10 Years of Fertility Advances

How a decade of major discoveries has dramatically changed how we think about conception.

By Julia Calderone

  • April 19, 2020
  •  

This article was originally published on December 11, 2019 in NYT Parenting.

On July 24, 2003, Robert G. Edwards, a physiologist who pioneered the in vitro fertilization technique, made the following remark: “I wanted to find out exactly who was in charge, whether it was God himself or whether it was scientists in the laboratory,” adding, “It was us.”

Since the first I.V.F. baby was born in 1978 — 25 years before Dr. Edwards made that statement and 32 years before he would win the Nobel Prize in Medicine for developing the technique — the seemingly supernatural ability to unite sperm and eggs outside the body and implant them directly into the womb has been heralded as the most remarkable achievement in fertility to date. “It’s allowed millions of babies to be born that otherwise would not have been born; I think it’s been revolutionary,” said Dr. Mindy Christianson, M.D., medical director of the Johns Hopkins Fertility Center.

Now, as this decade comes to a close, what kinds of major advancements in fertility science have we seen since 2010? While we’re still a far cry from a future in which a woman can analyze her egg reserve with the tap of a smartphone, or in which a man can get a running tally of his sperm count with the flick of a smartwatch, the past 10 years have been no less remarkable than decades past. Here are some of the biggest breakthroughs in fertility since 2010.

1. Egg freezing is no longer considered experimental

Scientists have been able to easily freeze embryos and sperm for decades, but it wasn’t until 2012 that egg freezing went from an experimental procedure to a promising insurance policy for thousands of women in the United States, including cancer patients, single women and those who want or need to delay having children. “The ability to successfully freeze eggs over the last 10 years has been one of the bigger, if not the biggest, achievement,” Dr. Christianson said.

This is largely because of the development of a flash-freezing technique called vitrification. Previously, human eggs — which are the largest cells in the human body and hold a lot of water — were challenging to freeze because ice crystals would develop and damage the cell. But with vitrification, experts can freeze the cells so quickly that ice crystals don’t have a chance to form.

2. We can more reliably select the best embryos for I.V.F.

I.V.F. is expensive, not to mention emotionally and physically taxing. It’s important, then, that providers select the best and most competent embryos from the petri dish in the lab to implant into the womb. While experts have for more than 10 years been able to scan the genetic material of these rudimentary cells for signs that they might fail to implant or result in miscarriage or birth defects, genetic testing of embryos has become more mainstream, affordable and reliable in the past decade.

 “When I was still in training seven or eight years ago,” Dr. Christianson said, “it was cost-prohibitive for most patients to do genetic testing of their embryos.” Today, she said, companies charge per embryo, making it much more affordable.

Another advancement that has allowed providers to select the most robust embryos to implant: the ability to grow them in the lab until they reach what is called the blastocyst stage (which occurs five or six days after fertilization). If an embryo is healthy enough to survive until this stage outside the body, the thinking goes, it has a higher chance of sticking around after implantation. Such advances in selecting the best embryos have also allowed providers to transfer just one, rather than multiple, embryos into the womb at a time, reducing the risk of twins or more — and thereby reducing risk in the pregnancy.

“With the right embryo, most women will have a very high chance of live birth, and we’re able to decrease that risk of multiples,” Dr. Christianson said. “So I think that’s one of the revolutionary breakthroughs.”

3. Uterus transplants have become less like science fiction

Before the 2010s, the only parenting options for women who didn’t have a uterus or who couldn’t carry a pregnancy were adoption or surrogacy. But in 2013, doctors in Sweden made history after a 35-year-old patient, who had had a uterus from a 61-year-old woman transplanted, gave birth to a healthy boy. In 2016, doctors in Brazil advanced the technique even further, announcing that a 32-year-old woman had given birth with a uterus that had been transplanted from a deceased donor.

While these breakthroughs are huge for reproductive science, Dr. Christianson said, uterine transplants are also expensive. “It’s the only transplant we know of that is for a one-time use to make a baby and then you don’t need the transplant anymore,” she said. So while this procedure is revolutionary for the right type of patient, it most likely won’t become mainstream.

4. Men who were previously considered ‘infertile’ have more options

One of the biggest achievements for male infertility, said Dr. Peter Schlegel, M.D., urologist in chief at New York-Presbyterian Hospital/Weill Cornell Medical Center and president of the American Society for Reproductive Medicine, has been in the treatment of those with severe infertility. Particularly in men who produce little to no sperm, he said, or who had previously been rendered “sterile” because of treatments like chemotherapy.

