Zarodek a nieprawidłowości chromosomalne
Jedną z najczęstszych przyczyn zatrzymania podziałów zarodka są nieprawidłowości chromosomalne. Oznacza to, że zarodek posiada nieprawidłową liczbę lub strukturę chromosomów, co uniemożliwia jego dalszy prawidłowy rozwój. Chromosomy zawierają materiał genetyczny niezbędny do funkcjonowania komórek i przekazania informacji potrzebnych do prawidłowego przebiegu kolejnych etapów rozwoju embrionalnego. Do powstania nieprawidłowości w liczbie chromosomów najczęściej dochodzi w trakcie tworzenia się komórek rozrodczych (szczególnie komórek jajowych) lub pierwszych podziałów zarodka. W prawidłowej sytuacji każda komórka zarodka powinna posiadać 46 chromosomów – po 23 od każdego z rodziców. Jeśli jednak podczas dojrzewania komórki jajowej lub plemnika, a także w trakcie pierwszych podziałów zarodka , dojdzie do błędu w podziale materiału genetycznego, zarodek może otrzymać zbyt wiele lub zbyt mało chromosomów. Takie nieprawidłowości określa się jako aneuploidie.
- W praktyce oznacza to, że zarodek może posiadać dodatkowe chromosomy (np. trisomie) lub braki pojedynczych chromosomów (monosomie). Tego typu zmiany w większości prowadzą do zatrzymania rozwoju zarodkowego – w trakcie hodowli laboratoryjnej, po podaniu zarodka, ale przed jego zagnieżdżeniem w macicy lub we wczesnej ciąży. W wielu przypadkach zaburzenia są na tyle złożone, że uniemożliwiają prawidłowe funkcjonowanie komórek oraz dalszy rozwój zarodka i podziały komórkowe zatrzymują się już na wczesnym etapie. Zatrzymanie rozwoju zarodka w takich sytuacjach jest naturalnym mechanizmem selekcji biologicznej i funkcjonuje zarówno w zapłodnieniu pozaustrojowym jak i naturalnym. W ten sposób eliminowane są zarodki, które nie posiadają prawidłowego zestawu informacji genetycznej potrzebnej do dalszego rozwoju – wyjaśnia Marta Sikora-Polaczek, kierownik embriologów Klinik Bocian.
Zaburzenia aktywacji genomu zarodka (EGA)
Jednym z kluczowych momentów wczesnego rozwoju zarodka jest tzw. aktywacja jego własnego genomu (ang. embryonic genome activation, EGA). U człowieka proces tzw. głównej aktywacji genomu zarodkowego zachodzi około 2.–3. doby rozwoju, na etapie 4–8 komórek. Do tego momentu zarodek korzysta głównie z materiałów zgromadzonych w komórce jajowej. Są to m.in. białka, cząsteczki RNA oraz mitochondria, które umożliwiają rozpoczęcie pierwszych podziałów komórkowych. Jednak, aby rozwój mógł postępować dalej, konieczne jest „przejęcie kontroli” przez własny materiał genetyczny zarodka i uruchomienie jego ekspresji genów. Jeśli proces aktywacji genomu nie przebiega prawidłowo, dochodzi do zaburzeń w regulacji kluczowych procesów komórkowych. W efekcie podziały komórkowe mogą ulec spowolnieniu lub całkowitemu zatrzymaniu, a zarodek nie osiąga stadium blastocysty.
W praktyce embriologicznej zaburzenia aktywacji genomu zarodka są jednym z kluczowych mechanizmów prowadzących do zatrzymania jego rozwoju, szczególnie na etapie 3. doby. Mogą one wynikać zarówno z nieprawidłowości genetycznych, epigenetycznych jak i środowiskowych.
Nieprawidłowe warunki środowiska hodowlanego zarodka
W warunkach naturalnych zarodek rozwija się w niezwykle stabilnym i precyzyjnie regulowanym środowisku organizmu kobiety. W laboratorium embriologicznym dąży się do jak najwierniejszego odwzorowania tych warunków, jednak nawet niewielkie odchylenia mogą wpływać na dalszy rozwój zarodka. Do najważniejszych czynników środowiskowych należą:
- temperatura,
- skład i jakość pożywek hodowlanych,
- pH środowiska.
