Методы улучшения исходов программ вспомогательных репродуктивных технологий путем инновационных подходов к селекции мужских половых клеток

Эффективность применения вспомогательных репродуктивных технологий (ВРТ) зависит не только от множества гинекологических факторов, но и от качества генетического материала будущего отца. Одним из путей повышения эффективности ВРТ является отбор наиболее качественных сперматозоидов для последующего введения в ооцит.
Проведен систематический анализ данных о методах отбора сперматозоидов для применения в программах ВРТ: отбора сперматозоидов по дзета-потенциалу, рамановской спектроскопии в ЭКО, микро­флюидных технологий и других физических методов, которые используют для выделения сперматозоидов при выполнении процедуры ИКСИ у супружеских пар с мужским фактором бесплодия.
В обзор включены данные зарубежных статей, найденных в PubMed (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov), опубликованных за последние 10 лет.
Описано влияние различных современных методик отбора сперматозоидов на эффективность программ ВРТ. Чаще всего в клинической практике применяется центрифугирование в градиенте плотности, позволяющее отобрать фракцию подвижных и морфологически неизмененных сперматозоидов. Однако, продолжается поиск более эффективных методов отбора, исключающих грубое механическое воздействие на мужские половые клетки. Активно изучаются технологии, основанные на различных биофизических принципах, такие как сортировка магнитно-активированных клеток (MACS), отбор по мембранному дзета-потенциалу и рамановская спектроскопия. Существует также большая группа принципиально новых методов селекции мужских гамет, основанная на микрофлюидике.
Заключение: Перечисленные методы являются перспективными и имеют потенциальную нишу для применения в репродуктивной медицине, но первые доказательства клинической эффективности, к сожалению, существуют только для селекции по дзета-потенциалу, микрофлюидным планшетам и технологии MACS.

Вспомогательные репродуктивные технологии (ВРТ) стали революционным способом преодоления бесплодия, которые сделали возможным наступление беременности даже у пар, ранее считавшихся стерильными. По некоторым оценкам, к 2017 г. уже около 6 млн людей появились на свет благодаря ВРТ, а на сегодняшний день этот показатель достиг еще более высокого значения [1].

На протяжении долгого времени исследования, направленные на совершенствование методов ВРТ, преимущественно касались влияния именно на женский фактор. Сейчас, однако, все больше внимания уделяется тому, как качество сперматозоидов может повлиять на результативность ВРТ. Накапливаются данные о прогрессивных методах отбора сперматозоидов [2].

Сперматозоиды – сложные и уязвимые клетки, функция которых может нарушаться из-за сравнительно небольших морфологических, физиологических или биохимических изменений [3, 4]. Даже если бесплодие в паре связано не с мужским фактором как таковым, эти изменения способны оказать отрицательное влияние на результат ВРТ. Подготовка мужчины с целью оптимизации сперматогенеза и улучшения пула сперматозоидов является задачей уролога-андролога, но все последующие этапы находятся в зоне ответственности репродуктолога и клинического эмбриолога.

Принятие решения о выборе метода обработки мужского биологического материала и какого-либо специфического способа отбора сперматозоидов зависит от результатов ранее выполненной спермограммы и спермиологических тестов, а также от качества спермы, полученной непосредственно в день трансвагинальной пункции фолликулов. Методы селекции направлены на отбор сперматозоидов с высоким качеством ДНК и хорошим потенциалом фертилизации. Некоторые из них позволяют выделить субпопуляцию сперматозоидов с более благоприятными характеристиками, а некоторые – изолировать отдельные сперматозоиды для последующей интрацитоплазматической инъекции в ооцит (ИКСИ).

Центрифугирование в градиенте плотности

Центрифугирование в градиенте плотности разделяет сперматозоиды в коллоидной суспензии частиц диоксида кремния, стабилизированных гидрофильным силаном. Обычно градиент создается путем создания верхней и нижней фаз. Образец, содержащий сперматозоиды, помещается в качестве верхнего слоя. Градиент плотности может быть и непрерывным, с постепенным повышением плотности сверху вниз [5]. В основе метода лежит тот принцип, что нормальные сперматозоиды отличаются по плотности от измененных сперматозоидов и других клеток. Зрелые морфологически нор­мальные сперматозоиды имеют плотность более 1,1 г/мл, а незрелые и измененные сперматозоиды характеризуются плотностью в диапазоне 1,06–1,09 г/мл [6]. В результате центрифугирования в градиенте плотности можно получить субпопуляцию сперматозоидов с высокой подвижностью и нормальной морфологией. Лейкоциты, измененные сперматозоиды и продукты деградации клеток остаются в верхних слоях [7].

Фракция сперматозоидов, выделенная таким способом, характеризуется меньшей частотой анеуплоидии и диплоидии [8]. Центрифугирование позволяет выделить более подвижные сперматозоиды без усиления оксидативного стресса [9]. Тем не менее, чтобы минимизировать образование активных форм кислорода, рекомендуется использовать наименьшую продолжительность и силу центрифугирования (20 минут на 300g). Если образец остается слишком вязким даже после того, как прошло время разжижения эякулята, силу центрифугирования можно увеличить до 600g [10]. Реагенты должны находиться при комнатной температуре не более 1 часа, чтобы избежать смешивания двух фаз. Также рекомендуется не вносить в градиент слишком много биологического материала, так как это может приводить к агрегации сперматозоидов и нежелательных клеточных элементов при центрифугировании [11].

Микрофлюидные технологии

Микрофлюидика – это новая группа технологий, основанных на физических и химических особенностях поведения жидкости при объеме менее 1 микролитра в управляемых условиях. В репродуктивной медицине активно изучается возможность применения микрофлюидики для отбора сперматозоидов с имитацией процессов, которые происходят in vivo. Разработанные микрофлюидные устройства предназначены для научных целей и пока мало подходят для клинической практики [12–14]. Они могут отбирать сперматозоиды по их способности двигаться по химическому градиенту (хемотаксис), термическому градиенту (термотаксис) или их ответу на направление потока жидкости (реотаксис) [14–17]. Первые сообщения о потенциальном применении микрофлюидики для отбора прогрессивно подвижных сперматозоидов датируются 2003 г. Метод был основан на способности активно двигающихся сперматозоидов преодолевать микротечения в ламинарном потоке жидкости. Разработанное устройство позволило отделять подвижные сперматозоиды от других клеток [18, 19]. Современные прототипы способны даже разделять фракции сперматозоидов с разной скоростью передвижения [20]. Специальные наномеханические сенсоры могут фиксировать вибрацию, создаваемую хвостами сперматозоидов, и по ней определять их подвижность [...

Гамидова П.С., Смольникова В.Ю., Макарова Н.П., Лобанова Н.Н.