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胚胎染色體診斷與篩檢問世後,試管嬰兒懷孕率已顯著提高,但仍有無法突破的瓶頸。當單一胚胎植入已蔚為風行,如何挑選「對的胚胎」已成最重要的課題,除了現知的染色體與型態外,是否還有其他評估指標?生殖醫學界手執牛耳的David Gardner來告訴您!

在胚胎發育過程中,由受精卵(Zygote)轉變成囊胚(blastocyst),雖然僅四天成長,但兩個時期的代謝方式已截然不同。氧氣消耗量與葡萄糖運用能力大為增加,代謝方式從無氧轉變成有氧。

  受精卵(Zygote) 囊胚(blastocyst)
耗氧量
葡萄糖使用能力
產生能量方式 丙酮酸氧化 (oxidation of pyruvate)乳酸氧化 (oxidation of lactate) 有氧醣解作用 (aerobic glycosis)葡萄糖氧化 (oxidation of glucose)

當胚胎從單一細胞發育成上百細胞的囊胚,需攝取葡萄糖、胺基酸、氧氣等養分,釋放出乳酸、氮等代謝物,並製造出細胞所需的蛋白質和其他分子物質。因此可藉由養分消耗、廢物排泄、分子製造的程度,而去推測胚胎的代謝能力,進而分析對後續植入的影響。

於1980年,Renard JP等人發現較高葡萄糖消耗量的胚胎,後續發育與植入懷孕率較高。2011年Gardner DK等人確認:比起植入失敗組的胚胎,植入懷孕組的胚胎於第四天有較高葡萄糖消耗量(A);而在性別上,也有女性胚胎葡萄糖消耗高於男性胚胎的情況。在其他物種的胚胎上,也能觀察到相同的特性。

科學家藉由質譜儀分析胚胎所分泌的蛋白質,發現一個8.5 kDa大小的蛋白質與胚胎發育能力有關,此蛋白質最有可能是泛素(ubiquitin)。而泛素被指出可能控制著床機制的訊號傳遞。而另一個被發現的蛋白質是脂質運載蛋白1(lipocalin-1),染色體異常囊胚所分泌的脂質運載蛋白1量會增加。目前科學家所知的胚胎蛋白質體學如同冰山一角,仍有許多尚待釐清之處。

如同上述,雖然胚胎的代謝學、蛋白質體學已有斬獲,但也存在著性別不同、培養環境養分與代謝物濃度不同,而導致代謝與分泌上的差異,造成操作與後續分析的困難度,無法普及運用於臨床。此兩個領域,仍等待著基礎研究與檢驗技術上的突破。

目前科學家試圖將Lab-on-a-chip概念運用於此,將多種實驗室功能結合於一個晶片。利用微流體細胞培養系統(Microfluidic cell culture system),提供流動的培養液來維持培養環境恆定,與收集廢棄培養液來進行代謝物及蛋白質分析;並希望結合縮時攝影(Time-lapse),觀察胚胎型態變化。藉由穩定不干擾的系統,實踐胚胎培養與分析合而為一的概念。

Gardner DK也提出未來胚胎檢測的Lab-on-a-chip藍圖:利用微流體進行胚胎分析。將胚胎切片後的細胞放入微流體系統中(A),先經過系統擠壓測試(B),得知細胞的生物機械特性(C);再將細胞進行分解(D & E),分解後的碎片分別進行蛋白質分析、染色體或其他分析項目。

研究顯示,即使是染色體正常的囊胚之間、或是型態相同的囊胚之間,存在著代謝能力的差異,顯示除了染色體、型態之外,挑選胚胎的方法學還有探索的空間;但現今胚胎挑選除了染色體篩選外,其他領域還未臻至成熟,想要普及應用於臨床上仍有困難。相信隨著科技快速進步,結合胚胎代謝、型態變化、蛋白質體學、染色體篩選的胚胎挑選模式,有朝一日必能實踐,屆時試管嬰兒的成功率會大幅躍進,實現送子鳥「一的哲學」、「一顆囊胚等於一個健康寶寶」的理想。

參考資料:

  • 台灣生殖醫學年會 2015
  • Gardner DKet al., Hum Reprod Update., 2015 Jan 6
  • Wale PL and Gardner DK, Hum Reprod Update., 2015 Jul 22
  • Gardner DKet al., Textbook of assisted reproductive technologies (3td), 2008

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