Ewolucja PGS

PGS to praktyka pobierania biopsji z ciała polarnego dojrzałego oocytów lub z komórek pobranych z rozwijających się zarodków i genetycznej analizy składu tych komórek. Wyniki tej analizy genetycznej kierują embriologa w wyborze zarodków do przeniesienia macicy. Ponieważ PGS można wykonać wyłącznie przy użyciu komórek uzyskanych podczas biopsji zarodka, technologia ta jest możliwa tylko w połączeniu z cyklem zapłodnienia in vitro (IVF). PGS to praktyka oceny zarodków pod kątem aneuploidii chromosomowej, obecności zbyt wielu lub zbyt niewielu chromosomów u chromosomalnie normalnych rodziców. W przeciwieństwie do tego, preimplantation genetics diagnosis (PGD) jest praktyką oceny zarodków pod kątem określonych nieprawidłowości genetycznych, takich jak sierpowata choroba komórkowa lub mukowiscydoza, gdzie status nosiciela został udokumentowany u każdego z rodziców.

niektóre populacje pacjentów, w tym pary z zaawansowanym wiekiem matki, nawracającym poronieniem, powtarzającą się niewydolnością implantacji i ciężkim czynnikiem męskim, mają predyspozycje do wytwarzania zarodków aneuploidalnych.3,6,7 wielu sugerowało, że te populacje pacjentów mogą być korzystne dla PGS.3,7 jednak wskazania do stosowania PGS w wielu ośrodkach stale się rozszerzają.3 Jak donosi Europejskie Towarzystwo reprodukcji i Embriologii człowieka (ESHRE), w ciągu ostatnich 10 lat 61% wszystkich cykli badań genetycznych przedimplantacyjnych wykonano dla PGS.8 niniejszy artykuł skupi się wyłącznie na zastosowaniach klinicznych związanych z PGS, a nie PGD.

PGS, w przeciwieństwie do PGD, był i nadal jest kontrowersyjną technologią. Ostatnie badania wskazują, że ponad 60% -90% wszystkich poronień w pierwszym trymestrze ciąży może być wynikiem aneuploidii chromosomalnej.3 ponieważ tak wiele wczesnych poronień wynika z aneuploidii, PGS wydaje się być rozsądną interwencją w celu poprawy skuteczności, z jaką euploidalne (chromosomalnie normalne) zarodki są wybierane do przeniesienia macicy w cyklach IVF. Klasyczne badania donoszą, że poronienia wywołane aneuploidią są nieproporcjonalnie skoncentrowane na wybranych chromosomach.9,10 dane te opierają się na analizie kariotypu nieudanych ciąż, które rozwinęły się na tyle daleko, że tkanki były dostępne do analizy genetycznej.9,10 w związku z tym, kliniki wykonujące PGS we wczesnych dniach technologii koncentrowały się na wykrywaniu aneuploidii tylko na wybranych chromosomach za pomocą fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ (FISH), która zazwyczaj ocenia pomiędzy 5-14 parami chromosomów, a nie wszystkimi 23 parami chromosomów.11,12 tradycyjnie biopsję PGS wykonywano wyłącznie po około 3 dniach rozwoju zarodka po zapłodnieniu.11,12 wstępne dane z wykorzystaniem PGS w kontekście biopsji na etapie rozszczepiania ryb wykazały obiecujące wyniki i wzbudziły wiele emocji dla tej nowej technologii.3,13-15 niestety wyniki tego podejścia nie doprowadziły do poprawy klinicznego wskaźnika ciąży i ten brak skuteczności został szeroko opisany po przełomowym artykule napisanym przez Mastenbroek w New England Journal of Medicine.16 następnie podobne dokumenty rzucały dalsze wątpliwości co do korzyści płynących z PGS, a Oświadczenia stanowisk głównych towarzystw medycznych formalnie zniechęcały do jego stosowania.17-19

dalsze badania wyjaśniły jednak kilka ograniczeń biologicznych, które mogłyby wyjaśnić wcześniejsze niedociągnięcia klinicznie stosowanych PGS. Praktyka biopsji ciała polarnego w celu określenia składu genetycznego zapłodnionego oocytu jest powszechnie stosowaną metodą wykonywania testów genetycznych przedimplantacyjnych.3,8,20 krytycznym składnikiem rozwoju oocytów jest podział mejotyczny, w którym haploidalny zestaw nieużywanego matczynego DNA jest marginalizowany do ciała polarnego.3,8 ocena genetyczna tego ciała polarnego była początkowo dość popularna, ponieważ proces ten uzyskał diagnozę bez zakłócania rozwijającego się zarodka i mógł być przeprowadzony przed zapłodnieniem.3 podejście to nie jest jednak w stanie wykryć ojcowskich błędów genetycznych lub jakichkolwiek błędów wprowadzonych po zapłodnieniu lub w trakcie zapłodnienia. Z powodu tych ograniczeń biopsja ciała polarnego jest obecnie wykonywana głównie w krajach, w których surowe przepisy ograniczają praktykę biopsji zarodka.3,21

