L’evoluzione di PGS

PGS è la pratica di prendere una biopsia dal corpo polare di un ovocita maturo o da cellule prelevate da embrioni in via di sviluppo e analizzare geneticamente la composizione di queste cellule. I risultati di questa analisi genetica dirigono l’embriologo nella scelta degli embrioni per il trasferimento uterino. Poiché la PGS può essere eseguita solo utilizzando cellule ottenute alla biopsia embrionale, questa tecnologia è possibile solo in combinazione con un ciclo di fecondazione in vitro (IVF). La PGS è la pratica di valutare gli embrioni per l’aneuploidia cromosomica, la presenza di troppi o troppo pochi cromosomi, in genitori cromosomicamente normali. Al contrario, la diagnosi genetica preimpianto (PGD) è la pratica di valutare gli embrioni per specifiche anomalie genetiche, come l’anemia falciforme o la fibrosi cistica, dove lo stato del vettore è stato documentato in ciascuno dei genitori.

Si ritiene che alcune popolazioni di pazienti, incluse coppie con età materna avanzata, aborto spontaneo ricorrente, fallimento ripetuto dell’impianto e grave fattore maschile, abbiano una predisposizione alla produzione di embrioni aneuploidi.3,6,7 Molti hanno suggerito che queste popolazioni di pazienti possono essere beneficio da PGS.3,7 Tuttavia, le indicazioni per l’utilizzo di PGS in molti centri sono in continua espansione.3 Come riportato dalla Società Europea di riproduzione umana ed embriologia (ESHRE), negli ultimi 10 anni, il 61% di tutti i cicli di test genetici preimpianto è stato eseguito per PGS.8 Questo documento si concentrerà esclusivamente sulle applicazioni cliniche associate alla PGS piuttosto che alla PGD.

PGS, a differenza della PGD, è stata e continua ad essere una tecnologia controversa. Studi recenti indicano che più di 60%-90% di tutti gli aborti del primo trimestre possono essere il risultato di aneuploidia cromosomica.3 Poiché così tanti aborti precoci sono dovuti all’aneuploidia, la PGS sembra essere un intervento ragionevole per migliorare l’efficienza con cui gli embrioni euploidi (cromosomicamente normali) vengono selezionati per il trasferimento uterino nei cicli di FIV. Studi classici hanno riferito che gli aborti causati dall’aneuploidia sono concentrati in modo sproporzionato su cromosomi selezionati.9,10 Questi dati si basano sull’analisi del cariotipo di gravidanze fallite che si sono sviluppate abbastanza lontano da avere tessuto disponibile per l’analisi genetica.9,10 Di conseguenza, le cliniche che eseguono PGS nei primi giorni della tecnologia si sono concentrate sul rilevamento dell’aneuploidia solo su cromosomi selezionati utilizzando l’ibridazione in situ a fluorescenza (FISH), che in genere valuta tra 5-14 coppie cromosomiche piuttosto che tutte le coppie cromosomiche 23.11,12 Tradizionalmente, la biopsia PGS è stata eseguita esclusivamente a circa 3 giorni di sviluppo embrionale dopo la fecondazione.11,12 I dati iniziali utilizzando PGS nel contesto della biopsia in fase di scissione con PESCE hanno mostrato risultati promettenti e generato molta eccitazione per questa nuova tecnologia.3,13-15 Sfortunatamente i risultati di questo approccio non sono riusciti a portare a miglioramenti nei tassi di gravidanza clinica e questa mancanza di efficacia è stata ampiamente referenziata a seguito di un documento storico di Mastenbroek nel New England Journal of Medicine.16 Successivamente, documenti simili gettano ulteriori dubbi sui benefici della PGS e le dichiarazioni di posizione delle principali società mediche ne scoraggiano formalmente l’uso.17-19

Ulteriori ricerche, tuttavia, hanno chiarito diverse limitazioni biologiche che potrebbero spiegare le precedenti carenze della PGS applicata clinicamente. La pratica della biopsia del corpo polare per determinare la composizione genetica di un ovocita fecondato è una modalità comunemente utilizzata per eseguire test genetici preimpianto.3,8,20 Una componente critica dello sviluppo degli ovociti è la divisione meiotica in cui un insieme aploide di DNA materno inutilizzato viene emarginato in quello che viene definito un corpo polare.3,8 La valutazione genetica di questo corpo polare era inizialmente molto popolare, poiché questo processo otteneva una diagnosi senza disturbare l’embrione in via di sviluppo e poteva essere eseguito prima della fecondazione.3 Tuttavia, questo approccio non è in grado di rilevare errori genetici di origine paterna o eventuali errori introdotti dopo o durante la fecondazione. A causa di queste limitazioni, la biopsia del corpo polare viene ora eseguita principalmente nei paesi in cui una legislazione rigorosa limita la pratica della biopsia embrionale.3,21

