Vai trò của số lượng bản sao dna ty thể trong đánh giá phôi tiền làm tổ

1. Mở đầu

Lựa chọn phôi có tiềm năng phát triển tốt là một trong những mục tiêu quan trọng của hỗ trợ sinh sản, đặc biệt trong bối cảnh chuyển đơn phôi ngày càng được ưu tiên nhằm giảm nguy cơ đa thai. Đánh giá hình thái vẫn là phương pháp nền tảng trong thực hành phôi học vì có thể thực hiện trực tiếp và phản ánh một số đặc điểm của quá trình phát triển. Hệ thống time-lapse bổ sung thông tin về động học phát triển, trong khi xét nghiệm di truyền phôi tiền làm tổ (Preimplantation Genetic Testing for Aneuploidy – PGT-A) cung cấp thông tin về tình trạng nhiễm sắc thể của phôi. Mỗi phương pháp tiếp cận một góc độ khác nhau, từ hình thái, tốc độ phát triển đến bộ nhiễm sắc thể, nhưng chưa có phương pháp đơn lẻ nào phản ánh đầy đủ trạng thái sinh học của phôi^[1].

Điều này thể hiện rõ nhất khi đánh giá các phôi nguyên bội. Trong cùng một nhóm phôi có tình trạng nhiễm sắc thể bình thường với đặc điểm hình thái và động học phát triển tương đối tương đồng, kết quả sau chuyển phôi vẫn có thể khác nhau. Điều đó cho thấy tiềm năng phát triển của phôi không chỉ liên quan đến đặc điểm quan sát được hoặc tình trạng nguyên bội mà còn có thể chịu ảnh hưởng bởi các quá trình sinh học khác, trong đó có chuyển hóa năng lượng và trạng thái chức năng của tế bào^[1,2,3].

Trước những giới hạn còn tồn tại trong việc đánh giá và lựa chọn phôi, nhiều dấu ấn sinh học đã được nghiên cứu. Số lượng bản sao DNA ty thể (mitochondrial DNA copy number – mtDNA-CN) là một trong những hướng tiếp cận nhận được sự quan tâm đáng kể. Sự quan tâm này xuất phát từ vai trò trung tâm của ty thể trong chuyển hóa năng lượng và sự phát triển sớm của phôi. Tuy nhiên, cơ sở sinh học của mtDNA-CN chưa đủ để xác lập giá trị dự đoán của thông số này trong thực hành.

2. Cơ sở sinh học của mtDNA trong noãn và phôi

Ty thể giữ vai trò quan trọng trong quá trình trưởng thành của noãn và phát triển phôi giai đoạn sớm. Bên cạnh chức năng sản xuất adenosine triphosphate (ATP) thông qua phosphoryl hóa oxy hóa, ty thể còn tham gia điều hòa trạng thái oxy hóa-khử, điều hòa quá trình chuyển hóa năng lượng và tín hiệu canxi. Những hoạt động này liên quan chặt chẽ đến quá trình trưởng thành của noãn, thụ tinh, phân chia tế bào và sự phát triển từ hợp tử đến phôi nang^[2].

DNA ty thể (mitochondrial DNA – mtDNA) là vật chất di truyền nằm trong ty thể. Số lượng bản sao mtDNA không cố định mà thay đổi theo loại tế bào, giai đoạn phát triển và trạng thái sinh học. Noãn trưởng thành chứa số lượng lớn bản sao mtDNA, cung cấp nguồn mtDNA ban đầu cho phôi trong những lần phân chia sớm. Vì vậy, hệ thống ty thể của noãn có ảnh hưởng đặc biệt đến sự phát triển sớm, trước khi các quá trình điều hòa và tái tổ chức chuyển hóa của phôi trở nên hoàn thiện hơn^[2].