A technique called micro-TESE — which was developed in the late 1990s, improved in the 2000s and more popularized in the past decade, Dr. Schlegel said — involves identifying areas of the testicle that have the best sperm production and microsurgically removing those sperm for use with assisted reproductive technologies like I.V.F.

“A lot of those men are now considered treatable,” Dr. Schlegel said, “whereas before, our understanding of how and whether you could treat them was pretty limited.”

[What to know about male infertility.]

5. We have more IUD options

Intrauterine devices have had a decidedly rocky past. The first known IUD-like device for humans, developed in 1909, reportedly involved inserting a “ring made of silkworm gut” — seriously — into the uterus. Since then, IUDs have advanced from silkworm rings wrapped entirely in silver (which, surprise, turned women’s gums blackish-blue) to countless variations of loops, coils and plastic Ts. In the 1970s, the Dalkon Shield IUD was infamously pulled from the market after its poor design increased women’s risk of infection and infertility. But in the late 1980s and early 2000s, the IUD regained popularity with the Food and Drug Administration’s approval of the copper ParaGard and levonorgestrel-releasing Mirena.

It wasn’t until 12 years later, in 2013, that the F.D.A. approved the next IUD, the Skyla, which is a low-dose hormonal option. In 2015 and 2016, the agency approved even lower-dose options — the Liletta and the Kyleena. “These IUDS have really revolutionized contraception because they’re highly effective and they are very well tolerated,” Dr. Christianson said.

They are also valuable therapies for women with certain conditions, like heavy uterine bleeding, which in the past was mainly treated by performing a hysterectomy. “Less women are undergoing hysterectomies because their symptoms can be treated with an IUD,” Dr. Christianson said.

6. We’re better at freezing ovarian tissue for later use

For women who can’t freeze their eggs, like prepubescent girls or women who suddenly need cancer treatment, ovarian tissue freezing has offered a chance for them to preserve their ovaries for later reimplantation and use. The procedure has been available for about 20 years, Dr. Christianson said, but within the past 10 years, there have been several advances in the technique and more live births as a result.

Because most people who have frozen ovarian tissue haven’t needed to use it yet, the procedure is still considered experimental. “Hopefully at some point the experimental label will be lifted,” Dr. Christianson said.

7. We’re getting a better understanding of how lifestyle affects fertility

It’s perhaps not surprising that diet, sleep and exercise play a role in fertility. And while scientists are still in the early stages of sussing out how the food we eat and the sleep and exercise we get translate to prolificacy, recent — albeit limited — evidence is offering more clues.

2018 review from scientists from Harvard University, for instance, found that folic acid, vitamin B-12, omega-3 fatty acids and a Mediterranean diet were linked with better fertility in women, while “unhealthy” diets, like those high in trans fats, red and processed meats, added sugars and sugar-sweetened beverages, were associated with worse fertility. In men, similarly, researchers have found that those who follow healthy diets tend to have better fertility, while those with diets high in saturated and trans fats are worse off.

There is also budding evidence about how exercise and sleep affect virility in men, Dr. Schlegel said — and some of the results seem counterintuitive. Moderate exercise, for instance, seems to be beneficial, but when those men exercise more vigorously — such as by cycling for more than five hours per week, he said — their sperm counts can be reduced by nearly half. Men who get six to eight hours of sleep per night tend to have better sperm production and fertility than those who get more or less, Dr. Schlegel said.

While many of these studies are promising, most are based on observational data, Dr. Schlegel said, so it’s not yet clear why researchers are seeing such associations, or whether changes to diet, sleep and exercise can really alter your fertility in the first place.

8. More women are included in clinical trials

For the bulk of the past century, fertile and pregnant women have been excluded from most clinical trials over fears of potential harms to future or current pregnancies. But as a result, there is a huge gap in knowledge about how safe and effective certain drugs are for women in general (case in point, the thalidomide debacle of the 1950s and 1960s).

More recently, there has been a major push for better representation of women in medical research.

“For women’s health in general, I think that this is a breakthrough,” Dr. Christianson said. “When we look at cardiology studies and other types of studies, a lot of times there’s been more men than women. So I think focusing studies on women has been revolutionary for women’s health.”

