Культивирование эмбрионов в звуковой среде

Ученый-биофизик, эмбриолог, кандидат наук, старший научный сотрудник МГУ им. М. В. Ломоносова, кафедра биофизики, Сергей Яковенко рассказывает о культивировании эмбрионов в звуковой среде.

Культивирование эмбрионов в рамках программы ЭКО — сложный процесс, отработанный десятилетиями мирового опыта. Многие клиники и исследовательские лаборатории ведут научные работы по изучению процесса раннего эмбриогенеза с целью увеличения эффективности программ ЭКО.

Как известно, в настоящее время культивирование эмбрионов от оплодотворения до переноса в полость матки или криоконсервации осуществляется в специальных инкубаторах, имитирующих температуру, влажность и газовый состав в теле человека. Условия, в которых находятся эмбрионы, оказывают очень важное влияние на их развитие и поэтому являются одним из ключевых факторов успеха лечения.

Одна из проблем культивирования эмбрионов состоит в том, что попытки улучшения системы культивирования сосредоточены на добавлении в среды новых компонентов. Но каким бы ни был состав среды, культивирование происходит в стандартной статичной системе без звука — чашке Петри, стоящей в тишине на полке в инкубаторе. Однако с точки зрения акустики и микроперемешивания (микрогидродинамики) среды эти условия культивирования далеки от естественных.

При овуляции, оплодотворении и раннем развитии яйцеклетка и эмбрион проходят путь от яичника через маточные трубы до матки. Этот процесс сопровождается движением ресничек в маточной трубе и движением трубной жидкости вокруг эмбриона. Таким образом, создается специфическая микрогидродинамическая и акустическая система, в которой идет развитие эмбриона. Также в естественных условиях эмбрион подвергается воздействиям звуковых и механических колебаний в утробе матери, которые возникают вследствие биения сердца матери, разговоров матери, движению, ходьбе и других процессов повседневной жизнедеятельности.

Каким образом мы можем приблизить нашу лабораторную систему культивирования к естественным условиям?

Многие научные группы работают над этой задачей. Одним из способов является культивирование в микропроточной системе смены среды, а также культивирование на наклонной поверхности, по которой эмбрион медленно движется как в маточной трубе. Эти методы не получили большого распространения в лабораториях эмбриологии. В отличие от них, метод воздействия вибрации на эмбрионы показывает замечательные результаты в программах ВРТ и набирает популярность в клиниках ЭКО.

С чем это связано?

В условиях лаборатории эмбрион культивируется в небольших каплях среды, и концентрация токсичных для эмбриона агентов, таких как аммоний, возрастает вблизи эмбриона в процессе культивирования. В статичной культуральной системе негативный эффект накопления метаболитов решается заменой культуральной среды на свежую. При воздействии вибрации происходит постоянное перемешивание среды, и локальная концентрация токсичных метаболитов снижается. Также показано, что вибрация вызывает изменение внутриклеточного обмена кальция и увеличение синтеза факторов роста.

Кроме того, в многочисленных научных публикациях показано, что звук ускоряет и облегчает прохождение химических реакций путем микроперемешивания компонентов и продуктов химических реакций, а также снижая энергию активации химических реакций. Биологические клетки, из которых состоит эмбрион, являются по сути биохимическими микрореакторами. Поэтому обоснованно ожидать, что экспозиция эмбрионов звуковым колебаниям во время культивирования вызовет улучшение развития и качества эмбрионов, то есть она должна повысить частоту оплодотворения in vitro (fertilization rate,%), повысить частоту развития до бластоцисты (blastocyst rate,%) и, как следствие, более хорошего качества эмбрионов вызовет повышение частоты имплантации в матку (implantation rate,%), снижение частоты спонтанного прерывания беременности (spontaneous abortionrate,%) и повышение процента успешных родов.

Каков же эффект от культивирования эмбрионов в звуковой среде?

Исследования различных групп показывают поразительные результаты. Происходит достоверное увеличение количества эмбрионов хорошего и отличного качества, увеличивается частота образования бластоцист, а самое главное — на 25–40% увеличивается частота наступления беременности. В клинике был разработан метод, позволяющий приблизить культивирование эмбрионов к более физиологичным акустическим и микрогидродинамическим условиям, получивший название «культивирование эмбрионов в звуковой среде». В основе лежит возможность передавать акустические колебания непосредственно в чашку Петри, где выращиваются эмбрионы. В качестве звуковых колебаний могут быть использованы заранее записанные с помощью фонендоскопа звуки в организме матери, звуки музыки различных жанров, звуки моря, речь будущей мамы или будущего папы.

В клинике провели исследование на 1000 донорских яйцеклетках и эмбрионах, разделив их на две группы, одна из которых культивировалась под воздействием звуковых волн определенной громкости (не более 80 дцб) и вторую контрольную группу, которая культивировалась в обычном инкубаторе без озвучивания. Причем в обоих группах параллельно культивировались эмбрионы от одних и тех же родителей, чтобы исключить влияние генетических особенностей и диагноза пациентов на результаты.

Результаты показали, что вибрация положительно влияет на процесс развития эмбрионов: увеличивается вероятность успешного оплодотворения яйцеклетки на 6% и процент формирования бластоцист на 20%, что чрезвычайно важно для получения беременности. В ближайшее время будет собрана также отложенная статистика по частоте спонтанного прерывания беременности и частоте успешных родов.

При том, что сегодня ученые бьются за каждый процент успешности оплодотворения и развития эмбрионов, такое существенное улучшение показателей делает этот метод одним из самых эффективных для оптимизации ЭКО.

Позвоните своим эмбрионам

Дополнительной опцией этого метода стала возможность своего рода общения будущей матери с эмбрионами с помощью мобильной связи. Пациент или пациентка могут сделать звонок по обычному сотовому телефону в инкубатор на специально выделенный номер, где культивируются их эмбрионы, и передать им звуковые колебания своей речи. Такая опция будет очень полезна в психологическом плане, так как отсутствие связи со своими эмбрионами часто угнетает пациентов, что может также сказаться на успехе лечения.