Tuttavia, la PGS che utilizza cellule biopsiate provenienti da embrioni in via di sviluppo presenta anche delle sfide. Gli studi hanno ripetutamente documentato che gli embrioni al giorno 3 di sviluppo hanno alti livelli di mosaicismo.22,23 Il mosaicismo è una condizione in cui un singolo embrione in via di sviluppo è composto da più di una linea cellulare genetica distinta. In altre parole, gli embrioni di mosaico possono avere linee cellulari euploidi (normali) e aneuploidi (anormali) all’interno di un singolo embrione. Gli studi che valutano questo fenomeno hanno concluso che la maggior parte di tutti gli embrioni può essere mosaico al giorno 3 dello sviluppo.22-24 Di conseguenza, una biopsia eseguita al giorno 3 di sviluppo può produrre un risultato non rappresentativo dell’intero embrione.3 Il mosaicismo ha dimostrato di esistere anche al giorno 5 dello sviluppo embrionale.25 Tuttavia, dati recenti suggeriscono che il mosaicismo potrebbe essere molto ridotto dal giorno 5 dello sviluppo.3,26

Un’altra limitazione del PGS tradizionalmente eseguito era l’uso del PESCE per la determinazione delle anomalie cromosomiche. FISH valuta tipicamente tra 5-14 piuttosto che tutte le 23 coppie cromosomiche.27 Recenti studi hanno indicato che l’aneuploidia embrionale si verifica in quantità clinicamente significative in tutte le 23 coppie cromosomiche.28 Pertanto, FISH non è in grado di diagnosticare molte delle anomalie cromosomiche comunemente riscontrate negli embrioni in via di sviluppo.

La realizzazione di queste due principali limitazioni ha portato molti laboratori genetici ad offrire PGS utilizzando tecnologie che valutano lo stato cromosomico di tutte le 23 coppie cromosomiche utilizzando una biopsia embrionale eseguita allo stadio di blastocisti, tipicamente raggiunta entro il giorno 5 o 6 dello sviluppo. I tassi clinici di gravidanza che utilizzano questo approccio sono stati segnalati per essere marcatamente superiori all’approccio tradizionale di eseguire PGS.29,30 Ad esempio, un recente studio che ha valutato più di 4.500 embrioni utilizzando 23 determinazioni di coppie cromosomiche ha rilevato che i tassi di gravidanza clinica nelle donne che soffrono di perdita di gravidanza ricorrente (RPL) sono significativamente migliorati rispetto a studi simili utilizzando PGS di PESCE.29 Inoltre, i tassi di gravidanza sono stati ulteriormente migliorati quando la valutazione cromosomica 23 PGS è stata eseguita su embrioni allo stadio di blastocisti (giorno 5/6 di sviluppo) rispetto a quando la biopsia è stata eseguita su embrioni al giorno 3 di sviluppo. 29,31,32 Risultati simili sono stati riportati costantemente da molte cliniche negli Stati Uniti e in tutto il mondo.31,32 Ciò ha generato un rinnovato interesse per la PGS, anche se resta ancora da determinare se la PGS sia una tecnologia efficace e quali popolazioni di pazienti siano meglio servite dalla PGS.

La valutazione di tutti i 23 cromosomi nel contesto del PGS possiede complessità intrinseche che potenzialmente possono compromettere l’integrità dei dati se non eseguite correttamente. Esistono diversi approcci che vengono utilizzati per eseguire la valutazione della coppia di cromosomi 23. Le due modalità più comunemente utilizzate oggi utilizzano la tecnologia microarray, utilizzando la tecnologia di polimorfismo a singolo nucleotide (SNP) o di ibridazione genomica comparativa (CGH).3 Entrambe queste tecnologie si basano sull’ottenimento di DNA embrionale, sulla frammentazione e quindi sull’amplificazione di questo DNA e sulla valutazione di questo prodotto amplificato utilizzando microarray. Questo processo di amplificazione è una potenziale fonte di errore, poiché la mancata amplificazione dell’intero prodotto del DNA embrionale potrebbe produrre un risultato falso. Inoltre, poiché il prodotto di DNA inizialmente amplificato viene prelevato da solo 1 a diverse cellule, qualsiasi contaminazione esterna del DNA può produrre un risultato spurio.

Gli array SNP valutano direttamente lo stato di ploidy utilizzando un array denso di circa 300.000 marcatori genetici.Gli array CGH 3, al contrario, valutano molti meno marcatori genetici e confrontano questo risultato con un campione di DNA normale noto.3 Ciascuna di queste piattaforme microarray presentano vantaggi e svantaggi. Un presunto vantaggio degli array SNP è la loro capacità di rilevare duplicazioni o eliminazioni genetiche relativamente piccole, sebbene il valore di queste informazioni sia, al momento attuale, generalmente poco chiaro. Un vantaggio degli array CGH è che possono essere eseguiti in 12-16 ore rispetto a diversi giorni per la maggior parte degli array SNP.