NGUYÊN TẮC VÀ KỸ THUẬT TRỮ LẠNH PHÔI NGƯỜI GIỚI THIỆU Hiện nay, kỹ thuật điều trị vô sinh bằng thụ tinh trong ống nghiệm gắn liền với kích thích buồng trứng nhằm thu được nhiều trứng, tạo được nhiều phôi qua đó có được một số phôi tốt để chuyển trở lại vào tử cung của người mẹ. Kích thích buồng trứng sẽ có khả năng thừa phôi, nhưng nếu không kích thích buồng trứng thì tỷ lệ điều trị thành công sẽ thấp do ít phôi tốt. Mặt khác, nếu chuyển nhiều phôi sẽ tăng tỷ lệ đa thai, nhưng nếu đơn thuần hủy phôi thừa là điều đáng tiếc, thậm chí bị cấm ở một số quốc gia. Trước những mâu thuẫn đó trữ phôi để chuyển sau này có thể xem là câu trả lời thích hợp nhất. Phôi động vật đầu tiên được trữ thành công là phôi chuột vào năm 1972 (20) . Tiếp sau đó, kỹ thụật trữ phôi được phát triển và áp dụng cho trữ phôi gia súc. Mãi đến năm 1983 phôi người đầu tiên mới được trữ thành công (13) . Trong một thời gian ngắn kỹ thuật trữ phôi được nghiên cứu phát triển, các quy trình trữ được đơn giản và tối ưu hóa. Kể từ đó, kỹ thuật trữ phôi trở thành một bộ phận không thể thiếu của kỹ thuật điều trị vô sinh bằng thụ tinh trong ống nghiệm. Xét về tính chất, so với trữ phôi thì trữ trứng giúp hạn chế được những rắc rối pháp lý về quyền sở hữu phôi cũng như giúp cho việc cho trứng đơn giản và an toàn hơn. Tuy nhiên xét về kỹ thuật, mặc dù trữ trứng động vật (18) cũng như trứng người (3) đã được thực hiện thành công, hiệu quả của kỹ thuật này vẫn còn rất thấp (3,16) .Vào thời điểm hiện nay chỉ có kỹ thuật trữ phôi là khả thi để áp dụng trên lâm sàng. Tại Việt Nam, kỹ thuật thụ tinh trong ống nghiệm trong những năm qua đã đạt được thành công ổn định và đang đi vào giai đoạn phát triển. Kỹ thuật trữ phôi nếu được áp dụng thành công sẽ càng làm tăng thêm hiệu quả của điều trị, giảm chi phí cho bệnh nhân và hạn chế tỷ lệ đa thai. Trong tương lai không xa, khi thụ tinh trong ống nghiệm được triển khai rộng rãi trên cả nước thì càng có nhiều bệnh nhân có nhu cầu và được hưởng lợi từ trữ phôi. Nói cách khác, trữ phôi sẽ trở thành loại dịch vụ mà một trung tâm thụ tinh trong ống nghiệm hoàn chỉnh cần phải có. NGUYÊN TẮC CỦA TRỮ LẠNH Để trữ tế bào sống trong một thời gian dài thì tất cả hoạt động chức năng bên trong tế bào phải ngừng lại. Ở nhiệt độ của nitơ lỏng (-196 o C) hầu hết mọi phản ứng hóa học đều không xảy ra được. Các phân tử nước tồn tại dưới dạng kết hợp, tinh thể hoặc dạng kính. Thời gian như ngừng trôi đối với tế bào được trữ. Yếu tố duy nhất có thể ảnh hưởng đến tế bào trữ là bức xạ từ môi trường. Tuy nhiên trong thực tế yếu tố này không quan trọng và một nghiên cứu cho thấy tế bào phôi chuột trữ lạnh sau khi được chiếu một lượng tia xạ tương đương với thời gian trữ là 2000 năm vẫn có thể phát triển bình thường sau khi rã đông, và chuột con sinh ra không có dị tật bẩm sinh nào (4) . Giai đoạn chính ảnh hưởng đến thành công của trữ lạnh chính là giai đoạn làm lạnh và rã đông. Những thay đổi bên trong tế bào khi làm lạnh Để đạt được nhiệt độ trữ, tế bào sống phải được làm lạnh từ nhiệt độ sống (thân nhiệt đối với tế bào động vật) xuống đến -196 o C. Quá trình này gây ra một số thay đổi trong