9. We’re getting a better grasp on pre-eclampsia

While the textbook signs and symptoms of pre-eclampsia have been well understood — high blood pressure, protein in the urine, swelling, headache, trouble breathing and more — scientists still don’t understand what causes the condition, and diagnosing it and predicting those who will develop it are challenging. Similarly, the most effective treatment for pre-eclampsia is also the least satisfying one — delivery.

But research in recent years has helped improve our understanding of how the condition progresses in the body, said Dr. Ananth Karumanchi, M.D., a professor of medicine at Cedars-Sinai Medical Center in Los Angeles. And that research has led to development of the first blood test — which has been widely used abroad — that can accurately diagnose the condition in women who have pre-eclampsia. While the test has not yet been approved in the United States, Dr. Karumanchi said that its development was a big deal because it might lead to new therapies for pre-eclampsia within the next decade.

The definition of pre-eclampsia was revised in 2014, based on new evidence, to capture women who have the condition but who don’t have only the classic signs, like high blood pressure and protein in their urine. Now, for instance, it is well understood that some women may have only organ problems, such as with their liver or kidneys, before high blood pressure and protein in the urine set in.

New research has also offered clues on how women who are high risk might thwart the condition completely. A double-blind, placebo-controlled trial published in 2017, for example, found that taking 150 milligrams of aspirin daily from 11 to 14 weeks of pregnancy through the 36th week could reduce the chances of developing pre-eclampsia. Though because high doses of aspirin can also be associated with certain risks to a pregnancy, like pregnancy loss or certain birth defects, you should never start taking it without consulting your doctor.

10. We have better fertility-preserving surgeries for cancer patients

In the past, a cervical cancer diagnosis might have meant the end of your ability to conceive, because standard treatment was to remove all or part of the uterus. But recent advances in fertility-conserving surgeries have given cancer patients more options. A procedure called a trachelectomy, for instance, which has been around for decades but has become more commonly used in recent years, allows doctors to remove only the cervix in patients who have cervical cancer. “And as a result, she’s able to preserve her uterus for future pregnancy,” Dr. Christianson said.

Similarly, there has been a push in recent years to treat endometrial cancer more conservatively, Dr. Christianson said, by trying hormonal therapies before removing the uterus.


Julia Calderone is a senior staff editor for NYT Parenting. Follow her @juliacalderone.

(Source: The New York Times)

Phát hiện quan trọng về vô sinh ở nam giới giúp tìm ra những phương pháp điều trị mới

By Sally Robertson, B.Sc.Dec 16 2019

Các nhà nghiên cứu ở Đại học Y Khoa Penn đã tạo ra một mô hình đột biến mới cho phép họ xác định các khiếm khuyết trong biểu mô tinh trùng gây ra vô sinh ở nam giới.

Image Credit: Yurchanka Siarhei / Shutterstock.com

Việc phát triển này, được miêu tả gần đây trên tạp chí Developmental Cell, có thể dẫn đến những phương pháp mới để sửa chữa những tinh trùng khuyết tật.

Một trong tám cặp vợ chồng gặp khó khăn trong việc thụ thai, và gần 25% những trường hợp này, vấn đề tiềm ẩn là vô sinh nam. Nghiên cứu trong 10 năm qua đã quy kết sự vô sinh này là do tinh trùng bị lỗi không “đuổi” các histone ra khỏi ADN trong quá trình phát triển. Histone là các protein trong nhiễm sắc chất  đóng gói ADN, bật tắt các gen, và thay thế chúng bằng các protein nhỏ hơn nhiều được gọi là các protamin mà có thể đóng gói ADN vào tinh trùng đúng cách.

Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu chưa hiểu đầy đủ các cơ chế ẩn dưới sự trục xuất này hoặc chính xác nơi chúng diễn ra trong ADN tinh trùng.

Bây giờ các nhà nghiên cứu của Đại học Y Khoa Penn, Lacey Luense, Shelley Berger và Daniel Och đã sử dụng các kỹ thuật giải trình tự ADN trên toàn bộ bộ gen mới để tìm ra chính xác nơi các histone được giữ lại trong bộ gen và xác định một gen quan trọng có tên Gcn5 điều chỉnh quá trình.

Sau đó, họ đã thiết kế một mô hình đột biến với phiên bản Gcn5 đột biến, cho phép họ theo dõi chặt chẽ các khiếm khuyết từ giai đoạn đầu phát triển tinh trùng thông qua thụ tinh và trở đi.

