- 26 września 2026
Jednym z najtrudniejszych etapów procedury in vitro jest wybór komórek jajowych, które mają największy potencjał rozwojowy. Nawet oocyty wyglądające bardzo podobnie podczas standardowej obserwacji mikroskopowej mogą istotnie różnić się metabolizmem i zdolnością do prawidłowego rozwoju po zapłodnieniu. Badaczki związane z Małopolskim Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego oraz Instytutem Fizyki Jądrowej PAN opracowały metodę wykorzystującą holotomografię do trójwymiarowego obrazowania żywych komórek jajowych. Jej szczególną zaletą jest możliwość zajrzenia do wnętrza oocytu bez stosowania barwników i bez uszkadzania materiału biologicznego. Technologia może w przyszłości dostarczać embriologom dodatkowych, ilościowych informacji pozwalających ocenić, które komórki mają najlepsze parametry przed zapłodnieniem. Metoda jest jednak nadal rozwijana i walidowana, dlatego na obecnym etapie należy mówić o jej potencjale, a nie o udowodnionym wzroście skuteczności leczenia IVF.
Rozwiązanie opracowane przez krakowski zespół opiera się na holotomografii, czyli zaawansowanej metodzie obrazowania pozwalającej uzyskać trójwymiarowy obraz wnętrza żywej komórki. Technika wykorzystuje różnice we współczynniku załamania światła przez poszczególne elementy znajdujące się w oocycie. Dzięki temu można rozróżniać struktury biologiczne bez konieczności wprowadzania do komórki znaczników fluorescencyjnych czy barwników. Ma to ogromne znaczenie w przypadku komórek jajowych przeznaczonych do wykorzystania w procedurze wspomaganego rozrodu. Oocyt po przeprowadzonej analizie musi bowiem zachować swoją integralność oraz zdolność do dalszego rozwoju. Zamiast pobierać fragment komórki lub wykonywać procedurę, która mogłaby ingerować w jej strukturę, badacze analizują sposób przechodzenia światła przez całą jej objętość.
Samo wykorzystanie holotomografii nie było jednak jedynym wyzwaniem. Komórka jajowa jest dużą, kulistą komórką, która nie przylega naturalnie do powierzchni naczynia i może poruszać się w pożywce hodowlanej. Zespół musiał więc opracować sposób odpowiedniego przygotowania oraz unieruchomienia oocytu, aby możliwe było jego dokładne zobrazowanie z wielu kierunków. Uzyskane dane są następnie przetwarzane komputerowo i służą do stworzenia przestrzennej rekonstrukcji komórki. Według informacji Uniwersytetu Jagiellońskiego cały proces przygotowania i analizy puli oocytów został zoptymalizowany tak, aby mógł zostać przeprowadzony w około 10 minut. Krótki czas jest szczególnie ważny w embriologii, ponieważ komórki jajowe podczas procedury IVF przebywają w ściśle kontrolowanym środowisku, a każdy dodatkowy etap laboratoryjny powinien być możliwie szybki i przewidywalny.
Jednym z najważniejszych elementów analizowanych za pomocą nowej metody jest profil lipidowy oocytu. Lipidy nie są w komórce jedynie zapasem energii. Tworzą błony komórkowe, uczestniczą w przekazywaniu sygnałów oraz wpływają na wiele procesów metabolicznych potrzebnych podczas dojrzewania komórki jajowej i pierwszych etapów rozwoju zarodka. Znaczenie ma zarówno całkowita ilość lipidów, jak i wielkość oraz rozmieszczenie kropli lipidowych wewnątrz komórki. Dwie komórki, które w zwykłym mikroskopie wyglądają niemal identycznie, mogą pod tym względem znacząco się różnić. Holotomografia pozwala przedstawić te różnice przestrzennie oraz określić parametry, których nie można wiarygodnie ocenić na podstawie samego zewnętrznego wyglądu oocytu. To właśnie możliwość przejścia od subiektywnej obserwacji do danych ilościowych jest jednym z najważniejszych założeń rozwijanej technologii.
