Эмбриональное развитие человека. Оплодотворение - фертилизация.

Обновлено: 25.04.2024

Экстракорпоральное оплодотворение - это метод лечения бесплодия, при котором оплодотворение яйцеклеклетки и начальные этапы развития эмбриона происходят вне организма женщины.

Показания для лечения бесплодия помощью ЭКО :

Отсутствие проходимости маточных труб
Различные формы эндометриоза
Высокий риск генетических заболевания у ребенка, требующий проведения преимплантационной генетической диагностики эмбриона перед его переносом
Высокий риск хромосомной патологии плода, ассоциированный со старшим репродуктивным возрастом родителей (страше 35 лет)
Мужское бесплодие
Эндокринное бесплодие.

Протокол ЭКО состоит из целого ряда последовательных этапов:

Стимуляция суперовуляции/ мониторинг роста фолликула в естественном цикле
Трансвагинальная пункция фолликулов. Этап извлечения яйцеклеток из яичников женщины.
Проведение опдлодотворения яйцеклеток сперматозоидами партнера/донора спермы
Культивирование эмбрионов
Перенос эмбрионов
Возможно проведение криоконсервации эмбрионов с целью отсроченного переноса, например, после получения результатов преимплантационной генетической диагностики, или проведения программы отсроченного материнства, программы сохранения фертильности, когда перенос эмбринов может быть проведен спустя месяцы или годы после получения эмбрионов.

Гаметы (ооциты и сперматозоиды) получают от биологических родителей или из банка доноров. Яйцеклетки извлекают из яичников женщины методом пункции фолликулов в ходе их естественного созревания. Но, как правило, в программах ВРТ используют медикаментозное стимулирование для получения достаточного количества ооцитов. Оплодотворение происходит в лабораторных условиях под контролем специалистов. В некоторых протоколах даже слияние сперматозоида и яйцеклетки контролируется эмбриологом (ICSI). После in vitro оплодотворения зиготы переносят в специальную, обогащенную альбумином, питательную среду для нормального предимплантационного развития эмбрионов. Процесс выращивания эмбриона в условиях in vitro называют культивированием.

В каких условиях культивируют эмбрионы

Ключевым моментом эмбриологического этапа программы ЭКО для предимплантационных эмбрионов человека, развивающихся in vitro, является создание максимально приближенных условий к условиям in vivo.

Эмбрионы культивируются в инкубаторах. Обязательными условиями для in vitro культивирования эмбрионов являются:

температура 37 градусов Цельсия;
рН культуральной среды, стабильность которой обеспечивается слоем минерального масла сверху культуральной среды и концентрацией СО2
определенное содержание углекислого газа (5,5%-6.0% в зависимости от выбранной культуральной среды), азота и кислорода (не более 5%).

В инкубаторе находятся яйцеклетки перед оплодотворением, полученные в результате пункции фолликулов или после разморозки ооцитов. Все процессы, включая оплодотворение, дробление, бластуляция также проходят в условиях инкубатора.

Как долго эмбрионы культивируются в инкубаторе

После оплодотворения культивирование эмбрионов может продолжаться в условиях in vitro до 5-6 дней. Продолжительность зависит от нескольких факторов:

количество полученных ооцитов/эмбрионов;
возраст и состояние здоровья пациента/реципиента;
необходимость проведения ПГТ-А, ПГТ-М

Если получено и оплодотворено небольшое количество яйцеклеток (1-2), то перенос можно проводить на третий день развития эмбрионов. Женщинам, у которых в анамнезе уже есть 1-2 попытки ЭКО и есть достаточное количество эмбрионов, чтобы выбрать лучший эмбрион для переноса в полость матки, рекомендуется подсаживать эмбрионы на пятый день развития. Если предполагается проведение предимплантационного генетического тестирования (ПГТ), то эмбрионы культивируются до 5-6 суток с целью проведения биопсии трофэктодермы на стадии бластоцисты.