Một phát triển quan trọng

Phát triển quan trọng này không chỉ cải thiện hiểu biết về vô sinh nam và các phương pháp tiềm năng để đảo ngược nó, mà còn cả các đột biến biểu sinh có thể được truyền vào phôi từ người nam

Ngoại di truyền, các thay đổi kế thừa trong bộ gen không được giải mã bởi AND, có ảnh hưởng mạnh mẽ đến cách tinh trùng được tạo thành. “Đối với những đàn ông bị vô sinh không rõ nguyên nhân, mọi thứ trông có vẻ bình thường đối với các bác sĩ: số lượng tinh trùng bình thường, khả năng vận động bình thường. Tuy nhiên, họ vẫn có thể có những vấn đề về thụ thai,” tác giả đầu tiên Luense nói.

Luense cho biết một lời giải thích tiềm năng là các histone ở sai vị trí, điều này có thể ảnh hưởng đến tinh trùng và sau đó phát triển sớm: “Bây giờ, chúng tôi có một mô hình thực sự tốt để nghiên cứu những gì xảy ra khi bạn không loại bỏ các histone một cách thích hợp trong tinh trùng và những gì có thể trông giống như trong phôi. “

Với sự hiểu biết rằng histones bị giữ lại ảnh hưởng đến khả năng sinh sản và phát triển phôi, các nhà khoa học quan tâm đến việc xác định vị trí gen của chúng để chúng có thể được sử dụng cho nghiên cứu trong tương lai và cuối cùng là phát triển các phương pháp điều trị.

Các nghiên cứu trước đây cho ra những kết quả mâu thuẫn.

Các nghiên cứu trước đây đã tạo ra kết quả mâu thuẫn. Một số nghiên cứu sử dụng công nghệ gọi là giải trình tự MNase đã xác định vị trí của các histone được giữ lại như trên các chất kích thích gen quan trọng, trong khi nghiên cứu khác sử dụng cùng một công cụ, đã xác định chúng tại các lần lặp lại DNA và trong cái gọi là “sa mạc gen”, nơi chúng ít tham gia hơn vào quy định.

Nghiên cứu hiện tại cho thấy cả hai mô hình đều đúng

Những dữ liệu không nhất quán này đã dẫn đến tranh cãi giữa các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực này, Luense nói. Tuy nhiên, nghiên cứu hiện tại cho thấy rằng cả hai mô hình được mô tả, trên thực tế, đều đúng.

“Chúng tôi tìm thấy các histone trên các gen có vẻ quan trọng đối với sự phát triển của phôi, nhưng chúng tôi cũng tìm thấy chúng ở các yếu tố lặp đi lặp lại, những nơi cần phải tắt và để ngăn chặn sự biểu hiện của các khu vực này trong phôi. “

Nhà nghiên cứu ĐH Y Khoa Penn, Lacey Luense

Để nghiên cứu, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một công nghệ mới hơn, nhanh hơn và chính xác hơn gọi là giải trình tự ATAC để theo dõi các histone tại các vị trí duy nhất trên bộ gen trong suốt giai đoạn đầu và cuối của quá trình phát triển tinh trùng ở chuột. Cách tiếp cận này có thể xác định các khu vực của bộ gen nơi các histone được giữ lại và sau đó cắt và gắn thẻ DNA đó để có thể giải trình tự.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng những con chuột được thiết kế để có gen đột biến Gcn5 có khả năng sinh sản rất thấp. Họ cũng phát hiện ra rằng các histone được giữ lại trong tinh trùng khỏe mạnh tương quan với vị trí của các histone trong phôi rất sớm, điều này hỗ trợ cho suy nghĩ rằng thông tin biểu sinh được truyền qua các histone của cha.

Một cơ hội để tìm kiếm các phương pháp điều trị tiềm năng

Sử dụng mô hình đột biến, các nhà nghiên cứu có thể nghiên cứu chi tiết các cơ chế ẩn giấu dưới quỹ đạo của tinh trùng bị khiếm khuyết và có ảnh hưởng gì đến sự phát triển của phôi thai. Nó cũng cung cấp một cơ hội để điều tra các mục tiêu điều trị tiềm năng.