môi trường và cả trong tế bào có khả năng ảnh hưởng đến cấu trúc và chức năng của tế bào được trữ: Giảm tốc độ hoạt động của enzyme. Nghiên cứu cho thấy khi nhiệt độ giảm từ 37 o C xuống còn 7 o C, hoạt động của enzyme giảm 8 lần. Tuy nhiên ảnh hưởng của giảm hoạt động enzyme lên tế bào vẫn chưa được làm sáng tỏ. Giảm độ hòa tan của các khí trong môi trường. Bên cạnh các khí hòa tan theo nồng độ, môi trường nuôi cấy tế bào thường dùng CO 2 làm hệ đệm để cân bằng độ pH trong môi trường. Khi làm lạnh, các khí này không còn ở dạng hòa tan nữa mà tách ra thành những bọt khí có khả năng làm tổn hại đến tế bào (1) . Hình thành tinh thể nước đa Nước trong môi trường khi lạnh dưới 0 o C khoảng 10-15 o C sẽ dần kết tinh thành những tinh thể nước tinh khiết. Hiện tượng này xảy ra do môi trường có pha chất hòa tan cũng như chất bảo quản lạnh có nhiệt độ đông đá thấp hơn bình thường. Những tinh thể nước hình thành bên trong cũng như sát bên ngoài tế bào có khả năng gây tổn thương cơ học lên màng tế bào và các bào quan (1) . Tăng nồng độ chất hòa tan trong môi trường Đây là hậu quả của sự hình thành tinh thể nước đá. Khi nước chuyển sang dạng tinh thể tinh khiết, lượng nước ở thể lỏng giảm đi. Do đó, nồng độ các chất hòa tan tăng lên gây mất cân bằng về áp lực thẩm thấu, kéo nước từ bên trong tế bào ra ngoài và làm tổn thương màng lipoprotein của tế bào (7) . Tăng nhiệt độ tiềm ẩn Đây cũng là một hậu quả của sự hình thành tinh thể nước đá. Phân tử nước khi chuyển từ thể lỏng sang thể rắn sẽ thoát ra một nhiệt lượng. Nếu nhiều phân tử cùng chuyển sang thể rắn thì lượng nhiệt thoát ra đủ lớn để làm thay đổi nhiệt độ của môi trường đang từ vài độ âm lên lại 0 o C. Thay đổi này ảnh hưởng đến chức năng của tế bào sau khi rã đông (19) . Biện pháp hạn chế tác động của làm lạnh Để giải quyết những tác động gây nên trong quá trình làm lạnh nêu trên, ba biện pháp kỹ thuật chính được sử dụng: Kiểm soát tốc độ làm lạnh Tốc độ làm lạnh càng nhanh thì tinh thể tạo ra bên trong tế bào càng nhiều. Tùy theo thể tích và diện tích màng bào tương mà mỗi loại tế bào có tốc độ làm lạnh để trữ tối ưu khác nhau. Với tế bào trứng và phôi người, tốc độ tối ưu theo nghiên cứu là 0,3 o C/phút. Tốc độ này cho phép sự trao đổi nước qua màng có thể diễn ra trước khi hoàn toàn chuyển thành thể rắn. Sử dụng chất bảo quản lạnh. Nếu làm lạnh càng chậm thì giảm được sự hình thành tinh thể bên trong tế bào, giảm tổn thương bào quan. Tuy nhiên thời gian tế bào tiếp xúc với môi trường có nồng độ chất hòa tan cao càng lâu thì tế bào càng bị tổn thương màng bào tương. Để giải quyết mâu thuẫn này, chất bảo quản lạnh được đưa vào sử dụng (11) . Đây là những chất tan trong nước, có khả năng tạo liên kết hydro với phân tử nước và có khả năng xâm nhập vào bên trong tế bào. Với những tính chất này, chất bảo quản xâm nhập và thay chỗ cho nước bên trong tế bào, giúp làm giảm hình thành tinh thể nước đá bên trong tế bào và giảm tổn thương gây nên do tinh thể nước đá. Do không tạo thành tinh thể, chất bảo quản lạnh hạn chế sự gia tăng nồng độ của chất hòa tan. Nó còn kết lên màng bào tương để bảo vệ cho tế bào. Tuy nhiên, những