Tajemnica podziałów zarodka – wypowiedź eksperta w Klinice nOvum

Po skutecznym zapłodnieniu, w czasie zygotycznego cyklu komórkowego męskie i żeńskie przedjądrza przemieszczają się w kierunku środka komórki jajowej. W ich migrację zaangażowany jest cytoszkielet oocytu (mikrofilamenty aktynowe i mikrotubule).

Gdy zygota wchodzi w pierwszy podział mitotyczny[1], dochodzi do rozpadu otoczki jądrowej przedjądrzy i kondensacji chromosomów pochodzących od obojga rodziców. W tworzącej się płytce metafazowej materiał genetyczny pochodzący od matki i ojca ulega wymieszaniu. Ten moment w życiu nowo powstałego zarodka kończy etap zapłodnienia i wyznacza początek kolejnego etapu, który charakteryzuje się intensywnymi podziałami mitotycznymi – etap ten nosi nazwę bruzdkowania.

Prawidłowy rozwój organizmu jest zależny w dużej mierze od wierności powielania diploidalnego genomu zarodka. Dzięki tym procesom powstaje wielokomórkowy zarodek zdolny do różnicowania trzech listków zarodkowych, a następnie przyszłych tkanek organizmu. Podczas pierwszego podziału zygoty dochodzi do rozdziału powielonych chromatyd chromosomów odziedziczonych przez zarodek po matce i ojcu.

Dodatkowo zygota musi zmienić typ podziałów z mejotycznych[2] (którym dotychczas podlegały dwie pojedyncze komórki rozrodcze – oocyt i plemnik) na mitotyczne. Wszystkie zgromadzone dane o mechanizmach kontrolujących pierwsze trzy podziały zarodka wskazują na całkowitą zależność tej fazy rozwoju od matczynego materiału genetycznego zgromadzonego w komórce jajowej w postaci RNA podczas oogenezy. Włączeniu transkrypcji zarodkowego genomu towarzyszy stopniowe wyciszanie matczynej informacji genetycznej. Podczas bruzdkowania kształtuje się także plan budowy nowego organizmu.

Podczas procesu bruzdkowania zachodzą wielokrotne podziały mitotyczne zygoty. Komórki potomne, powstałe w wyniku bruzdkowania, budujące ciało zarodka określa się mianem blastomerów. W warunkach fizjologicznych proces ten zachodzi wewnątrz jajowodu – mniej więcej w trzecim / czwartym dniu po zapłodnieniu wędrujący przez jajowód zarodek dociera do macicy. Bruzdkując zarodek nie rośnie, a powstające blastomery są coraz mniejsze. Średnica bruzdkującego zarodka wynosi około 150 µm.

W ludzkim zarodku pierwszy mitotyczny podział na dwa blastomery dokonuje się ok. 24 – 32 godzin po zapłodnieniu. Na etapie bruzdkowania z każdą kolejną dobą zazwyczaj zarodkowi przybywają dwa / cztery blastomery. Podział każdego z dwóch pierwszych blastomerów może w warunkach prawidłowych przebiegać niejednoczasowo, a odstęp czasowy między podziałem jednego i drugiego blastomeru może wynosić ok. 1 – 2 godzin. W tym czasie można więc (w warunkach laboratoryjnych) obserwować zarodki o nieparzystej liczbie blastomerów, co jest etapem przejściowym. Przyjmuje się, że modelowy zarodek w drugiej dobie po zapłodnieniu pozaustrojowym (44±1 godz.) powinien posiadać 4 blastomery, a w trzeciej dobie po zapłodnieniu (68±1 godz.) – 8 komórek potomnych. Zaobserwowano, że transfer 4–komórkowych zarodków w 2. dniu hodowli (44+/-1 godz.) daje znacznie wyższe wskaźniki zagnieżdżenia i ciąż w porównaniu z transferami dwudniowych zarodków o liczbie blastomerów większej lub mniejszej niż 4 (Thurin i wsp., 2005; Holte i wsp., 2007; Scott i wsp., 2007).

Podczas podziałów mitotycznych stosunkowo często dochodzi do odszczepiania się od blastomerów małych fragmentów cytoplazmy otoczonych błoną komórkową, niezawierających DNA. Dlatego fragmentację definiuje się jako obecność struktur bezjądrowych pochodzenia blastomerycznego, a ocena jej stopnia jest zawarta w prawie każdym systemie klasyfikacji zarodków. Stopień fragmentacji jest najczęściej wyrażany jako procent całkowitej objętości cytoplazmy. Względny stopień fragmentacji określa się jako łagodny (<10%), umiarkowany (10–25%) i ciężki (>25%). Wykazano, że wysoki stopień fragmentacji koreluje negatywnie ze wskaźnikami implantacji i ciąż (Racowsky i wsp., 2000), podczas gdy obecność niewielkiej fragmentacji nie ma negatywnego wpływu na te wskaźniki (Alikani i wsp., 1999).