Berger chỉ ra rằng, hiện tại, gánh nặng của IVF và các công nghệ hỗ trợ sinh sản khác thuộc về phụ nữ và ngay cả khi vô sinh là do yếu tố nam giới, vẫn là những phụ nữ phải trải qua các thủ thuật và tiêm hormone.

“Bây giờ hãy tưởng tượng bạn có thể áp dụng phương pháp trị liệu biểu sinh để thay đổi mức độ histone và protamine ở nam giới trước khi tạo phôi?” cô ấy nói. “Đó là một trong những câu hỏi chúng tôi muốn khám phá và mô hình này sẽ cho phép chúng tôi di chuyển theo hướng đó.”

Nhóm nghiên cứu cho biết những hạn chế với phôi người đã dẫn đến việc thiếu nghiên cứu tổng thể về vô sinh và vai trò của biểu sinh của người cha đối với sự phát triển phôi, trong đó nhấn mạnh tầm quan trọng của các nghiên cứu như thế này.

“Có rất nhiều yếu tố khác nhau có thể làm thay đổi biểu mô tinh trùng: chế độ ăn uống, thuốc, rượu chẳng hạn,” Luense nói. “Chúng tôi mới bắt đầu hiểu làm thế nào điều đó có thể ảnh hưởng đến đứa trẻ và ảnh hưởng đến sự phát triển. Những nghiên cứu cơ bản ban đầu mà chúng tôi đang thực hiện rất quan trọng, vì vậy chúng tôi có thể hiểu rõ hơn điều gì thúc đẩy các đột biến biểu sinh này.”

Nguồn:

Penn researchers uncover defective sperm epigenome that leads to male infertility. EurekAlert. Available from https://www.eurekalert.org/emb_releases/2019-12/uops-pru121319.php

(Nguồn: https://www.news-medical.net/news/20191216/Important-discovery-about-male-infertility-could-lead-to-new-treatments.aspx)

Một công nghệ chọn lựa tinh trùng mới làm tăng tỷ lệ thành công trong thụ tinh trong ống nghiệm.

Tinh trùng di động rất khó thu thập bằng thiết bị phân loại tế bào thông thường bởi chúng dễ bị tổn thương vật lý. Một hợp tác nghiên cứu giữa trường Đại học Kumamoto và Kyoto tại Nhật Bản đã phát triển một kỹ thuật sử dụng một máy phân loại tế bào bằng công nghệ chip vi lỏng để làm giảm tổn thương tế bào và cải thiện tỷ lệ thụ tinh trong ống nghiệm. Nghiên cứu này được kỳ vọng sẽ tăng tỷ lệ thụ tinh ống nghiệm để cải thiện sản lượng động vật và vật nuôi thí nghiệm, và có thể được sử dụng như một phương pháp điều trị sinh sản trong y học sinh sản ở người.

Điều quan trọng là chọn lựa được tinh trùng có khả năng sinh sản với khả năng chuyển động tốt để đạt được tỷ lệ thụ tinh trong ống nghiệm cao. Các thiết bị phân loại tế bào thông thường sử dụng phương pháp đo tế bào dòng chảy để phân tách các tế bào cụ thể theo loại và có thể được sử dụng để chọn lựa tinh trùng. Tuy nhiên, vì các tế bào tinh trùng mẫn cảm với tổn thương vật lý, rất khó để tách chúng mà không ảnh hưởng khả năng di dộng.

Để giảm tổn thương tế bào tinh trùng, đội ngũ nghiên cứu của giáo sư Toru Takeo tại Đạihọc Kumamoto đã thử phát triển một kỹ thuật chọn lọc tế bào bằng cách sử dụng một máy phân tách tế bào bằng công nghệ chip vi lỏng để làm giảm các ảnh hưởng có hại đến các tế bào.  Các thiệt bị vi lỏng có cấu trúc kênh rất nhỏ với độ rộng và độ sâu từ vài micromet đến vài trăm micromet và được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu hóa học và công nghệ sinh học. 

Trong khi điều tra các điều kiện phân tách thích hợp của tinh trùng từ một môi trường nuôi cấy bằng thiết bị của mình, các nhà nghiên cứu đã thu thập thành công tinh trùng chuột mà vẫn giữ được khả năng di động. Xa hơn nữa, thụ tinh trong ống nghiệm với tinh trùng thu thập được bằng thiết bị này đã cho ra các trứng được thụ tinh và các phôi được phát triển thanh chuột sơ sinh sau khi được cấy vào chuột cái

Công nghệ mới này có thể được sử dụng để cái thiện thụ tinh trong ống nghiệm. Vào cuối giai đoạn phát triển, trước khi thâm nhập vào trứng và quá trình thụ tinh, tinh trùng trải qua những thay đổi về hình thái và sinh lý được gọi là phản ứng acrosome khiến cho chúng sẵn sàng thụ tinh với trứng.  Để kiểm tra xem chúng có thể tăng khả năng thụ tinh hay không, các nhà nghiên cứu đã chuẩn bị một chất huỳnh quang gắn vào tinh trùng có khả năng sinh sản và sử dụng thiết bị để phân loại chúng khỏi tinh trùng không có khả năng sinh sản. So sánh các thí nghiệm IVF cho thấy tinh trùng có khả năng sinh sản có tỷ lệ thụ tinh cao hơn tinh trùng không có khả năng sinh sản.

Giáo sư Takeo cho biết “Chúng tôi hy vọng rằng nghiên cứu của chúng tôi có thể được sử dụng để tăng tỷ lệ thành công của thụ tinh trong ống nghiệm trên động vật, và cho các điều trị sinh sản trong y học sinh sản ở người.  Kết hợp với các kỹ thuật ghi nhãn nhiễm sắc thể giới tính trên tinh trùng, chúng tôi có thể thậm chí lai tạo chọn lọc con đực hoặc con cái trong động vật và vật nuôi thí nghiệm.”

Nguồn: Kumamoto University

Ngày: July 2, 2020

Nguồn : https://www.sciencedaily.com/releases/2020/07/200702113715.htm

Các nhà nghiên cứu phát triển phương pháp hình ảnh 3D chính xác, an toàn để cải thiện việc điều trị thụ tinh trong ống nghiệm (IVF)

Reviewed by James Ives, M.Psych. (Editor)May 8 2020

Các nhà nghiên cứu thuộc trường Đại học Tel Aviv (TAU) đã phát triển phương pháp hình ảnh 3D chính xác, an toàn để xác định các tế bào di chuyển ở tốc độ cao.

Việc nghiên cứu, được công bố trên Science Advances vào ngày 10 tháng 4, được dẫn dắt bởi Giáo sư Natan Shakes thuộc Khoa Kỹ thuật Y sinh tại Khoa Kỹ thuật của TAU cùng với Gili Dardikman-Yoffe, sinh viên đang học tiến sĩ  tại TAU.

Kỹ thuật mới này có thể giúp các bác sĩ có thể chọn được tinh trùng có chất lượng cao nhất để tiêm vào tế bào trứng trong quá trình điều trị vô sinh, tăng cường cơ hội thụ thai của người vợ và cho phép sinh ra một em bé khỏe mạnh.

“Các thủ thuật Thụ tinh trong ống nghiệm (IVF) được phát minh ra để giúp đỡ các vấn đề sinh sản. Phương pháp điều trị IVF phổ biến nhất hiện nay là kỹ thuật tiêm tinh trùng vào tế bào trứng (ICSI), bao gồm việc lựa chọn tinh trùng bởi một nhà phôi học lâm sàng và tiêm vào trứng của người phụ nữ. Cuối cùng, một nỗ lực được thực hiện để tuyển chọn tế bào tinh trùng có khả năng tạo ra một phôi thai khỏe mạnh.”

Natan Shaked, Giáo sư, Khoa Kỹ thuật Y sinh, Khoa Kỹ Thuật, Đại học Tel Aviv

Dưới sinh sản tự nhiên bên trong cơ thể người phụ nữ, tinh trùng di chuyển nhanh nhất để đến được trứng được cho là mang vật liệu di truyền chất lượng cao. Chuyển động tiến bộ cho phép tinh trùng “tốt nhất” này vượt qua các trở ngại thực sự của hệ thống sinh sản của người phụ nữ.

“Nhưng ‘chọn lọc tự nhiên’ này không có sẵn cho nhà phôi học, người chọn lọc 1 tinh trùng và tiêm nó vào trứng,” Giáo sư Shaked nói. “Các tế bào tinh trùng không chỉ di chuyển nhanh, chúng cũng hầu như trong suốt dưới ánh sáng bình thường của kính hiển vi, và việc nhuộm tế bào không được cho phép trong thụ tinh ống nghiệm ở người.

