp một nồng độ protein tối ưu (như rHA), sự sản sinh các tiền chất gây viêm như NO bị ức chế, từ đó vô hiệu hóa tín hiệu kích hoạt hệ thống Caspase-3 và duy trì tối đa số lượng tế bào tại ICM[3].

Việc duy trì đặc tính của ICM phụ thuộc vào sự biểu hiện nghiêm ngặt của các yếu tố phiên mã chính như OCT4[1]. Môi trường vật lý và các protein cấu trúc đóng vai trò rất quan trọng trong việc bảo vệ các gen này. Gần đây, một cơ chế điều hòa cơ học (mechanotransduction) mới đã được khám phá: mạng lưới F-actin liên kết màng nhân với lớp vỏ ngoại vi (cortex) của tế bào giúp phôi cảm nhận các lực co thắt cơ học. Tại ICM, nồng độ protein Lamin-A thấp khiến các yếu tố tạo nhân actin dịch chuyển từ nhân ra tế bào chất. Quá trình này giúp ổn định Angiomotin (Amot), thúc đẩy sự phosphoryl hóa của protein YAP (Yes-associated protein), giữ YAP ở lại tế bào chất, từ đó tạo điều kiện cho các gen đa tiềm năng (điển hình là OCT4) hoạt động tối ưu tại ICM. Ngược lại, ở các tế bào lớp ngoài, nồng độ Lamin-A tăng cao ngăn cản sự phosphoryl hóa YAP, cho phép YAP tiến vào nhân và kích hoạt Cdx2 để biệt hoá TE[1]. Tính toàn vẹn của môi trường nuôi cấy và áp lực thẩm thấu do albumin điều chỉnh đóng vai trò quan trọng hỗ trợ mạng lưới cơ học vật lý này.

  1. Kết luận

Chất lượng ICM là điều kiện quyết định sự thành công của một thai kỳ và sức khỏe của trẻ sinh ra. Thông qua góc nhìn sinh học phân tử từ các bằng chứng hiện có, có thể khẳng định rằng nồng độ, cấu trúc phân tử và nguồn gốc của protein (đặc biệt là Albumin) trong môi trường nuôi cấy in vitro nắm giữ những vai trò điều hòa sinh học không thể thay thế. Về mặt lâm sàng, sự chuyển dịch hướng tới các loại Albumin tái tổ hợp (rHA) kết hợp với các globulin hỗ trợ (như SSS) đang thiết lập một môi trường hóa lý ổn định, tối đa hóa khả năng làm tổ và tỷ lệ trẻ sinh sống.

Từ khoá: albumin tái tổ hợp, khối tế bào nội mô, globulin, rối loạn chuyển hoá, môi trường nuôi cấy

Tài liệu tham khảo:

[1] Skory RM, Moverley AA, Ardestani G, Alvarez Y, Domingo-Muelas A, Pomp O, et al. The nuclear lamina couples mechanical forces to cell fate in the preimplantation embryo via actin organization. Nat Commun. 2023;14:3072.

[2] Jharna JF, Bari MW, Alfian NF, Kishigami S. The Absence of Bovine Serum Albumin (BSA) in Preimplantation Culture Media Impairs Embryonic Development and Induces Metabolic Alterations in Mouse Offspring. Int J Mol Sci. 2025;26(14):6989.

[3] Takenaka M, Horiuchi T. Recombinant human albumin supports mouse blastocyst development, suppresses apoptosis in blastocysts and improves fetal development. Reprod Med Biol. 2007;6(4):211-218.

[4] Pampfer S, Vanderheyden I, Wuu YD, De Hertogh R. Identification of Caspase-3 and Caspase-Activated Deoxyribonuclease in Rat Blastocysts and Their Implication in the Induction of Chromatin Degradation (but Not Nuclear Fragmentation) by High Glucose. Biol Reprod. 2001;64(2):555-562.

[5] Krisher RL, et al. Fatty acids present in commercial albumin preparations differentially affect development of murine embryos before and during implantation. F&S Sci. 2020;2(2):169-179

[6] Murakami M, Egashira A, Tanaka K, Mine C, Otsubo H, Kuramoto T. Perinatal outcomes for transfer of blastocysts vitrified and warmed in defined solutions with recombinant human albumin: 374 babies born after 898 embryo transfers. J Assist Reprod Genet. 2014;31(12):1605-1610

[7] Meintjes M, Chantilis SJ, Ward DC, Douglas JD, Rodriguez AJ, Guerami AR, et al. A randomized controlled study of human serum albumin and serum substitute supplement as protein supplements for IVF culture and the effect on live birth rates. Hum Reprod. 2009;24(4):782-789.

[8] Handayani N, Aubry D, Boediono A, Wiweko B, Sirait B, Sini I, et al. The origin and possible mechanism of embryonic cell-free DNA release in spent embryo culture media: a review. J Assist Reprod Genet. 2023;40(6):1251-1262.