Số lượng mtDNA cao hơn không phản ánh trực tiếp hoạt động chức năng của ty thể. mtDNA-CN chỉ cung cấp thông tin về một đặc điểm định lượng của hệ thống ty thể và không cho biết trực tiếp mức sản xuất năng lượng, hiệu quả hô hấp, tổn thương oxy hóa hay các thay đổi chức năng khác. Vì vậy, khi sử dụng mtDNA-CN trong nghiên cứu phôi, không nên xem đây là chỉ dấu trực tiếp của “chất lượng ty thể”.

3. Cơ sở đề xuất mtDNA-CN trong đánh giá tiềm năng phát triển của phôi

Giả thuyết về giá trị của mtDNA-CN được hình thành từ mối liên hệ giữa ty thể, nhu cầu năng lượng và quá trình phát triển phôi. Một số nghiên cứu ban đầu ghi nhận rằng những phôi nang có lượng mtDNA tương đối cao hơn trong mẫu tế bào lá nuôi (Trophectoderm – TE) có khả năng làm tổ thấp hơn. Từ các quan sát này, mtDNA-CN được đề xuất như một thông số có thể phản ánh một khía cạnh của trạng thái chuyển hóa hoặc khả năng thích nghi của phôi mà hình thái và tình trạng nguyên bội chưa thể hiện đầy đủ^[3,4].

Ở những phôi có nhu cầu chuyển hóa tăng hoặc chịu ảnh hưởng của stress tế bào, quá trình điều hòa chức năng ty thể và số lượng bản sao mtDNA có thể thay đổi. Tuy nhiên, cơ chế sinh học đứng sau sự thay đổi mtDNA-CN ở từng phôi chưa được làm rõ. Do đó, việc quan sát lượng mtDNA cao hơn trong một nhóm phôi có kết cục kém hơn chỉ cho phép ghi nhận một mối liên hệ trong điều kiện nghiên cứu cụ thể, thông tin này chưa đủ để xác định chính xác ý nghĩa sinh học của sự thay đổi đó ở từng phôi.

Tuy nhiên, một dấu ấn sinh học chỉ thực sự có giá trị khi sự khác biệt quan sát được có thể hỗ trợ phân biệt tiềm năng phát triển giữa các phôi trong cùng một bối cảnh lâm sàng. Nếu mtDNA-CN chỉ khác biệt giữa các nhóm lớn mà không mang lại thêm giá trị trong việc đánh giá từng phôi, khả năng ứng dụng của chỉ số này sẽ còn hạn chế. Trên cơ sở đó, các nghiên cứu tiếp theo tập trung làm rõ liệu mối liên hệ giữa mtDNA-CN và các kết cục như tỷ lệ làm tổ, tỷ lệ thai diễn tiến hoặc tỷ lệ trẻ sinh sống có được ghi nhận một cách ổn định hay không.

4. Bằng chứng về mối liên hệ giữa mtDNA-CN và tiềm năng phát triển của phôi

Một số nghiên cứu đã cung cấp bằng chứng ủng hộ khả năng mtDNA-CN liên quan đến kết cục sau chuyển phôi. Nghiên cứu của Du và cộng sự (2021) trên 246 phôi nang được phân tích bằng phương pháp giải trình gene tự thế hệ mới (Next-Generation Sequencing – NGS) ghi nhận rằng trong nhóm phôi nguyên bội được chuyển, mtDNA-CN thấp hơn ở nhóm đạt thai lâm sàng so với nhóm không làm tổ. Nghiên cứu này cũng đề xuất một ngưỡng mtDNA-CN có khả năng phân biệt hai nhóm^[4]. Một nghiên cứu khác trong cùng năm 2021 của Wang và cộng sự trên phôi nguyên bội ngày 5 cũng ghi nhận lượng mtDNA thấp hơn có liên quan đến tỷ lệ làm tổ và trẻ sinh sống cao hơn, mặc dù chính các tác giả cũng cho rằng mtDNA-CN chưa nên được xem là dấu ấn dự đoán độc lập^[5].