Zaburzenia w którymkolwiek z tych parametrów mogą prowadzić do powstania stresu komórkowego, zakłócenia procesów metabolicznych oraz nieprawidłowego przebiegu podziałów komórkowych. W konsekwencji rozwój zarodka może ulec spowolnieniu lub całkowitemu zatrzymaniu na wczesnym etapie.
Jakość komórki jajowej a rozwój zarodka
Na prawidłowy rozwój zarodka ogromny wpływ ma jakość komórki jajowej. W pierwszych dniach po zapłodnieniu zarodek korzysta głównie z materiałów zgromadzonych właśnie w oocycie. Są to między innymi białka, mitochondria oraz cząsteczki RNA, które odpowiadają za uruchomienie pierwszych procesów biologicznych i umożliwiają prawidłowy przebieg kolejnych podziałów komórkowych. Na tym etapie rozwój zarodka jest w dużej mierze zależny od zasobów zgromadzonych w komórce jajowej jeszcze przed zapłodnieniem. Oznacza to, że jeśli oocyt posiada odpowiednią jakość i prawidłową strukturę, zarodek ma większe szanse na prawidłowy rozwój w pierwszych dniach życia.
Jeśli jednak komórka jajowa zawiera uszkodzone struktury komórkowe lub nieprawidłowy materiał genetyczny, rozwój zarodka może zatrzymać się już na bardzo wczesnym etapie. W praktyce embriologicznej często obserwuje się sytuacje, w których zarodek rozpoczyna podziały komórkowe, jednak po kilku etapach proces ten ulega zahamowaniu. Może to wynikać właśnie z obniżonej jakości oocytu.
- Na jakość komórek jajowych wpływa wiele czynników, w tym przede wszystkim wiek kobiety. Wraz z upływem lat zwiększa się ryzyko występowania nieprawidłowości genetycznych w oocytach, a także zmniejsza się liczba komórek jajowych zdolnych do prawidłowego zapłodnienia i dalszego rozwoju. Wraz z wiekiem kobiety rośnie również ryzyko błędów w podziale chromosomów w komórkach jajowych, spada ich potencjał energetyczny, co w konsekwencji przekłada się na potencjał rozwojowy zarodka – dodaje Marta Sikora-Polaczek, kierownik embriologów Klinik Bocian.
Wpływ jakości plemników na rozwój zarodka
Choć często mówi się o jakości komórek jajowych, ogromne znaczenie dla prawidłowego rozwoju zarodka ma również jakość plemników. Plemnik przekazuje połowę materiału genetycznego potrzebnego do powstania nowego organizmu, dlatego jego kondycja może w istotny sposób wpływać na dalszy przebieg rozwoju embrionalnego. Jeśli plemniki posiadają uszkodzenia materiału genetycznego lub inne nieprawidłowości, może to prowadzić do zaburzeń w rozwoju zarodka. W praktyce embriologicznej zdarza się, że zarodek początkowo dzieli się prawidłowo, jednak po kilku etapach podziałów proces ten ulega zatrzymaniu. Jedną z możliwych przyczyn takiej sytuacji może być właśnie obniżona jakość materiału genetycznego plemników.
Na jakość plemników wpływa wiele czynników związanych zarówno ze stanem zdrowia, jak i stylem życia. Do najczęściej wymienianych należą:
- styl życia,
- stres oksydacyjny,
- infekcje układu rozrodczego,
- palenie tytoniu,
- nadmierne spożycie alkoholu,
- ekspozycja na toksyny środowiskowe,
- przewlekły stres.
Czy zatrzymanie rozwoju zarodka oznacza brak szans na ciążę?