Blastomery zarodków 2–, 4– i 8–komórkowych powinny być równej wielkości, z kolei blastomery zarodków o liczbie komórek innej niż 2, 4 i 8 powinny mieć różne rozmiary, ponieważ istnieje asynchronia w podziale jednego lub większej liczby blastomerów.

• Modelowy zarodek 3–komórkowy powinien mieć jeden duży i dwa małe blastomery;
• zarodek 5–komórkowy: trzy duże i dwa mniejsze blastomery;
• zarodek 6–komórkowy: dwa duże i cztery mniejsze blastomery;
• i zarodek 7–komórkowy: jeden duży i sześć mniejszych blastomerów.

Podczas pierwszych podziałów w bruzdkującym zarodku normą jest obecność pojedynczych jąder komórkowych w poszczególnych blastomerach. Wielojądrowość w zarodku (głównie czterokomórkowym) może skutkować zmniejszoną szansą na zagnieżdżenie lub podwyższonym ryzykiem wczesnych poronień.

W nOvum stosujemy system klasyfikacji zarodków w stadium podziałowym (II i III doba hodowli  zarodkowej) rekomendowany przez Polskie Towarzystwo Medycyny Rozrodu i Embriologii (PTMRiE).

Ocenie podlega liczba blastomerów budujących ciało zarodka oraz parametry morfologiczne:

•     1 – dobry: <10% fragmentacji, wielkość blastomerów adekwatna do liczby komórek, brak cech wielojądrowości,
•     2 – średni: 10 – 25% fragmentacji, większość komórek zarodka posiada optymalną dla danego stadium wielkość, brak cech wielojądrowości,
•     3 – słaby: >25% fragmentacji, wielkość komórek mocno zróżnicowana, obecne cechy wielojądrowości w blastomerach.

W czwartej dobie hodowli zarodkowej modelowy zarodek powinien osiągnąć stadium moruli, która formuje się podczas intensywnych procesów kompaktacji, oznaczającej zacieranie się błon poszczególnych blastomerów wskutek ich ścisłego przylegania do siebie. Jest to etap przejściowy pomiędzy zarodkiem zbudowanym z wyraźnie zaznaczonych blastomerów, a kolejnym stadium rozwojowym – blastocystą – zarodkiem gotowym do zagnieżdżenia i zapoczątkowania ciąży. Dobrej jakości morula zbudowana jest z 16 do 32 blastomerów i wszystkie jej blastomery podlegają kompaktacji.

Autor tekstu: mgr Marta Izdebska-Książek, Embriolog Kliniczny w Klinice nOvum.

Piśmiennictwo:

• Alikani M, Cohen J, Tomkin G, Garrisi GJ, Mack C, Scott RT. Human embryo fragmentation in vitro and its implications for pregnancy and implantation. Fertil Steril 1999;71:836-842.
• Bartel H., Embriologia medyczna, ilustrowany podręcznik, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 2009.
• Bielańska – Osuchowska Z., Zarys organogenezy: różnicowanie się komórek w narządach, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2004.
• Holte J, Berglund L, Milton K, Garello C, Gennarelli G, Revelli A, Bergh T. Construction of an evidence-based integrated morphology cleavage embryo score for implantation potential of embryos scored and transferred on day 2 after oocyte retrieval. Hum Reprod 2007;22:548-557.
• Krzanowska H., Sokół – Misiak W. (red.), Molekularne mechanizmy rozwoju zarodkowego, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2002.
• Racowsky C, Jackson KV, Cekleniak NA, Fox JH, Hornstein MD, Ginsburg ES. The number of eight-cell embryos is a key determinant for selecting day 3 or day 5 transfer. Fertil Steril 2000;73:558-564.
• Scott L, Finn A, O’Leary T, McLellan S, Hill J. Morphologic parameters of early cleavage-stage embryos that correlate with fetal development and delivery: prospective and applied data for increased pregnancy rates. Hum Reprod 2007;22:230-240.
• Thurin A, Hardarson T, Hausken J, Jablonowska B, Lundin K, Pinborg A, Bergh C. Predictors of ongoing implantation in IVF in a good prognosis group of patients. Hum Reprod 2005;20:1876-1880.Atlas of human embryology: from Oocytes to Preimplantation Embryos, wydanie internetowe, https://atlas.eshre.eu/