ghi nhận về hiệu quả của từng loại chất bảo quản khác nhau lên từng loại tế bào khác nhau (ví dụ như phôi ở những giai đoạn khác nhau) chỉ dựa trên quan sát thực tế, cơ chế chưa được chứng minh. Bốn loại chất bảo quản lạnh hiện đang được sử dụng trong trữ phôi là Glycerol, Dimethyl sulfoxide, 1,2-propanediol (hay propylen glycol) và 1,2-ethanediol (hay ethylene glycol). Đây là những chất bảo quản lạnh nội bào vì có khả năng xâm nhập tế bào. Một số đại phân tử tuy không xâm nhập tế bào nhưng cũng được xem như những chất bảo quản lạnh, được dùng kèm với những chất bảo quản lạnh nội bào. Các chất này (thường là mono-, di- hoặc tri-saccharide) có tác dụng làm giảm áp lực thẩm thấu bên ngoài tế bào, đồng thời giúp giảm lượng nước bên trong tế bào để giảm tổn thương do hình thành tinh thể nước đá. Khởi phát sự tạo thành tinh thể nước đá. Biện pháp này nhằm hạn chế sự tăng nhiệt độ tiềm ẩn do các tinh thể nước được tạo điều kiện để hình thành dần dần. Ở khoảng -7 o C, môi trường được cho tiếp xúc một vật có nhiệt độ rất lạnh. Tinh thể nước đá hình thành từ điểm tiếp xúc sẽ kích thích hình thành các tinh thể khác dần dần lan tỏa khắp môi trường. Kỹ thuật này được gọi là tạo mầm tinh thể, giúp hạn chế hiện tượng tăng nhiệt độ tiềm ẩn qua đó tránh được tác động của tăng nhiệt độ tiềm ẩn (19) . Ảnh hưởng của bảo quản và rã đông Như đã trình bày trong phần trước, tế bào có thể được bảo quản ở tình trạng đông lạnh trong nhiều năm. Quá trình rã đông đưa tế bào từ nhiệt độ bảo quản là -196 o C trở lại nhiệt độ sống ban đầu của tế bào. Qui trình rã đông có liên hệ chặt chẽ với qui trình làm lạnh, hay cụ thể hơn là phụ thuộc vào lượng tinh thể nước đá còn lại bên trong tế bào. Hiện tượng tái kết tinh hóa xảy ra trên những tinh thể này khi rã đông có khả năng tạo nên những tinh thể lớn làm tổn thương tế bào. Do vậy tốc độ rã đông phải đủ nhanh để hạn chế hiện tượng tái kết tinh hóa xãy ra. Mặc khác, tốc độ rã đông lại không được quá nhanh để nước có thể kịp trở lại vào bên trong tế bào. Với việc sử dụng chất bảo quản lạnh, phác đồ làm lạnh và rã đông đối với phôi đã được đơn giản hóa, thời gian thực hiện cũng được rút ngắn. Ứng với tốc độ làm lạnh 0,3 o C/phút thì tốc độ rã đông có thể đạt tới 300 o C/phút. Cuối cùng phôi được rửa sạch các chất bảo quản lạnh để tiếp tục nuôi cấy trong môi trường. Làm lạnh cực nhanh (Vitrification) Đây là kỹ thuật mới ứng dụng hiện tượng đông đặc của nước khi giảm nhiệt độ thật nhanh. Khi này nước không chuyển thành nước đá (ice) thông qua thành lập tinh thể nước đá (crystallization) mà chuyển thành dạng kính (glass). Ở dạng kính, phân tử nước cũng như các chất hòa tan khác được giữ nguyên vị trí. Kỹ thuật này có ưu điểm là giúp tế bào trữ lạnh tránh được những tổn thương do hiện tượng hình thành tinh thể nước đá gây ra (12) . Tuy nhiên chất bảo quản với được dùng trong kỹ thuật này có nồng độ rất cao, có khả năng gây nên những tổn thương về cấu trúc di truyền cho tế bào. Có lẽ đây là lý do tại sao phôi sau trữ có cấu trúc và phát triển rất tốt khi nuôi trong ống nghiệm nhưng tỷ lệ thụ thai sau chuyển phôi vẫn còn rất thấp. Người ta cho rằng thành công