Một số dữ liệu còn cho thấy mtDNA-CN có liên quan đến các đặc điểm phát triển khác. Trong nghiên cứu của Luo và cộng sự (2023) trên 2.814 phôi nang, phôi nguyên bội có lượng mtDNA thấp hơn phôi lệch bội và phôi khảm. Ngày sinh thiết và tốc độ phát triển cũng có liên quan đến kết quả định lượng. Nghiên cứu này đồng thời ghi nhận rằng nền tảng NGS sử dụng có thể ảnh hưởng đáng kể đến giá trị mtDNA quan sát được, cho thấy kết quả không chỉ phụ thuộc vào đặc điểm sinh học của phôi mà còn chịu tác động của hệ thống xét nghiệm^[6].

Tuy nhiên, các kết quả này chưa được ghi nhận một cách đồng đều giữa các nghiên cứu. Nghiên cứu của Scott và cộng sự (2020) trên 615 phôi nguyên bội sử dụng chuyển đơn phôi không tìm thấy mối liên hệ giữa mtDNA-CN và khả năng làm tổ kéo dài. Khi phân tích 78 cặp phôi cùng nguồn noãn của một bệnh nhân, trong đó một phôi dẫn đến làm tổ và phôi còn lại không thành công, kết quả cũng không cho thấy mtDNA-CN có khả năng phân biệt ổn định giữa hai nhóm. Đáng chú ý, nghiên cứu này không xác định được một ngưỡng có khả năng làm tổ thay đổi rõ rệt^[7].

Một nghiên cứu khác trên 716 phôi cũng cho thấy kết quả tương tự. mtDNA-CN cao hơn được ghi nhận ở phôi lệch bội so với phôi nguyên bội và có sự khác biệt theo ngày sinh thiết, nhưng không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa nhóm phôi làm tổ và không làm tổ. Nghiên cứu không ghi nhận mối liên hệ rõ ràng giữa mtDNA-CN với tuổi mẹ hoặc hình thái phôi, đồng thời kết luận rằng thông số này chỉ có tiềm năng hạn chế như một dấu ấn độc lập trong lựa chọn phôi^[8].

Một nghiên cứu gần đây của Zhang và cộng sự (2025) phân tích 462 mẫu sinh thiết phôi nang từ 136 chu kỳ PGT và 75 phôi nguyên bội được chuyển đơn phôi ghi nhận số lượng mtDNA thấp hơn ở phôi nguyên bội so với phôi lệch bội sau khi hiệu chỉnh theo hình thái phôi. Tuy nhiên, mtDNA-CN không khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa các nhóm có kết cục thai khác nhau. Kết quả này cho thấy mtDNA-CN có thể liên quan đến tình trạng nguyên bội nhưng chưa chứng minh được giá trị ổn định như một chỉ dấu độc lập để dự đoán kết cục hỗ trợ sinh sản^[9].

Nhìn chung, bằng chứng hiện có còn nhiều tranh cãi và cần tiếp tục được nghiên cứu thêm. Một số nghiên cứu ghi nhận mối liên hệ giữa mtDNA-CN cao hơn và kết cục phát triển kém thuận lợi, trong khi những nghiên cứu khác, bao gồm các thiết kế tập trung vào phôi nguyên bội và chuyển đơn phôi, không xác nhận khả năng dự đoán này.

5. Những yếu tố ảnh hưởng đến kết quả định lượng mtDNA-CN

5.1. Đặc điểm mẫu và trạng thái phát triển của phôi

Hầu hết các nghiên cứu định lượng mtDNA ở phôi nang sử dụng mẫu tế bào TE do có thể thu được trong quá trình PGT-A. Tuy nhiên, TE và khối tế bào bên trong có đặc điểm phát triển và chức năng khác nhau, vì vậy một mẫu chỉ gồm một số tế bào TE có thể chưa đại diện hoàn toàn cho trạng thái của toàn bộ phôi. Vị trí sinh thiết và thành phần tế bào trong mẫu cũng có thể góp phần tạo nên biến thiên. Bên cạnh đó, thời điểm sinh thiết, mức độ giãn nở và tốc độ phát triển của phôi đều có thể ảnh hưởng đến mtDNA-CN. Sự khác biệt đã được ghi nhận giữa phôi sinh thiết ngày 5 và ngày 6^[6,8], cho thấy các phôi ở những trạng thái phát triển khác nhau không nên được so sánh trực tiếp bằng cùng một ngưỡng.