Какие среды используются для культивирования эмбрионов

От культуральной среды зависит правильное развитие и продолжительность культитвирования эмбрионов. Чаще всего используют 2 типа сред:

двух-шаговая культуральная среда (sequential medium): используется с 1-3 день с заменой среды на 3-5 день культивирования:
в состав среды для культивирования с 1-го по 3-й день развития входят аминокислоты, белки, витамины, лактат кальция. Среда имеет определенный состав и уровень pH, который обеспечивает правильное развитие эмбриона на ранних стадиях дробления;
для пролонгированного культивирования с 3-го до 5-6-го дня используют среды с глюкозой, аминокислотами, таурином, комплексом витаминов, альбумином. Состав элементов поддерживает рост и развитие эмбриона до стадии бластоцисты, максимально укрепляет его, обеспечивает высокую жизнеспособность и готовность к имплантации.
универсальные, одношаговые среды (one step medium), подходящие для культивирования с 1-5 день развития эмбрионов без замены среды.

Этапы роста и развития эмбриона в процессе культивации

После оплодотворения зигота проходит ряд изменений, свидетельствующих о правильном развитии:

Дольше 6-7 дней эмбрионы не культивируют, их необходимо либо перенести в полость матки реципиента, либо подвергнуть криоконсервации.

Что такое протокол культивирования эмбрионов

Протокол культивирования - это документ, в котором эмбриолог отражает все стадии развития эмбрионов по дням. В протоколе культивирования указываются генетические родители (пациенты/доноры) и реципиенты (пациенты/суррогатная мать). Отмечается количество полученных в результате пункции ооцитов, их зрелость, наличие отклонений цитоплазмы и оболочки ооцитов, а также заносится спермограмма. Далее вносятся результаты оплодотворения и культивирования, морфологические характеристики каждого эмбриона, фиксируются эмбрионы которым проведена биопсия, сделан перенос в полость матки или проведена криоконсервация, отмечаются условия культивирования, какие среды были использованы.

В МЦРМ эмбриологи действуют по четко прописанным протоколам/алгоритмам. . Алгоритмы отработаны, прописаны в СОП (Стандартное Описание Процедуры), что исключает возможность какой-либо ошибки. На каждом этапе работы эмбриолога с биологическим материалом пациентов существует «контроль качества», соответствующий строгим международным критериям. Эмбриологи нашего центра работают в лаборатории, построенной по специальному проекту, оснащенной новым современным оборудованием, с использованием качественных культуральных сред и вспомогательных материалов, используя в своей практике современные методы и эффективные разработки, позволяющие достичь высоких результатов.

Как происходит оплодотворение яйцеклетки

Оплодотворение - это процесс слияния женской (яйцеклетка) и мужской (сперматозоид) половых клеток, в результате которого зарождается новая жизнь. С этого момента начинает развиваться ребенок в теле материи, соответственно, начинается беременность.

Во время полового акта (семяизвержения) сперма партнера попадает во влагалище, среда которого имеет повышенную кислотность, что приводит к гибели значительной части сперматозоидов. Те же половые клетки, которые выжили, продвигаются к шейке матки и далее в саму полость матки. Из неё сперматозоиды попадают по маточным трубам к яичникам. Процесс оплодотворения происходит в самой широкой дистальной части маточной трубы - ампулярной.

Этапы оплодотворения яйцеклетки

Оплодотворение представляет собой сложный процесс, состоящий из ряда этапов. На каждом из них могут возникать определенные проблемы, что в свою очередь, может приводить к бесплодию.

Оплодотворение: этапы развития эмбриона

Дробление. Зигота продвигается по маточным трубам к полости матки и в ней начинается процесс дробления - митотического деления. На этом этапе размер эмбриона не увеличивается, а только количество его клеток. Длится процесс деления около 3 суток.
Дифференциация. На 4-е сутки клетки эмбриона разделяются на два слоя - эмбриобласт и трофобласт.
Стадия бластоцисты. На 5-е сутки после оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом эмбрион формирует бластоцисту, которая состоит из порядка 30 клеток, а далее, к концу своего развития - из 200 клеток.
Имплантация. На 7 - 10 сутки после того, как произошло оплодотворение, бластоциста прикрепляется к эндометрию (внутренний слой, выстилающий полость матки). На этапе имплантации происходит тесное физическое и химическое взаимодействие эндометрия и бластоцисты. В итоге эндометрий окружает её со всех сторон.

