Skuteczność procedury zapłodnienia in vitro (IVF) wynosi średnio ok. 35 proc. To znaczy, że aby urodziło się dziecko, średnio potrzeba trzech cykli procedury. Ponieważ skuteczność jest tak niska, tworzy się na zapas więcej zarodków, które są implantowane kolejno w razie niepowodzenia poprzednich prób.

Pomysł polskich badaczek z Małopolskiego Centrum Biotechnologii UJ i Instytutu Fizyki Jądrowej PAN ma na celu zmniejszenie liczby uzyskiwanych zarodków oraz podniesienie odsetka udanych implantacji i narodzin zdrowych dzieci.

W procedurach in vitro kobieta otrzymuje hormony, za sprawą których dojrzewa wiele komórek jajowych jednocześnie. W ten sposób podczas jednego zabiegu można pobrać wiele dojrzałych oocytów – czasem kilka, a czasem nawet kilkadziesiąt. Tylko niektóre z nich zostaną wybrane do zapłodnienia. Pojawia się jednak pytanie, jak z tej puli wybrać najlepiej rokującą komórkę.

– Organizm w każdym cyklu selekcjonuje jeden, najlepszy oocyt, który jest gotowy do zapłodnienia zaraz po naturalnej owulacji. Gdy kobieta jest poddana stymulacji hormonalnej, nie wiemy, który z nich byłby tym naturalnie wybranym. Pod mikroskopem świetlnym wszystkie pobrane przez lekarza komórki jajowe wyglądają mniej więcej tak samo – wyjaśniła w rozmowie z PAP prof. Grażyna Ptak z Uniwersytetu Jagiellońskiego. Pojawia się pytanie, czy ludzie mogą wziąć przykład z natury i przeprowadzić precyzyjną selekcję.

Badaczki z UJ i PAN wskazały, że nadzieją może być holotomografia – rodzaj mikroskopii optycznej. „Holotomografia pozwala zobaczyć żywą komórkę w trzech wymiarach bez stosowania jakichkolwiek znaczników” – wyjaśniła w komunikacie UJ dr hab. inż. Joanna Depciuch-Czarny z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN, współtwórczyni nowej technologii.

W holotomografii wykorzystuje się wiedzę o tym, że światło inaczej załamuje się w różnych strukturach – na przykład odmiennie przechodzi przez tłuszcz, a odmiennie przez wodę. Dzięki temu w nieinwazyjnym badaniu trwającym ok. 10 minut można obserwować struktury i molekuły znajdujące się wewnątrz pojedynczych żywych komórek.

– W naszym przypadku zajmujemy się lipidami, czyli obserwujemy struktury lipidowe w oocycie – powiedziała prof. Ptak.

Jej zespół od lat bada rolę kropli lipidowych w komórkach jajowych i zarodkach. Krople te nie tylko magazynują energię dla komórki oraz są rezerwuarem cząstek sygnałowych, ale i chronią komórkę. – Gdy w komórce dzieje się coś złego, w kropli lipidowej zaczynają gromadzić się toksyczne produkty utleniania. Gdy więc widzimy duże krople lipidowe, jest to sygnał świadczący o obniżonej jakości komórki – wytłumaczyła prof. Ptak.

W badaniach na zwierzętach jej zespół zauważył, że istnieje silna korelacja pomiędzy zaburzonym profilem lipidowym oocytów a zaburzeniami powstałych z nich zarodków, płodów oraz dorosłego potomstwa, zwłaszcza w bogatych w lipidy tkankach.- Komórka jajowa daje początek organizmowi. Nieprawidłowości w profilu lipidów oocytu są nadal widoczne w tkankach powstałego z niego organizmu. Mało tego, podobne zmiany utrzymują się w kolejnych pokoleniach myszy – zaznaczyła.

Holotomografia była używana dotychczas przede wszystkim do oceny małych komórek somatycznych przyczepionych do podłoża. Badaczki w swoim wniosku patentowym pokazały, jak zastosować tę technikę do oceny jakości żywego, nieprzylegającego do podłoża oocytu. To spore wyzwanie, ponieważ komórka jajowa jest duża – największa w organizmie – i jako obiekt kulisty porusza się w polu widzenia mikroskopu.

„Opracowanie naszej metody wymagało rozwiązania wielu problemów technicznych. Jednym z nich było znalezienie skutecznego sposobu obrazowania pojedynczej zawieszonej w pożywce hodowlanej komórki pod mikroskopem holotomograficznym. Innym wyzwaniem było unieruchomienie owej pojedynczej, nieprzylegającej do podłoża komórki. Na tym polu jesteśmy pionierkami” – wskazała Hafsa Gulzar, współautorka opracowanej technologii, cytowana w komunikacie UJ.

Teraz trwają prace nad opracowaniem oprogramowania opartego na sztucznej inteligencji, które na podstawie obrazu z holotomografii będzie automatycznie rozpoznawać patologie komórek i umożliwi embriologom łatwą identyfikację nieprawidłowych oocytów.

– Część programistyczna powstać ma w ciągu kilku miesięcy. Potem konieczna będzie współpraca z producentami mikroskopów holotomograficznych, aby przygotować nakładki, które umożliwią obsługę tego typu analiz – powiedziała prof. Ptak. I wyraziła nadzieję, że rozwiązaniem jej zespołu zainteresują się kliniki zajmujące się in vitro.

– Nasza metoda pozwala wybrać komórki o prawidłowym profilu lipidowym, co przekłada się na wyższe bezpieczeństwo procedury i zwiększenie odsetka zdrowych ciąż. To szansa na ograniczenie tworzenia nadliczbowych zarodków, które nie są transferowane w danym cyklu. Jeśli precyzyjnie wskażemy najlepsze komórki, wówczas kliniki i ośrodki, w których przeprowadza się procedury rozrodu wspomaganego będą zapładniać np.