5.2. Đặc điểm sinh học của phôi và quần thể nghiên cứu

Mối liên hệ giữa mtDNA-CN và tình trạng nguyên bội hiện vẫn chưa thống nhất giữa các nghiên cứu. Một số nghiên cứu ghi nhận giá trị cao hơn ở phôi lệch bội hoặc phôi khảm, trong khi các nghiên cứu khác không quan sát thấy sự khác biệt rõ ràng^[4,6,8,9]. Ngoài tình trạng nhiễm sắc thể, tuổi mẹ, đặc điểm noãn, nguyên nhân vô sinh và các yếu tố đặc hiệu theo từng bệnh nhân cũng có thể ảnh hưởng đến quần thể phôi được nghiên cứu. Vì vậy, các thiết kế so sánh giữa những phôi cùng một bệnh nhân hoặc cùng nguồn noãn có ý nghĩa trong việc hạn chế ảnh hưởng của các biến số nền^[7].

5.3. Phương pháp định lượng và chuẩn hóa

mtDNA-CN có thể được đánh giá bằng qPCR hoặc từ dữ liệu NGS, với sự khác biệt về quy trình xử lý và chuẩn hóa. Trong các mẫu sinh thiết chỉ gồm số lượng tế bào nhỏ, quá trình khuếch đại toàn bộ hệ gen, lựa chọn vùng mtDNA và DNA nhân làm đối chứng, độ sâu giải trình tự và thuật toán phân tích đều có thể ảnh hưởng đến kết quả. Dữ liệu từ nghiên cứu quy mô lớn cũng cho thấy nền tảng NGS có thể tạo ra khác biệt đáng kể trong giá trị mtDNA quan sát được^[1,3,6]. Do đó, việc áp dụng trực tiếp một ngưỡng giữa các hệ thống khác nhau cần được xem xét thận trọng.

6. Giá trị hiện tại của mtDNA-CN trong lựa chọn phôi

Từ các bằng chứng hiện có, mtDNA-CN có cơ sở sinh học hợp lý và có thể liên quan đến một số đặc điểm của phôi, bao gồm tình trạng nhiễm sắc thể, ngày sinh thiết, tốc độ phát triển hoặc một số kết cục sau chuyển phôi. Tuy nhiên, mối liên hệ với khả năng làm tổ và kết cục sinh sản chưa được xác nhận. Do đó, hiện chưa có đủ cơ sở để sử dụng mtDNA-CN như một tiêu chuẩn độc lập nhằm lựa chọn hoặc loại bỏ phôi.

Giá trị tiềm năng của thông số này nằm ở khả năng bổ sung thông tin. Tuy nhiên, một dấu ấn chỉ trở nên có ý nghĩa thực hành khi thông tin bổ sung đó thực sự cải thiện quyết định lâm sàng. Việc ghi nhận sự khác biệt trung bình giữa hai nhóm phôi chưa đồng nghĩa với khả năng phân biệt đủ rõ giữa từng phôi trong cùng một chu kỳ điều trị. Đối với mtDNA-CN, cần chứng minh rằng việc tích hợp thông số này với hình thái, động học phát triển hoặc tình trạng nguyên bội có thể cải thiện khả năng lựa chọn phôi so với khi sử dụng các phương pháp hiện có.

