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自首例试管婴儿诞生以来,体外受精-胚胎移植(in vitro fertilization andembryo transfer,IVF-ET)技术得到了广泛的应用,妊娠率也有了很大提高,然而胚胎种植率却仍徘徊在10%~30%左右。影响胚胎种植的因素是多方面的,而胚胎的质量是影响胚胎种植最重要的因素之一。目前,对胚胎质量的评估主要是通过形态学方法,这种方法虽能在一定程度上反映胚胎的发育潜能,但仍缺乏足够的准确性并有一定的主观性。为弥补其不足,临床工作中常需行多个胚胎移植,后者引起IVF-ET中多胎妊娠率明显高于自然妊娠,众所周知,多胎妊娠可致产科并发症增加、患者的经济负担加重。因此,探讨一种客观、无创的胚胎活力评估方法,提高胚胎活力评估的准确性,对于提高IVF-ET妊娠率、降低多胎妊娠率及减轻患者经济负担等具有相当重要的意义。
随着胚胎培养体系的发展,学者们开始研究胚胎代谢与胚胎发育潜能之间的关系。一些研究提示,培养液中诸如葡萄糖、丙酮酸等代谢物的浓度与胚胎活力有关。然而,由于检测费用昂贵、技术复杂及耗时长等原因,这些技术未能得到临床应用。21世纪初,有研究发现胚胎的氨基酸代谢水平与其发育潜能有关,并且氨基酸检测技术相对简单、快捷,测定胚胎氨基酸代谢水平可能成为评价胚胎活力的辅助方法。近年来,光谱技术由于快速、无创等优点已广泛应用于医学领域,其中拉曼光谱因其受水信号影响小的特点更适用于液体样品的分析。有研究发现胚胎培养液的拉曼光谱特征与胚胎的种植结局相关,然而,目前相关的研究主要侧重于对卵裂早期胚胎的评估,受精后第3-5天随着胚胎基因组的激活,胚胎改造环境的能力增强,检测此期胚胎的代谢水平可能更能反映胚胎的发育潜能,有可能提高评估的准确性。此外,在不同的培养条件下,胚胎的代谢情况亦可能存在差异。
本研究使用高效液相色谱技术检测人类体外受精的胚胎培养后培养液的氨基酸浓度,同时采用拉曼光谱技术检测培养液的拉曼光谱特征,分析胚胎受精后第5天培养液中氨基酸的浓度、胚胎受精后第3天和第5天培养液的拉曼光谱特征与IVF-ET结局的关系,间接评估胚胎代谢与胚胎活力的关系,以期为探讨客观、无创的胚胎活力评估方法提供新的证据。
材料与方法:
1.研究对象
收集2009年4月至2009年11月于中山大学附属第二医院行IVF助孕的不孕夫妇,在患者知情同意的前提下,以其体外培养的胚胎及培养液为研究对象,共纳入受精后第3天(D3)行胚胎移植的50例患者的99个胚胎和受精后第5天(D5)行胚胎移植的30例患者的60个胚胎。
2.标本收集及保存
胚胎移出后,D3移植的胚胎收集其卵裂液,D5移植的胚胎分别收集其卵裂液和囊胚培养液,-80℃冰箱保存,待测。@23.标本检测
检测日,标本于25℃解冻后,卵裂液行拉曼光谱分析,囊胚培养液取10μl行高效液相色谱测定20种游离氨基酸的浓度,余下行拉曼光谱分析。
结果:
1.患者基本情况分析
妊娠组与未妊娠组比较,女方年龄、基础FSH、体重指数、周期数等均无显著性差异(P均>0.05)。
2.囊胚培养液氨基酸浓度分析
(1)D5胚胎移植,妊娠患者与未妊娠患者的囊胚培养液中谷氨酸、谷氨酰胺、丙氨酸的浓度均较空白对照培养液明显升高,而丙氨酰-谷氨酰胺的浓度则均较空白对照培养液明显下降,差异有统计学意义(P均<0.05)
(2)D5胚胎移植,妊娠组胚胎的囊胚培养液中谷氨酰胺和丙氨酸的浓度均明显低于未妊娠组(谷氨酰胺浓度的中位数分别为60.8和84.7μmol/L,丙氨酸浓度的中位数分别为61.9和92.3μmol/L),差异均有统计学意义(P分别为0.029和0.023)。
(3)单因素logistic回归分析显示,囊胚培养液中谷氨酰胺、丙氨酸的浓度、D5胚胎分级与妊娠呈负相关(相对危险度[OR]分别为0.99、0.99和0.45,P分别为0.032、0.025和0.027);色氨酸的浓度与妊娠呈正相关(OR=1.19,P=0.044)。多因素回归分析在校正D3细胞数、D3胚胎分级和D5胚胎分级的影响后,谷氨酰胺和丙氨酸的浓度仍然与妊娠呈负相关(OR分别为0.99和0.98,P分别为0.024和0.019)。
3.胚胎培养液拉曼光谱分析
(1)D3胚胎移植,妊娠组卵裂液拉曼光谱在拉曼位移2828.94-2823.85cm-1、2814.91-2804.69cm-1、2712.07-2706.89cm-1等19处的信号较未妊娠组明显增强,而在3037.51-3030.07cm-1、3016.42-2966.56cm-1、2961.55-2933.97cm-1等27处的信号则较未妊娠组明显减弱(P均<0.05)。ROC曲线分析,D3胚胎分级预测种植的灵敏度为52.1%,特异度为87.5%,曲线下面积为0.713;结合拉曼光谱特征和D3胚胎分级预测种植的灵敏度为87.5%,特异度为64.6%,曲线下面积为0.834。
(2)D5胚胎移植,妊娠组卵裂液拉曼光谱在拉曼位移3023.59-3008.68cm-1、2645.46-2628.47 cm-1、2602.24-2587.78 cm-1等14处的信号较未妊娠组明显增强,而在2864.26-2842.66cm-1、2694.93-2691.04cm-1等19处的信号较未妊娠组明显减弱,差异有统计学意义(P均<0.05)。
(3)D5胚胎移植,妊娠组囊胚培养液中拉曼信号明显强于未妊娠组的位移段有1166.25-1177.24cm-1、1351.27-1363.56cm-1、1414.07-1424.75cm-1、1625.01-1627.98cm-1、1839.32-1843.66cm-1、2711.71-2719.47cm-1,信号明显弱于未妊娠组的位移区段有981.89-985.11cm-1、2266.53-2254.17cm-1(P均<0.05)。
结论:
1.囊胚培养液中部分氨基酸的浓度与体外受精-胚胎移植后能否妊娠有关,提示囊胚培养液中部分氨基酸的浓度可能与胚胎活力有关。
2.卵裂液和囊胚培养液的拉曼光谱特征明显不同,妊娠组和未妊娠组胚胎培养液的拉曼波谱也有差异,分析胚胎培养液中部分基团的拉曼信号强度可能有助于提高胚胎活力评估的准确性。