На всех из вышеперечисленных этапов возможен сбой вследствие ряда провоцирующих факторов внешней и внутренней среды женского организма и, даже если произошло оплодотворение, беременность не развивается. Если это повторяется систематически - возникает бесплодие.

Тщательное обследование и качественное лечение всех видов бесплодия проводится в клинике «Центр ЭКО» Курск.

Эмбриология

Эмбриология человека - это направление науки, занимающееся изучением развития зародыша, то есть организма на ранних стадиях развития до рождения. Знания в области эмбриологии человека необходимы всем врачам, особенно работающим в направлении педиатрии и акушерства.

Знания эмбриологии оказывают помощь при диагностике нарушений в системе мать-плод, выявлении болезней детей после рождения, а также выявлении причин уродств.

На сегодняшний день знания в сфере эмбриологии применяют для выявления и ликвидации причин бесплодия, разработки противозачаточных препаратов, трансплантации фетальных органов. Приобрели актуальность проблемы трансплантации зародыша в матку, экстракорпорального оплодотворения и культивирования яйцеклеток.

Эмбриология изучает несколько стадий развития зародыша:

оплодотворение с дальнейшим образованием зиготы;
дробление и образование бластоцисты;
гаструляцию - процесс образования зародышевых листов и осевых органов;
органогенез и гистогенез внезародышевых и зародышевых органов;
системогенез.

Внутриутробное развитие делится на три основных периода:

начальный - первая неделя;
зародышевый - вторая-восьмая недели;
плодный - начинается с девятой недели и завершается рождением ребенка.

В среднем внутриутробное развитие человека продолжается 280 суток.

Эмбриология: стадия оплодотворения и образования зиготы

Оплодотворение - процесс слияния мужских и женских половых клеток, в результате которого восстанавливается диплоидный набор хромосом и возникает новая клетка - оплодотворенная яйцеклетка (зигота). Для возможности оплодотворения концентрация в эякуляте сперматозоидов должна соответствовать 20-200 млн/мл, а их общее количество - 150 млн/мл.

Процесс оплодотворения состоит из трех фаз:

дистантного взаимодействия и сближения гамет;
контактного взаимодействия с активацией яйцеклетки;
проникновения сперматозоида в яйцеклетку с последующей сингамией (слиянием).

Дистантное взаимодействие обеспечивает хемотаксис - совокупность специфических факторов, отвечающих за повышение вероятности встречи мужских и женских половых клеток. В этом процессе важную роль играют вырабатываемые половыми клетками химические вещества.

Сразу после эякуляции происходит процесс капацитации - сперматозоиды под воздействием секрета женских половых путей приобретают оплодотворяющую способность. На механизм капацитации большое влияние оказывают гормональные факторы (например, прогестерон), активизирующие секрецию маточных труб.

Оплодотворение происходит в маточных трубах, ему предшествует осеменение, обусловленное хемотаксисом.

При контактном взаимодействии сперматозоиды приближаются к яйцеклетке, а затем вступают в контакт с ее оболочкой.

Далее происходит процесс проникновения головки и хвоста спермия в овоплазму. На периферии овоплазмы образуется оболочка оплодотворения.

В организме женщины в течение 12 часов после сближения мужского и женского пронуклеусов образуется одноклеточный зародыш - зигота.

Эмбриология: стадия дробления и образования бластоцисты

Дробление - это последовательный процесс деления зиготы без роста бластомеров. У человека дробление полное, асинхронное и неравномерное.

После первого дробления в организме женщины образуются два бластомера. Один из бластомеров обладает более крупными размерами и темной окраской, второй - светлый и более мелкий.