Một vấn đề quan trọng khác là liệu những kết quả về mtDNA-CN có còn được ghi nhận khi áp dụng trên các quần thể và hệ thống phân tích khác nhau hay không. Nếu giá trị của mtDNA-CN chỉ được ghi nhận trong một nền tảng xét nghiệm, một quần thể bệnh nhân hoặc một quy trình chuẩn hóa nhất định, khả năng ứng dụng rộng rãi trong thực hành lâm sàng sẽ bị hạn chế. Trước khi xác lập các ngưỡng có ý nghĩa lâm sàng, cần có sự chuẩn hóa tốt hơn về loại mẫu, thời điểm đánh giá, phương pháp định lượng và cách hiệu chỉnh theo đặc điểm phát triển của phôi.

7. Kết luận

Số lượng bản sao DNA ty thể là một hướng nghiên cứu đáng chú ý trong đánh giá phôi tiền làm tổ, xuất phát từ vai trò của ty thể trong quá trình phát triển phôi sớm. Một số nghiên cứu ghi nhận mối liên hệ giữa mtDNA-CN và tiềm năng phát triển của phôi, nhưng kết quả hiện vẫn chưa đồng nhất. Sự khác biệt về mẫu, thời điểm sinh thiết và phương pháp định lượng có thể góp phần tạo nên những khác biệt này. Hiện tại, mtDNA-CN phù hợp với vai trò là một thông số bổ sung trong nghiên cứu và đánh giá phôi hơn là một tiêu chuẩn độc lập trong lựa chọn phôi. Giá trị lâm sàng của phương pháp trong tương lai sẽ phụ thuộc vào khả năng chuẩn hóa kỹ thuật và chứng minh rằng thông tin từ mtDNA-CN thực sự cải thiện việc lựa chọn phôi và các kết cục có ý nghĩa trong hỗ trợ sinh sản.

[1] Dickson DA, Tao T, Qin W. Exploring mitochondrial DNA content as a novel biomarker to improve embryo implantation potential: a review. Biomed Technol. 2024;5:82-86. doi:10.1016/j.bmt.2023.06.001.

[2] Dumollard R, Duchen M, Carroll J. The role of mitochondrial function in the oocyte and embryo. Curr Top Dev Biol. 2007;77:21-49. doi:10.1016/S0070-2153(06)77002-8.

[3] Wells D. Mitochondrial DNA quantity as a biomarker for blastocyst implantation potential. Fertil Steril. 2017;108(5):742-747. doi:10.1016/j.fertnstert.2017.10.007.

[4] Du S, Huang Z, Lin Y, Sun Y, Chen Q, Pan M, et al. Mitochondrial DNA copy number in human blastocyst: a novel biomarker for the prediction of implantation potential. J Mol Diagn. 2021;23(5):637-642. doi:10.1016/j.jmoldx.2021.02.006.

[5] Wang J, Diao Z, Zhu L, Zhu J, Lin F, Jiang W, et al. Trophectoderm mitochondrial DNA content associated with embryo quality and day-5 euploid blastocyst transfer outcomes. DNA Cell Biol. 2021;40(5):643-651. doi:10.1089/dna.2020.6271.

[6] Luo W, Zheng YM, Hao Y, Zhang Y, Zhou P, Wei Z, et al. Mitochondrial DNA quantification correlates with the developmental potential of human euploid blastocysts but not with that of mosaic blastocysts. BMC Pregnancy Childbirth. 2023;23(1):447. doi:10.1186/s12884-023-05760-w.

[7] Scott RT 3rd, Sun L, Zhan Y, Marin D, Tao X, Seli E. Mitochondrial DNA content is not predictive of reproductive competence in euploid blastocysts. Reprod Biomed Online. 2020;41(2):183-190. doi:10.1016/j.rbmo.2020.04.011.

[8] Lukaszuk K, Podolak A. Does trophectoderm mitochondrial DNA content affect embryo developmental and implantation potential? Int J Mol Sci. 2022;23(11):5976. doi:10.3390/ijms23115976.

[9] Zhang J, Li F, Kuai D, Chen H, Mu X, Song X, et al. Analysis of mitochondrial DNA quantification in human blastocysts and assisted reproduction outcomes. Reprod Biomed Online. 2025;50(5):104755. doi:10.1016/j.rbmo.2024.104755.