Zatrzymanie rozwoju zarodka jest zjawiskiem stosunkowo częstym i nie musi oznaczać trwałych problemów z płodnością. W wielu przypadkach stanowi naturalny mechanizm selekcji biologicznej – organizm eliminuje zarodki, które nie mają prawidłowego potencjału rozwojowego, najczęściej z powodu nieprawidłowości genetycznych. Warto podkreślić, że pojedyncze zatrzymanie rozwoju zarodka nie przekreśla szans na uzyskanie prawidłowej ciąży w przyszłości. U wielu par kolejne próby kończą się powodzeniem, zwłaszcza gdy przyczyna była jednorazowa i losowa. Współczesna embriologia i medycyna rozrodu oferują zaawansowane metody monitorowania rozwoju zarodków, takie jak np. ocena w systemie ciągłego podglądu – time-lapse , które pozwalają dokładnie śledzić ich rozwój i wybierać te o najwyższym potencjale implantacyjnym.
Każda sytuacja jest jednak indywidualna, dlatego w przypadku powtarzających się problemów warto skonsultować się ze specjalistą, który może zaproponować odpowiednią diagnostykę i dalsze postępowanie.
FAQ – Najczęściej zadawane pytania
Tak, jest to stosunkowo częste zjawisko. Wiele zarodków przestaje się rozwijać na bardzo wczesnym etapie, najczęściej z powodu nieprawidłowości genetycznych. Jest to naturalny mechanizm selekcji biologicznej.
Najczęściej zatrzymanie rozwoju obserwuje się około 3 doby rozwoju, czyli na etapie kilku komórek. Jest to moment po aktywacji genomu zarodka (EGA), który stanowi kluczowy etap dalszego rozwoju.
Nie zawsze. Pojedyncze zatrzymanie rozwoju zarodka jest częste i nie musi oznaczać trwałych problemów z płodnością. Dopiero powtarzające się sytuacje mogą wymagać pogłębionej diagnostyki.
Jakość komórki jajowej, zarówno genetyczna (liczba chromosomów) jak i cytoplazmatyczna (mitochondria, RNA, białka zgromadzone w oocycie) jest jednym z najważniejszych czynników wpływających na rozwój zarodka. Duże znaczenie mają również czynniki środowiskowe oraz jakość plemników.
Tak. Styl życia wpływa przede wszystkim na jakość komórek rozrodczych. Czynniki takie jak palenie tytoniu, stres, dieta czy ekspozycja na toksyny mogą pogarszać jakość plemników i komórek jajowych, co pośrednio wpływa na rozwój zarodka.
Współczesne laboratoria embriologiczne zapewniają bardzo stabilne warunki hodowli, jednak zarodek jest wrażliwy na zmiany środowiskowe. Dlatego parametry takie jak temperatura, pH czy jakość pożywek hodowlanych są ściśle kontrolowane.
Nie zawsze jest to możliwe, ponieważ wiele przyczyn ma charakter genetyczny. Można jednak zwiększyć szanse na prawidłowy rozwój poprzez dbanie o zdrowie, styl życia oraz odpowiednią diagnostykę i leczenie w przypadku problemów z płodnością.
Źródła:
Chromosomal Aneuploidies and Early Embryonic Developmental Arrest
Maria Maurer, Thomas Ebner, Manuela Puchner, Richard Bernhard Mayer , Omar Shebl, Peter Oppelt, Hans-Christoph Duba
Int J Fertil Steril. 2015 Oct 31;9(3):346–353. doi: 10.22074/ijfs.2015.4550
Paternal influence of sperm DNA integrity on early embryonic development
L Simon , K Murphy , M B Shamsi , L Liu , B Emery , K I Aston , J Hotaling , D T Carrell
Hum Reprod. 2014 Nov;29(11):2402-12. doi: 10.1093/humrep/deu228. Epub 2014 Sep 8.
The effects of chemical and physical factors on mammalian embryo culture and their importance for the practice of assisted human reproduction, Petra L. Wale , David K. Gardner
Human Reproduction Update, Volume 22, Issue 1, January/February 2016, Pages 2–22, https://doi.org/10.1093/humupd/dmv034
Published: 22 July 2015 Article history
Human pre-implantation embryo development, Kathy K. Niakan, Jinnuo Han, Roger A. Pedersen, Carlos Simon, Renee A. Reijo Pera
Development (2012) 139 (5): 829–841.
https://doi.org/10.1242/dev.060426
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3274351/
Autor
Artykuł przygotowany we współpracy z:
mgr Martą Sikorą-Polaczek,
kierownikiem zespołu embriologów Klinik Bocian