Из крупного бластомера происходит образование зародыша и большинства провизорных органов: плодной части плаценты и соединительной ткани хориона, желточного мешка, амниона, аллантоиса. Из второго бластомера развивается трофобласт.

Образование бластулы

Мелкие клетки в процессе дробления делятся быстрее крупных и обрастают их снаружи. Таким образом, образуется морула - скопление клеток. Внутри нее расположены крупные клетки, названные эмбриобластом, а снаружи мелкие клетки, названные трофобластом.

В ходе деления клеток морула увеличивается в размерах, клетками зародыша начинает секретироваться жидкость и накапливаться под трофобластом.

В дальнейшем объем жидкости увеличивается, образуется полость внутри зародыша, наполненная такой жидкостью, эмбриобласт оттесняется к периферии и прилипает к трофобласту. Образуется бластоциста.

Трофобласт образует выросты - ворсинки, вследствие чего поверхность бластулы неровная. Трофобласт - это первый провизорный орган, образующийся у зародыша. В дальнейшем трофобласт войдет в состав плаценты. Посредством трофобласта происходит имплантация зародыша в слизистую оболочку матки.

Эмбриология: стадия гаструляции

В результате перемещения клеток после образования бластулы образуется гаструла - двуслойный зародыш. Процесс образования гаструлы назван гаструляцией.

В процессе гаструляции происходит интенсивное перемещение клеток - будущие зачатки тканей перемещаются в соответствии с планом структурной организации будущего полноценного организма.

На стадии гаструляции зародыш состоит из зародышевых листков - разделенных пластов клеток. Наружный слой - эктодерма, внутренний - энтодерма. У позвоночных животных образуется третий слой (средний) - мезодерма.

Из эктодермы развиваются:

эпителий кожи;
нервная система;
эмаль зубов;
органы чувств.

Из энтодермы развиваются:

эпителий легких;
пищеварительные железы;
эпителий средней кишки.

Из мезодермы развиваются:

кровеносная система;
соединительная и мышечная ткани;
половые железы;
почки и др.

Выделяют несколько способов гаструляции:

инвагинация - осуществляется путем втягивания в бластоцель стенки бластулы;
деляминация - в эпителиальный пласт эктодермы преобразуются клетки, располагающиеся снаружи, а оставшиеся формируют энтодерму. Деляминация характерна для кишечнополостных;
эпиболия - обрастание клетками при неполном дроблении внутренней массы желтка или обрастание клеток другими быстро делящимися клетками;
иммиграция - миграция внутрь бластоцеля части клеток стенки бластулы;
инволюция - вворачивание наружного пласта клеток, увеличивающего в размерах, внутрь зародыша.

Эмбриология: стадия гистогенеза и органогенеза внезародышевых и зародышевых органов

Органогенез - совокупность процессов, приводящих к формированию зачатков органов и их последующей дифференциации в процессе эмбрионального развития.

В органогенезе выделяют:

нейруляцию - процесс образования нейрулы. В нейруле закладывается мезодерма, состоящая, в свою очередь, из зародышевых листков и осевого комплекса органов - хорды, нервной трубки и кишки. Клетки комплекса органов влияют друг на друга. Такое влияние носит название эмбриональной индукции.
гистогенез - ряд процессов, обеспечивающих образование и восстановление тканей в ходе онтогенеза.

На сегодняшний день эмбриология стала одним из важнейших направлений науки. В медицине ее применение не ограничивается областью гистологии и анатомии. Эмбриология имеет важное значение в развитии профилактической медицины, направленной на разработку и тестирование новых медицинских препаратов, борьбу с наследственными заболеваниями. Эмбриология имеет большие перспективы, связанные с развитием генетики и ряда других наук.

Также эмбриология тесно связана с ЭКО, так как эмбриологический период является одним из важнейших этапов программы экстракорпорального оплодотворения.

Клиническая эмбриология изучает причины нарушений эмбрионального развития, механизмы развития уродств, а также способы влияния на эмбриогенез.

Разработки в области ЭКО стали возможными благодаря использованию высокотехнологической медицины и развитию клинической эмбриологии. Исход экстракорпорального оплодотворения в большой степени зависит от знаний и опыта специалиста-эмбриолога.

