无创胚胎质量检测可以简化生育治疗

加州大学圣地亚哥分校的研究人员已经开发出一种无创方法，可以利用剩余的培养基来预测实验室受精胚胎的质量。

　　

体外受精(IVF)是一种生育治疗方法，包括在实验室使卵子受精，然后将其植入子宫，这已经成为许多难以怀孕的人的希望之源。然而，这个多步骤的过程是复杂的，在美国40岁以下的女性中，试管婴儿治疗后的总体活产率只有20-40%。成功率低的原因之一是医生很难确定哪些实验室培养的胚胎最有可能成功怀孕，因此许多寻求体外受精的人必须经历多轮治疗。

现在，加州大学圣地亚哥分校医学院的科学家们发现了一种非侵入性的方法，可以用来更好地预测实验室培养的胚胎的质量。这种新方法的工作原理是检测被称为exRNAs的遗传物质的小颗粒，这些遗传物质遗留在培养年轻胚胎的液体培养基中。研究结果发表在2023年1月10日的《细胞基因组学》杂志上。

“不幸的是，体外受精的成功仍然涉及很大的机会因素，但这是我们希望我们的研究能够改变的，”共同资深作者、加州大学圣地亚哥分校医学院妇产科和生殖科学系教授、加州大学圣地亚哥分校健康中心的生殖内分泌学家H. Irene Su博士说。“目前，我们预测胚胎结果的最好方法是观察胚胎，测量形态特征，或者从胚胎中取出一些细胞来观察基因组成，这两种方法都有局限性。”这种新方法不依赖于胚胎的视觉特征或活组织检查，而是更像血液检测，通过检测液体样本中的分子。然而，研究人员可以通过研究用于培养胚胎的剩余培养基来分析胚胎，而不是来自胚胎本身的样本。这意味着这种新方法是完全无创的，不需要病人采取额外的步骤。

Su教授说:“体外受精本身就很有挑战性，所以对我们来说，我们的研究不干扰这个已经很微妙的过程是非常重要的。我们所做的更像是观察考古遗址留下的东西，帮助我们更多地了解那里的居民和他们做了什么。”

虽然DNA包含了细胞发育和功能所需的所有指令，但它们也需要RNA(另一种遗传物质)来帮助执行这些指令。大多数RNA存在于细胞内，但当细胞完成其各种功能时，一些被称为外RNA的RNA分子被细胞释放到周围环境中。

科学家们仍然不确定exRNAs的确切生物学功能，但它们在21世纪初的发现为生物医学研究和医学开辟了新的途径，为细胞间通信和疾病过程以及潜在的诊断和治疗应用提供了见解。

“在过去的十年里，我们才开始发现exrna的用途，可能还有无数我们还没有发现的其他应用，”加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院生物工程系教授、资深作者Sheng Zhong博士说。“这仅仅是个开始。”

通过分析五个不同发育阶段的胚胎培养基中的exRNA，研究人员确定了每个阶段大约4000个不同的exRNA分子。这些exrna与胚胎在每个发育阶段表达的许多不同基因相对应。

“我们惊讶于在胚胎发育的早期产生了如此多的exRNAs，以及我们使用如此微小的样本就能检测到多少exRNAs的活性。”“通过这种方法，我们可以分析细胞外部的样本，并对细胞内部发生的事情获得令人难以置信的深入了解。”

研究人员利用这些数据训练机器学习模型，根据胚胎产生的exRNAs来预测胚胎的形态。他们发现他们的模型能够复制当前胚胎测试中使用的形态学测量，这表明exrna是胚胎质量的一个有希望的预测因子。

尽管如此，研究人员警告说，还需要进一步的研究来证实他们的测试是否可以直接用于预测试管婴儿的积极结果，比如成功分娩。

“我们有数据将健康的形态与试管婴儿的阳性结果联系起来，现在我们已经看到exrna可以用来预测良好的形态，但在我们的测试准备好黄金时间之前，我们仍然需要画出最后的界限。一旦这项工作完成，我们希望这将使试管婴儿的整个过程更简单，更有效，最终减少寻求这种治疗的家庭的痛苦。”

本研究部分由美国国立卫生研究院(拨款R01HD107206, R01GM138852和DP1DK126138)和克鲁格研究基金资助。