của phương pháp phụ thuộc vào loại và cách dùng chất bảo quản lạnh, cũng như thời gian tiếp xúc với chất bảo quản lạnh trước khi chuyển thành dạng kính. Qui trình rã đông cũng phải thực hiện thật nhanh để hạn chế hiện tượng chuyển dạng từ kính sang nước đá. Hiện tại tuy chưa thể áp dụng kỹ thuật này vào thực tế nhưng tiềm năng của nó rất lớn vì tính đơn giản và những ưu điểm so với kỹ thuật làm lạnh chậm đang được sử dụng (14) . CÁC KỸ THUẬT TRỮ LẠNH PHÔI Dựa vào những nguyên tắc trình bày trong phần trên, những phác đồ trữ phôi được đưa ra và hoàn chỉnh dần. Hai phác đồ được sử dụng rộng rãi hiện nay áp dụng cho phôi giai đoạn sớm (trước phôi nang) và cho giai đoạn muộn (phôi nang). Trữ phôi giai đoạn sớm Chất bảo quản lạnh được sử dụng hiện nay cho giai đoạn này là 1,2 propanediol (PROH). Mặc dù dimethyl sulfoxide (DMSO) là loại chất bảo quản lạnh được sử dụng thành công đầu tiên ở người nhưng phác đồ dùng DMSO thường đòi hỏi nhiều thời gian để làm lạnh cũng như rã đông nên ít được dùng hơn. Với PROH, kết quả đạt được tốt nhất khi dùng kèm với sucrose để làm chất bảo quản bên ngoài tế bào (9) . Môi trường dùng trong quy trình trữ lạnh gồm có môi trường cơ bản là môi trường đệm phosphate (PBS) hoặc môi trường cấy phôi có bổ sung 20% huyết thanh. Trước khi làm lạnh, phôi được cho tiếp xúc với môi trường có chất bảo quản để rút bớt nước ra khỏi tế bào. Nồng độ PROH và sucrose trong từng môi trường là: - Làm lạnh 1: 1,5M PROH (15 phút) - Làm lạnh 2: 1,5M PROH + 0,1M sucrose (5 phút) Sau đó phôi được cho vào các ống trữ thể tích khoảng 0,25ml và trữ theo chương trình: - Từ nhiệt độ phòng xuống -7 o C: giảm 1-2 o C/phút [...]... để so sánh hiệu quả của trữ phôi giai đoạn sớm và giai đoạn muộn Thực tế cho thấy ở những quốc gia không cho phép trữ phôi giai đoạn muộn như Đức, việc trữ phôi ngay cả ở giai đoạn tiền nhân (pronucleus) vẫn có giá trị lâm sàng Những điểm cần lưu ý trong kỹ thuật trữ lạnh Tạo mầm tinh the Đây là bước quyết định thành công của kỹ thuật làm lạnh chậm Mặc dù hiện nay các máy làm lạnh đều có tùy chọn tạo... 4, phôi được cho trở lại vào môi trường cấy Chất lượng phôi sau khi rã đông được kiểm tra sau 1 giờ Ở một số trung tâm, phôi sau khi rã đông được nuôi cấy 1 ngày để xem khả năng phát triển của phôi trước khi chuyển trở lại vào buồng tử cung Trữ phôi giai đoạn muộn Các bước trữ phôi cũng tương tự như trữ phôi giai đoạn sớm Tuy nhiên chất bảo quản lạnh là Glycerol Nồng độ glycerol dùng trước khi làm lạnh. .. hóa (synchronization) tử cung và phôi là điều kiện tiên quyết KẾT LUẬN Trữ lạnh giúp tăng thêm cơ hội thụ thai cho bệnh nhân điều trị vô sinh Trữ lạnh còn cho phép chủ động hơn trong điều trị vô sinh, cho phép chuyển phôi với số lượng giới hạn để giảm tỷ lệ đa thai, hoặc hoãn chuyển phôi nếu có nguy cơ quá kích buồng trứng nặng Đối với kỹ thuật cho phôi hoặc cho trứng, trữ phôi cho phép thực hiện quy... nhiễm trong thời gian cửa sổ Kỹ thuật trữ phôi hiện được áp dụng thường quy ở các trung tâm thụ tinh trong ống nghiệm trên thế giới với kết quả ổn định Ở Việt Nam, kỹ thuật trữ lạnh phôi cần được nghiên cứu để áp dụng trong tình hình hiện nay Hy