Szczególne znaczenie ma również związek lipidów ze stresem oksydacyjnym. Gdy w komórce dochodzi do zaburzeń równowagi metabolicznej, związki tłuszczowe mogą stosunkowo wcześnie ulegać niekorzystnym zmianom. W kroplach lipidowych mogą gromadzić się produkty procesów utleniania, a nieprawidłowa struktura i rozmieszczenie lipidów mogą być sygnałem pogarszającej się kondycji komórki. Zespół prof. Grażyny Ptak od lat zajmuje się badaniem znaczenia kropli lipidowych w oocytach i zarodkach. Badania na modelach zwierzęcych wskazywały na związek zaburzonego profilu lipidowego komórek jajowych z późniejszymi problemami rozwojowymi. Nie oznacza to jednak, że pojedynczy parametr lipidowy może już dziś jednoznacznie przewidzieć wynik procedury IVF u człowieka. Właśnie dlatego konieczne są dalsze badania i walidacja pozwalająca określić, które cechy profilu lipidowego mają największą wartość prognostyczną w praktyce klinicznej.
W naturalnym cyklu zazwyczaj do owulacji dochodzi po dojrzewaniu jednego dominującego pęcherzyka. Podczas procedury in vitro stosowana jest natomiast kontrolowana stymulacja hormonalna, której celem jest doprowadzenie do jednoczesnego rozwoju większej liczby pęcherzyków i uzyskania kilku lub kilkunastu komórek jajowych. Po ich pobraniu embriolodzy muszą określić stopień dojrzałości i zdecydować o dalszym postępowaniu. Problem polega na tym, że sam wygląd oocytu nie pozwala zobaczyć wszystkich różnic dotyczących metabolizmu i organizacji jego wnętrza. Komórki mogą mieć podobną wielkość, kształt i wygląd pod mikroskopem, a mimo tego różnić się zdolnością do prawidłowego zapłodnienia, kolejnych podziałów komórkowych i rozwoju zarodka. Klasyczna mikroskopia dostarcza więc bardzo ważnych informacji, ale nie pozwala bezpośrednio zajrzeć w część procesów biologicznych zachodzących wewnątrz żywej komórki.
Nowa metoda ma uzupełnić właśnie tę lukę. Zamiast ograniczać ocenę wyłącznie do cech widocznych na powierzchni, holotomografia pozwala analizować struktury znajdujące się w całej objętości oocytu. Teoretycznie może to umożliwić stworzenie dodatkowego systemu oceny, w którym embriolog otrzymałby nie tylko obraz komórki, ale także zestaw mierzalnych parametrów opisujących między innymi jej profil lipidowy. Nie oznacza to, że dotychczasowe kryteria laboratoryjne przestaną być potrzebne. Bardziej prawdopodobnym kierunkiem jest połączenie kilku źródeł informacji i stworzenie dokładniejszej oceny jakości biologicznej oocytów. Takie podejście wpisuje się w szerszy rozwój medycyny reprodukcyjnej, w której poszukuje się nieinwazyjnych biomarkerów pozwalających przewidywać potencjał komórek jajowych i zarodków bez naruszania materiału, który później może zostać wykorzystany podczas leczenia.
Najważniejszą potencjalną korzyścią nie jest samo uzyskanie dokładniejszego obrazu komórki, lecz możliwość wykorzystania tych informacji do podejmowania lepszych decyzji podczas procedury IVF. Jeżeli uda się wiarygodnie określić cechy charakterystyczne dla oocytów o największym potencjale rozwojowym, embriolog będzie mógł preferować właśnie takie komórki podczas dalszych etapów leczenia. W założeniu mogłoby to ograniczyć sytuacje, w których do zapłodnienia wybierane są oocyty wyglądające prawidłowo, ale mające niewidoczne podczas klasycznej obserwacji zaburzenia metaboliczne. Potencjalnym efektem byłoby zwiększenie prawdopodobieństwa powstawania prawidłowo rozwijających się zarodków oraz ograniczenie liczby nieudanych prób. Dla pacjentów mogłoby to oznaczać przede wszystkim skuteczniejsze wykorzystanie komórek uzyskanych podczas jednego cyklu stymulacji.
Trzeba jednak wyraźnie odróżnić potencjał technologii od potwierdzonego efektu klinicznego. Informacje przedstawione przez Uniwersytet Jagielloński dotyczą rozwijanej metody i prowadzonych prac walidacyjnych. Aby można było stwierdzić, że wykorzystanie holotomografii rzeczywiście zwiększa odsetek ciąż czy żywych urodzeń, potrzebne są odpowiednio zaprojektowane badania kliniczne porównujące wyniki standardowych procedur z procedurami wykorzystującymi dodatkową selekcję oocytów. Sukces leczenia niepłodności zależy ponadto od wielu elementów - wieku pacjentki, rezerwy jajnikowej, przyczyny niepłodności, jakości nasienia, prawidłowego rozwoju zarodka, stanu endometrium oraz wielu innych czynników biologicznych. Holotomografia nie jest więc sposobem na rozwiązanie wszystkich problemów związanych z IVF, ale może stać się kolejnym narzędziem zwiększającym precyzję jednego z kluczowych etapów całej procedury.