jednak PGS przy użyciu biopsji komórek z rozwijających się zarodków również stanowi wyzwanie. Badania wielokrotnie dokumentowały, że zarodki w 3 dniu rozwoju mają wysoki poziom mozaiki.Mozaicyzm jest stanem, w którym pojedynczy rozwijający się embrion składa się z więcej niż jednej odrębnej linii komórek genetycznych. Innymi słowy, zarodki mozaikowe mogą mieć linie komórkowe euploidalne (normalne) i aneuploidalne (nieprawidłowe) W obrębie pojedynczego zarodka. Badania oceniające to zjawisko wykazały, że większość wszystkich zarodków może być mozaiką w 3.dniu rozwoju.22-24 w związku z tym biopsja wykonana w 3. dniu rozwoju może dać wynik, który nie jest reprezentatywny dla całego zarodka.3 wykazano, że Mozaicyzm istnieje również w dniu 5 rozwoju zarodka.25 jednak Najnowsze dane sugerują, że mozaicyzm może być znacznie zredukowany do piątego dnia rozwoju.3,26

kolejnym ograniczeniem tradycyjnie wykonywanych PGS było zastosowanie ryb do oznaczania nieprawidłowości chromosomalnych. Ryby zwykle oceniają 5-14, a nie wszystkie 23 pary chromosomów.Ostatnie badania wykazały, że aneuploidia zarodkowa występuje w klinicznie istotnych ilościach we wszystkich 23 parach chromosomów.28 dlatego FISH nie jest w stanie zdiagnozować wielu nieprawidłowości chromosomalnych powszechnie występujących w rozwijających się embrionach.

realizacja tych dwóch głównych ograniczeń skłoniła wiele laboratoriów genetycznych do zaoferowania PGS przy użyciu technologii oceny stanu chromosomów wszystkich 23 par chromosomów za pomocą biopsji embrionalnej wykonanej na etapie blastocysty, Zwykle osiąganej w dniu 5 lub 6 rozwoju. Kliniczne wskaźniki ciąży wykorzystujące to podejście zostały zgłoszone jako znacznie lepsze od tradycyjnego podejścia do wykonywania PGS.29,30 na przykład w niedawnym badaniu oceniającym ponad 4500 zarodków przy użyciu oznaczeń par chromosomów 23 stwierdzono, że wskaźniki kliniczne ciąży u kobiet cierpiących na nawracającą utratę ciąży (ang. recurrent pregnancy loss, RPL) uległy znaczącej poprawie w porównaniu z podobnymi badaniami przy użyciu Fish PGS.Ponadto, częstość ciąży Uległa dalszej poprawie, gdy ocenę PGS chromosomu 23 przeprowadzono na zarodkach w stadium blastocysty (dzień 5/6 rozwoju) w porównaniu do biopsji zarodków w dniu 3 rozwoju. 29,31,32 podobne wyniki odnotowano konsekwentnie w wielu klinikach w Stanach Zjednoczonych i na całym świecie.31,32 spowodowało to ponowne zainteresowanie PGS, chociaż nadal pozostaje do ustalenia, czy PGS jest skuteczną technologią i które populacje pacjentów są najlepiej obsługiwane przez PGS.

ocena wszystkich 23 chromosomów w kontekście PGS posiada wrodzone zawiłości, które potencjalnie mogą zagrozić integralności danych, jeśli nie zostaną prawidłowo przeprowadzone. Istnieje wiele metod, które są wykorzystywane do przeprowadzenia oceny par chromosomów 23. Dwa modalności, które są najczęściej używane dzisiaj wykorzystują technologię mikromacierzy, albo przy użyciu polimorfizmu pojedynczego nukleotydu (SNP) lub porównawczej hybrydyzacji genomowej (CGH) technologia.3 obie te technologie polegają na uzyskaniu embrionalnego DNA, fragmentacji, a następnie amplifikacji tego DNA i ocenie tego amplifikowanego produktu za pomocą mikromacierzy. Ten proces amplifikacji jest potencjalnym źródłem błędu, ponieważ brak amplifikacji całego produktu embrionalnego DNA może spowodować fałszywy wynik. Dodatkowo, ponieważ produkt DNA jest początkowo amplifikowany jest pobierany tylko z 1 do kilku komórek, każde zewnętrzne skażenie DNA może spowodować fałszywy wynik.

tablice SNP bezpośrednio oceniają status ploidy za pomocą gęstej tablicy około 300 000 markerów genetycznych.3 tablice CGH natomiast oceniają znacznie mniej markerów genetycznych i porównują ten wynik ze znaną normalną próbką DNA.3 każda z tych platform mikromacierzy ma zalety i wady. Rzekomą zaletą tablic SNP jest ich zdolność do wykrywania stosunkowo małych duplikacji genetycznych lub delecji, chociaż wartość tych informacji jest obecnie ogólnie niejasna. Zaletą tablic CGH jest to, że mogą być wykonywane w ciągu 12-16 godzin w przeciwieństwie do kilku dni dla większości tablic SNP.