Оплодотворение и период раннего развития эмбриона

Впервые в XIX веке с помощью микроскопа проникновение сперматозоида в яйцеклетку наблюдал швейцарский ученый Г. Фоль. Однако, свои интригующие наблюдения он сделал на морских беспозвоночных животных. Как же происходит оплодотворение у человека?

Во время полового акта при семяизвержении во влагалище женщины попадает 200-300 млн сперматозоидов. Они способны к активному движению только в слабощелочной среде. В период овуляции, под влиянием слизи шеечного канала, кислая среда верхней трети влагалища, куда попадает сперма, становится щелочной. Это позволяет сперматозоидам попасть из влагалища в полость матки через шеечный канал. Так для сперматозоидов начинается длинный «марафон», финиша в котором достигнут далеко не все из них. До «дальнего конца» маточных труб доходят самые активные и жизнеспособные сперматозоиды.

Свою оплодотворяющую способность сперматозоиды приобретают только во время продвижения по шеечному каналу, полости матки, маточным трубам. В это время происходят изменения в клеточной мембране сперматозоидов, в результате чего сперматозоиды приобретают способность к слиянию с яйцеклеткой. Этот процесс подготовки сперматозоидов к оплодотворению носит название капацитации (от анг. capacity — cпособность). Капацитация проходит и в условиях лаборатории, где удаляют семенную плазму и помещают сперматозоиды в специальную среду при температуре 37°С.

Достигнув яйцеклетки, множество сперматозоидов, словно толпа поклонников, окружают яйцеклетку и прикрепляются к ней.

Любопытно, что блестящая оболочка яйцеклетки (ZP) обладает способностью дополнительно активизировать сперматозоиды. В результате внешняя поверхность акросомы сперматозоида разрушается, и из нее выделяется специальный фермент (гиалуроновая кислота). Этот фермент растворяет довольно толстую оболочку яйцеклетки (ZP). В результате мужская гамета получает возможность пройти через блестящую оболочку и добраться до мембраны цитоплазмы яйцеклетки.

Затем происходит собственно оплодотворение: мембрана сперматозоида сливается с мембраной яйцеклетки, и отцовский генетический материал (гаплоидное ядро сперматозоида, содержащее одиночный набор хромосом) проникает в яйцеклетку, которая тоже имеет свой, материнский, гаплоидный набор хромосом. В результате нормального оплодотворения возникает новый организм с диплоидным (парным) набором хромосом (2PN).

Развитие клеток при оплодотворении

Довольно редко в клиниках ЭКО пациентам подробно рассказывают, какие стадии развития проходят их половые клетки, начиная с первых минут после оплодотворения. Мы решили восполнить этот пробел, чтобы дать нашим читателям возможность наглядно представить себе картину образования эмбриона из отдельных клеток.

Считается, что женские половые клетки (ооциты) и мужские (сперматозоиды) вносят одинаковый вклад в развитие эмбриона. Так считается, в основном, потому, что ооцит и сперматозоид имеют по 50% генетического материала будущего эмбриона. Однако помимо наследования ядерной ДНК развитие эмбриона зависит от нескольких факторов.

Во-первых, эмбрион наследует материнские митохондрии - органеллы, являющиеся “энергетическими станциями” клетки. Митохондрии имеют свою независимую молекулу ДНК, которая передается по наследству строго по материнской линии.

Во-вторых, в период роста предшественники ооцитов накапливают огромное количество РНК разных типов - молекул, которые будут использоваться на первых стадиях развития эмбриона для синтеза необходимых белков.

И, наконец, огромное значение имеет правильное формирование сложных белковых комплексов, пронизывающих клетку - цитосклета, микрофиламентов, а также правильное формирование органелл.

Таким образом, ооцит включает в себя множество важных для дальнейшего развития компонентов, тогда как основной вклад сперматозоида - ядерная ДНК.