W przypadku nowych metod stosowanych w embriologii bezpieczeństwo ma szczególne znaczenie, ponieważ badana komórka może później zostać zapłodniona i dać początek zarodkowi. Z tego powodu ogromnym atutem holotomografii jest brak konieczności stosowania barwników oraz markerów fluorescencyjnych. Obraz powstaje dzięki analizie sposobu załamywania się światła w różnych strukturach biologicznych. Nie trzeba więc wprowadzać do wnętrza oocytu dodatkowych substancji ani pobierać jego fragmentu wyłącznie na potrzeby wykonania obrazu. Technologia została zaprojektowana w taki sposób, aby można było przeprowadzić analizę żywej komórki znajdującej się w środowisku hodowlanym. Jest to zasadnicza różnica w stosunku do wielu metod badawczych wykorzystywanych w biologii komórkowej, które pozwalają uzyskać bardzo dokładne informacje, ale wymagają utrwalenia, zabarwienia lub innego przygotowania materiału uniemożliwiającego jego późniejsze wykorzystanie.
Określenie metody jako bezinwazyjnej nie oznacza jednak, że etap oceny jej bezpieczeństwa można uznać za zakończony. Każda technologia mająca znaleźć zastosowanie w procedurach wspomaganego rozrodu musi zostać dokładnie zwalidowana pod względem wpływu warunków obrazowania, czasu badania, temperatury, środowiska hodowlanego oraz innych czynników na komórkę i późniejszy rozwój zarodka. Krakowski zespół prowadzi obecnie dalsze prace badawcze, między innymi na modelach zwierzęcych oraz komórkach udostępnianych do badań przez współpracujące kliniki leczenia niepłodności. Metoda została również objęta zgłoszeniem patentowym. Jej przyszłe zastosowanie kliniczne będzie więc zależało zarówno od dalszych wyników naukowych, jak i od stworzenia odpowiedniego systemu umożliwiającego bezpieczne i powtarzalne stosowanie technologii w laboratoriach embriologicznych.
Technologia nie jest jeszcze standardową procedurą dostępną pacjentkom podchodzącym do in vitro. Zespół prowadzi dalsze badania oraz prace nad rozwiązaniami umożliwiającymi jej praktyczne wykorzystanie. Jednym z kierunków jest współpraca z producentami mikroskopów holotomograficznych i stworzenie odpowiedniego wyposażenia oraz oprogramowania, dzięki którym analiza mogłaby zostać wykonywana bezpośrednio w laboratoriach embriologicznych. Istotne jest również takie ustandaryzowanie procedury, aby wyniki uzyskiwane w różnych ośrodkach były porównywalne, a interpretacja danych nie zależała wyłącznie od doświadczenia konkretnego operatora. Sam fakt, że przygotowanie i analiza mogą zostać przeprowadzone stosunkowo szybko, zwiększa szansę na praktyczne zastosowanie rozwiązania, ale przed jego szerokim wdrożeniem potrzebne będzie jeszcze potwierdzenie wartości diagnostycznej i klinicznej.
Kolejnym etapem rozwoju ma być wykorzystanie sztucznej inteligencji i uczenia maszynowego. Oprogramowanie mogłoby automatycznie analizować trójwymiarowe obrazy komórek, wykrywać charakterystyczne nieprawidłowości i klasyfikować oocyty według określonych parametrów. Embriolog nie musiałby wówczas samodzielnie interpretować ogromnej liczby danych powstających podczas obrazowania, lecz otrzymywałby dodatkową informację wspierającą decyzję. Taki system wymaga jednak dużej liczby dobrze opisanych przypadków oraz sprawdzenia, czy wskazywane przez algorytm cechy rzeczywiście wiążą się z późniejszym prawidłowym rozwojem zarodka, implantacją i urodzeniem dziecka. Jeśli kolejne etapy walidacji potwierdzą te zależności, polska metoda może stać się przykładem wykorzystania fizyki, biologii komórkowej i analizy danych do rozwiązania jednego z najtrudniejszych problemów współczesnej medycyny reprodukcyjnej.