“Kỹ thuật hình ảnh hiện tại có thể kiểm tra chất lượng vật liệu di truyền của tinh trùng nhưng có thể gây ra tổn hại cho phôi thai, vậy nên cũng bị cấm. Trong khi không có các tiêu chí chính xác hơn, các tế bào tinh trùng được chọn lựa chủ yếu dựa trên các đặt điểm bên ngoài và khả năng vận động của chúng khi bơi lội trong môi trường nước trong đĩa nuôi cấy, rất khác với môi trường tự nhiên của cơ thể người phụ nữ.

“Trong nghiên cứu của chúng tôi, chúng tôi đã tìm cách phát triển một loại kỹ thuật hình ảnh hoàn toàn mới có thể cung cấp càng nhiều thông tin càng tốt về từng tế bào tinh trùng, không yêu cầu nhuộm tế bào để tăng độ tương phản, và có khả năng cho phép chọn lựa tinh trùng tối ưu trong điều trị thụ tinh.”

Các nhà nghiên cứu đã chọn công nghệ chụp cắt lớp ánh sáng cho nhiệm vụ duy nhất là chụp ảnh tế bào tinh trùng.

“Trong một máy chụp cắt lớp y tế tiêu chuẩn, thiết bị quay xung quanh mục tiêu và phát ra tia X tạo ra nhiều hình chiếu, cuối cùng tạo ra một hình ảnh 3D của cơ thể”, theo Giáo sư Shaked.”Trong trường hợp của tinh trùng, thay vì xoay thiết bị quanh  vật thể nhỏ bé này, chúng tôi dựa vào đặc tính tự nhiên của bản thân tinh trùng: đầu của nó luôn luôn xoay quanh trong khi di chuyển về phía trước”.

“Chúng tôi sử dụng ánh sáng yếu (không phải tia X) để không gây tổn thương cho tế bào. Chúng tôi đã ghi lại hình ảnh 3 chiều của tế bào tinh trùng trong khi di chuyển cực nhanh và xác định các phần bên trong khác nhau dựa trên chỉ số khúc xạ của chúng. Việc này tạo ra một bản đồ 3D chính xác, rất linh động của các thành phần của nó mà không sử dụng nhuộm tế bào.

Sử dụng kỹ thuật này, các nhà nghiên cứu đã đạt được một hình ảnh chụp cắt lớp rõ ràng, chính xác của tinh trùng ở độ phân giải rất cao theo 4 chiều: 3 chiều trong không gian ở độ phân giải dưới một nửa micron (1 micron tương đương 1/1.000.000 mét) và chiều thời gian chính xác (chuyển động) ở giây phụ thứ hai.

“Phát triển mới của chúng tôi cung cấp một giải pháp toàn diện cho nhiều vấn đề đã biết của hình ảnh tinh trùng,” giáo sư Shaked nói tiếp. “Chúng ta có thể tạo ra hình ảnh đầu tinh trùng có độ phân giải cao trong khi nó di chuyển nhanh, mà không cần sử dụng phương pháp nhuộm có thể gây hại cho phôi thai. Kỹ thuật mới này có thể là cải tiến lớn cho việc lựa chọn tinh trùng trong ống nghiệm, cho phép tăng cơ hội thụ thai và cho em bé khỏe mạnh.

“Để giúp chẩn đoán vấn đề sinh sản ở nam giới, chúng tôi dự định sử dụng kỹ thuật mới này để làm sáng tỏ mối quan hệ giữa chuyển động 3D, cấu trúc và các bộ phận của tinh trùng với khả năng thụ tinh của trứng và tạo ra khả năng mang thai,” giáo sư Shaked kết luận. “Chúng tôi tin rằng khả năng chụp ảnh như vậy sẽ góp phần vào các ứng dụng y tế khác, như phát triển các robot sinh học siêu nhỏ, hiệu quả để vận chuyển thuốc bên trong cơ thể.”

Tạp chí tham khảo:

Dardikman-Yoffe, G. et al. (2020) High-resolution 4-D acquisition of freely swimming human sperm cells without staining Science Advancesdoi.org/10.1126/sciadv.aay7619.

(Nguồn: https://www.news-medical.net/news/20200508/Researchers-develop-safe-accurate-3D-imaging-method-to-improve-IVF-treatments.aspx)