Оплодотворение

Не останавливаясь подробно на механизмах оплодотворения, стоит сказать, что при естественном оплодотворении, при ЭКО или же ЭКО+ИКСИ возможно несколько вариантов. В норме через 16-20 часов после оплодотворения внутри бывшего ооцита образуются оформленные проядра (пронуклеусы) - мужское и женское, которые хорошо видны под микроскопом. В этот же период ооцит делится, выделяя маленькую клетку с половинным набором хромосом - полярное тело. Еще одно полярное тело выделяется в период созревания ооцита, еще до оплодотворения. Возможны варианты патологии.

1) Пронуклеусов не образуется вовсе. Такое может случиться, если сперматозоид не смог по каким-либо причинам запустить механизм активации ооцита. Обычно это происходит в случае, когда ооцит не был готов к оплодотворению.

2) Образуется один пронуклеус.

3) Образуется три и более пронуклеусов - эмбрион может развиваться и даже давать беременность, которая потом замирает. Такая ситуация может возникнуть, если в ооцит проникло 2 и более сперматозоида, либо если отделившееся полярное тело слилось с зиготой.

4) Клетка не жизнеспособна и дегенерирует (погибает).

Пригодны только эмбрионы, имеющие два пронуклеуса.

Дробление

Стадия дробления - стадия быстрых клеточных делений зиготы (оплодотворенного ооцита/яйцеклетки), характеризующаяся отсутствием фазы роста у получаемых после деления клеток (бластомеров). Также важно помнить, что в эту фазу эмбрион для своей жизнедеятельности расходует РНК, накопленную ооцитом, при этом свой геном эмбриона пока молчит. В норме на 2-е сутки после оплодотворения образуется 2-4 клетки, а на 3 сутки 6-8 бластомеров.

Важным критерием оценки качества эмбрионов на этой стадии является образование безъядерных фрагментов - мембранных пузырьков с цитоплазмой, отделяемых клеткой. В норме этот процесс происходит с малой частотой и фрагменты, отделившиеся от клетки, через несколько часов втягиваются обратно. У слабых эмбрионов целые клетки могут распадаться на такие фрагменты - уходить в апоптоз, т.е. гибнуть. В зависимости от количества таких фрагментов эмбриону присваивается буква - A, B, C или D.

Образование морулы

В норме к 4-м суткам межклеточные контакты в эмбрионе видоизменяются, и он превращается в компактную морулу. Качество компактной морулы не всегда просто оценить, поэтому обычно для переноса эмбриона дожидаются стадии бластоцисты (в норме 5-е сутки). Однако, само развитие эмбриона до стадии компактной морулы свидетельствует о запуске генетического аппарата эмбриона. Если развитие застопорилось на предыдущей стадии - это, скорее всего, говорит о генетических нарушениях в эмбрионе.

Образование бластоцисты.

С течением времени внутри морулы начинает образовываться большая межклеточная полость, характеризующая переход к стадии бластоцисты. Стадия бластоцисты - последняя стадия развития эмбриона перед имплантацией, и далеко не все эмбрионы в норме до нее доживают. Бластоциста состоит их трофобласта - тонкого слоя клеток, расположенных по краю полости бластоцисты, и внутренней клеточной массы - группы клеток, выглядящих как небольшая компактная морула внутри бластоцисты. Именно из внутренней клеточной массы образуются впоследствии ткани зародыша, а трофобласт даст внезародышевую ткань.

Характеризуется бластоциста с одной стороны размером своей полости по шкале от 1 до 5. С другой стороны, оценивается сформированность внутренней клеточной массы и трофобласта по трехбалльной шкале (буквами A, B или C). Клетки трофобласта должны быть мелкими, ровными, и в совокупности образовывать сферу. Внутренняя клеточная масса не должна фрагментироваться, и все ее клетки должны иметь плотные контакты, не позволяющие различать отдельных клеток. Более-менее точно оценить качество бластоцисты можно со стадии 3 (бластоциста среднего размера), но надо помнить, что криоконсервацию лучше всего переживают бластоцисты с маленькой полостью.

Читайте также: