Ważny dynamizm cytoplazmy

Dr Anna Ajduk, pracując pod kierownictwem Magdaleny Żernickiej-Goetz w Gurdon Institute University of Cambridge, wykazała wraz z zespołem, że po zapłodnieniu dynamika ruchów cytoplazmy zarodka zaczyna się zmieniać. Na zmianę przyspiesza i zwalnia.

Ruch cytoplazmy przyspiesza, gdy w komórce dochodzi do cyklicznych wyrzutów wapnia. Badacze zauważyli, że prędkość tego ruchu zależy od jakości cytoszkieletu. Jeżeli jest zdepolimeryzowany lub usztywniony za pomocą inhibitorów, dynamika także ulega zmianie. Szczególnie ważny jest cytoszkielet aktynowy. Gdy zaczniemy wprowadzać zmiany w obrębie aktyny, cykliczność ruchów cytoplazmy zanika.

– Jest to dowód na to, że opisane procesy mogą być markerem jakości komórki jajowej. Z pomocą biostatystyków opracowaliśmy model matematyczny, który wiązał odpowiednie parametry dynamiki z rozwojem zarodka – mówi dr Anna Ajduk, kierownik grupy Biologii Reprodukcyjnej na Wydziale Biologii Uniwersytetu Warszawskiego.  – Jeżeli zgodnie z tym modelem wybieraliśmy zaraz po zapłodnieniu jeszcze dwukomórkowe zarodki i transplantowaliśmy do samic myszy, to rozwijały się najlepiej. Częściej rodziły się niż te, które korelowały z parametrami oznaczonymi dla zarodków „słabych”.

Technologia ta może być wykorzystana w klinikach in vitro podczas oceny zarodka. Cały czas trwają próby przeniesienia jej na zarodki ludzkie, które oczywiście różnią się od mysich. Jest to jednak długa droga, ponieważ metodę należy zoptymalizować i ocenić szkodliwość względem zarodka.

Kiedy technika będzie dostępna?

Badania są na początkowych etapach wypróbowania w klinikach. Grupa badaczy z Cardiff wstępnie przetestowała tę technikę na ludzkich komórkach jajowych, do których mieli dostęp. - W Anglii łatwiej jest uzyskać zezwolenie na badania na komórkach, które nie zostały wykorzystane podczas zabiegu in vitro, np. z takiego powodu, że nie udało się ich zapłodnić. Można je wykorzystywać za zgodą dawczyni. Według mojej wiedzy w Polsce nie ma konkretnej regulacji prawnej, która jasno mówiłaby o tym, czy można tego typu komórki ludzkie stosować podczas badań. Dlatego naukowcy po prostu obawiają się to robić – podkreśla dr Ajduk. Oczywiście, aby przeprowadzać tego typu badania należy mieć zgodę specjalnej komisji, której przedstawia się swój plan badań.

Badacze z Cardiff nie otrzymali pozwolenia na zapładnianie tych komórek. W laboratoriach przeprowadzano ich nastrzykwianie plemnikowym białkiem, które jest odpowiedzialne za wywoływanie oscylacji poziomu wapnia. Wywoływano efekt, jaki następuje w komórce po zapłodnieniu. - Jest to zatem pod względem etycznym bezpieczniejsza metoda – podsumowuje dr Ajduk.

Kto na podium?

Odkrycie markerów najlepszych jakościowo zarodków jest dużym zainteresowaniem naukowców działających w obrębie medycyny reprodukcyjnej. W klinikach in vitro utrzymuje się kilka zarodków i trudnym zadaniem jest wybrać najlepszy, czyli taki, który da kobiecie największą możliwość tego, aby zaszła w ciążę. - Bardzo często zdarza się tak, że te zarodki na pierwszy rzut oka wyglądają tak samo, a nie każdy ma szansę się rozwinąć – mówi dr Ajduk.