vọng trong tương lai không xa sẽ có những hướng dẫn cụ thể có tính cách pháp lý làm cơ sở cho việc phát triển và ứng dụng kỹ thuật này trong điều trị Cám ơn... tác thực hiện và thời gian lưu trư Nghiên cứu cho thấy chỉ 40 giây ở nhiệt độ phòng có thể ảnh hưởng đến chất lượng phôi đang được trữ lạnh( 15) Vì vậy, yêu cầu thao tác trong quy trình trữ lạnh rất quan trọng Cho đến nay, tuy có báo cáo rằng khả năng sống của phôi giảm đi sau 4 năm lưu trữ( 10), nhiều báo cáo khác cho thấy phôi có thể trữ an toàn trong thời gian kéo dài đến 8 năm(2,6), và hầu hết thống... làm tổ sau khi chuyển So với trữ phôi giai đoạn sớm, trữ phôi giai đoạn muộn có tỷ lệ sống sau trữ lớn hơn do thể tích tế bào trong phôi nhỏ hơn Tuy nhiên khó khăn cơ bản là phải có được phôi giai đoạn muộn, hay nói cách khác phải nuôi cấy phôi đến được giai đoạn phôi nang (blastocyst) Để đạt được điều này, một mặt bệnh nhân phải có nhiều phôi, mặt khác quy trình nuôi cấy phôi phải thật tốt Hiện tại... tinh thể: Dùng một vật kim loại nhúng vào nitơ lỏng trước khi chạm vào thành ống trữ phôi - Giai đoạn làm lạnh chậm đến -30oC: giảm 0,3oC/phút - Giai đoạn làm lạnh nhanh: giảm 30-50oC/phút, hoặc có thể cho trực tiếp vào nitơ lỏng Đến lúc này phôi được giữ liên tục trong nitơ lỏng Chỉ đến lúc sử dụng phôi mới được rã đông Với chất bảo quản lạnh là PROH, ống chứa phôi có thể được làm rã đông bằng cách... lạnh là: - Làm lạnh 1: Glycerol 5% (10 phút) - Làm lạnh 2: Glycerol 9% trong môi trường chứa sucrose (10 phút) Môi trường sau khi rã đông là: - Sucrose 0,5M (10 phút) - Sucrose 0,2% (10 phút) Đánh giá hiệu quả trữ phôi Hiệu quả của việc trữ phôi được đánh giá trước tiên qua khả năng sống của phôi sau khi rã đông Cấp độ thứ hai là khả năng phát triển của phôi trong môi trường nuôi cấy và cấp độ thứ ba... gian kéo dài đến 8 năm(2,6), và hầu hết thống nhất cho rằng khả năng sống và làm tổ của phôi không bị ảnh hưởng trong khoảng thời gian tối đa được chấp nhận là 5 năm Chuẩn bị nội mạc Tuy không trực tiếp liên quan đến quy trình trữ lạnh nhưng đây là một trong những yếu tố quyết định thành công của chương trình trữ lạnh phôi( 10) Phôi có thể được chuyển trong chu kỳ tự nhiên, nhưng với những bệnh nhân... thao tác bằng tay có kiểm soát Huyết thanh Mặc dù cơ chế của việc dùng huyết thanh trong trữ lạnh phôi chưa được làm rõ nhưng các nghiên cứu đã chứng tỏ rằng dùng huyết thanh trong môi trường trữ lạnh giúp gia tăng tỷ lệ có thai cũng như tỷ lệ thai làm tổ sau khi chuyển phôi( 17) Tuy nhiên dùng huyết thanh trong trữ lạnh làm gia tăng nguy cơ các bệnh truyền nhiễm cũng như phải chấp nhận tính không ổn định . kỹ thuật này vào thực tế nhưng tiềm năng của nó rất lớn vì tính đơn giản và những ưu điểm so với kỹ thuật làm lạnh chậm đang được sử dụng (14) . CÁC KỸ THUẬT TRỮ LẠNH PHÔI Dựa vào những nguyên. NGUYÊN TẮC VÀ KỸ THUẬT TRỮ LẠNH PHÔI NGƯỜI GIỚI THIỆU Hiện nay, kỹ thuật điều trị vô sinh bằng thụ tinh trong ống nghiệm gắn liền. nhất. Phôi động vật đầu tiên được trữ thành công là phôi chuột vào năm 1972 (20) . Tiếp sau đó, kỹ thụật trữ phôi được phát triển và áp dụng cho trữ phôi gia súc. Mãi đến năm 1983 phôi người