Zarodek, który ma największą szansę na przekształcenie się w fizjologiczną ciążę powinien być w stanie odpowiednio rozwinąć się do stadium blastocysty. Jest to ostatni etap, który utrzymuje się w hodowli in vitro (w przypadku człowieka 5-6 dzień po zapłodnieniu). Jest to trudne badanie, ponieważ nigdy nie ma pewności, na ile niepowodzenie jest wynikiem tego, że zarodek był wadliwy, a na ile tego, że warunki w macicy nie były właściwe. Zarodki mogą mieć problemy z procesami energetycznymi, ekspresją pewnych genów wpływających na ich rozwój oraz mogą mieć ukryte problemy chromosomalne (aneuploidie, abberacje chromosomowe).

Skrajności są złe

Łatwiej jest powiedzieć, jak wyglądają ruchy cytoplazmy w „złym” zarodku niż w tym „dobrym” – wspomina dr Ajduk. Zarodek, który może nie rozwijać się właściwie cechuje się przyspieszeniami ruchu cytoplazmy występującymi zbyt często lub zbyt rzadko. Innym kryterium jest prędkość cytoplazmy. Jeśli jest zbyt niska także możemy stwierdzić, że zarodek może nie rozwijać się właściwie. Niska prędkość zazwyczaj oznacza błędy w budowie cytoszkieletu.

Moda na badanie zarodków

Badanie cytoplazmy nie jest jednak głównym trendem medycyny reprodukcyjnej. Coraz popularniejsze staje się zgłębianie morfokinetyki zarodka. Oznacza to ocenę, w jakim tempie dokonują one kolejnych przemian. Ustala się, w jakim tempie się dzielą lub przechodzą z jednego stadium do drugiego. Nie najistotniejszym faktem jest, że komórka osiągnęła stadium blastocysty, ale to, w jakim tempie tego dokonała.

Inne techniki opierają się na biochemicznym badaniu pożywki, w jakiej znajduje się zarodek. W ten sposób sprawdzamy jego metabolizm, czyli to, co pobrał i wydzielił. Można zatem zbadać, na przykład, pobór tlenu czy glukozy w danym okresie rozwojowym zarodka.  Ta technika jest nadal w sferze badań.

Bada się także występowanie aneuploidii czy abberacji chromosomowych. Stosuje się to u par, które są obarczone możliwością występowania choroby genetycznej. Pobiera się wtedy ciałko kierunkowe i w nim bada obecność mutacji bądź liczbę chromosomów (choroby przekazywane przez matkę). Można także pobrać materiał genetyczny z zarodka (jeden lub dwa blastomery). Nie uszkadza to go w żaden sposób. Te techniki są już stosowane w klinikach.

Przyczyny niepłodności

Najważniejsze są problemy wynikające ze zmian społecznych, szczególnie związane z wiekiem reprodukcyjnym. Opóźnia się wiek urodzenia pierwszego dziecka. Ten problem dotyczy jedynie kobiet. Duże znaczenie ma też styl życia: stres, częsta zmiana środowiska i jego zanieczyszczenie, nałogi. Jest to problem obojga partnerów. -  Mam wrażenie, że wpływ środowiska jest większy na plemniki niż na komórki jajowe – dodaje dr Ajduk. Warto wspomnieć, że ok 10-15 % par ma problem z niepłodnością. W przypadku par po 35 roku życia problem jest częstszy.

Dr Anna Ajduk

Studia magisterskie i doktoranckie zrobiła pod kierunkiem prof. Marka Maleszewskiego w Zakładzie Embriologii Uniwersytetu Warszawskiego. Jej badania dotyczyły dojrzewania mejotycznego oocytów myszy, a w szczególności tego, w jaki sposób rozwija się w nich zdolność do odpowiedzi na zapłodnienie. W czasie studiów doktoranckich odbyła staże naukowe w grupie prof. Moniki Ward w Institute for Biogenesis Research, University of Hawaii w Honolulu (USA) i w grupie prof. Karla Swanna w Cardiff University (Wielka Brytania).

W czasie stażu podoktorskiego pracowała pod kierunkiem prof. Magdaleny Żernickiej-Goetz w Gurdon Institute, University of Cambridge. Wraz ze naukowcami z uniwersytetów w Oxfordzie i Cardiff udało jej się opracować nową nieinwazyjną metodę badania potencjału rozwojowego zarodków ssaczych, opartą na analizie ruchów cytoplazmy wywołanych przez zapłodnienie.