會自我修復的神奇胚胎 讓著床前基因篩檢(PGS)來告訴妳

PGS目前在臨床上,可協助高齡、多次試管嬰兒失敗、或習慣性流產的夫妻初步篩檢胚胎染色體,希望能降低與避免染色體異常的風險
2010-05-19
作者 Ashley

在寶寶發育的過程中,有許多關卡與挑戰要克服,而全天下的爹地媽咪們,心裡一定是幫自己的寶貝搖旗吶喊,希望他(她)能關關難過關關過,直到健康平安抱在懷裡,才敢大喘一口氣。在實驗室中,當精子與卵子結合成胚胎後,一路上的發育記錄,一張張的胚胎照片敘述著奇妙的成長過程,但究竟胚胎培養師們細心呵護的這些胚胎寶寶,在細胞複製分裂過程中,最重要的染色體是否正常呢?

人類正常染色體套數應該為雙套體(euploid),如台大蘇怡寧醫師所分享的,全染色體就像套百科全書,總共有23套叢書,每套叢書有一模一樣的兩本,不管是那一套叢書多出一本(染色體套數異常,aneuploid)、甚至是內容文章多出一章、或是極重要的句子中錯了一個字母(點突變,point mutation),都可能會造成胚胎的異常。而這些異常視影響嚴重程度,有可能造成流產、死胎、或是帶有病徵的寶寶。例如唐氏症(21三倍體trisomy)、克林費氏症(XXY)、透納氏症(X單倍體monosomy),皆為發生率較高的染色體套數異常。

究竟為什麼成雙成對的染色體會發生如此的套數異常呢?

(ㄧ)在產生精子與卵子細胞的減數分裂過程中發生異常,造成精卵本身帶著錯誤套數的染色體,故精卵結合後的胚胎染色體套數跟著異常。此種異常會造成胚胎發育過程中,所有細胞的染色體套數皆錯誤。

(二)精卵帶有正常套數染色體,但在受精後的胚胎,進行有絲分裂過程時發生異常,某些細胞可能會帶有錯誤套數染色體,某些細胞帶著正常套數染色體,此種異常稱為鑲嵌型異常(mosaicism)。

過去針對不孕夫妻或是帶有遺傳疾病的夫妻研究,發現只有50%的胚胎是染色體正常的,即便是年輕可懷孕的夫妻,胚胎正常染色體的比例也才提高到55~60%。而要如何判斷這手上一顆顆珍貴的胚胎寶寶,誰是正常的呢?

雖說不能以貌取人,但目前多是利用胚胎的外觀與成長過程做挑選,例如原核的分級、分裂的速度及型態、碎片的多寡、是否能發展至囊胚期等。研究也指出如果先從外觀進行篩選,則可提升染色體正常的胚胎比例至60~70%,或是有正常分裂速率的胚胎,也較發育遲緩或太快速的胚胎染色體正常率來得高。但即使如此,仍是有30~40%外觀正常的胚胎,卻帶有異常的染色體套數。

欲在胚胎時期篩檢染色體套數是否正常,可利用螢光染色體原位雜交技術(FISH),運用特定的探針,針對染色體的套數進行篩檢,當應用在著床前胚胎檢驗上,稱為著床前染色體診斷PGD-AS(又稱PGS),適用於經歷屢次試管嬰兒失敗、高齡、習慣性流產、家族史有染色體異常等夫妻。

PGS探針可結合至細胞核內的染色體,並發出螢光進行判讀。目前多是在胚胎培養至第三天,六至八個胚葉細胞時,採取一至二個細胞,固定在玻片上進行檢測,而剩餘之胚葉細胞則繼續培養或是進行冷凍等待報告結果。目前也逐漸發展至第五天囊胚期滋養層細胞採樣(TE biopsy),採取的細胞數目較多,檢測率相對提高。 

在2009年以色列生殖學者Dalit Ben-Yosef等人,將第三天PGS篩檢出染色體套數異常的胚胎,繼續培養至第五天再次確認,欲探討胚胎是否在發育過程中,有自我修復的機轉。

  1. 19位case,共22個PGS週期
  2. 平均取卵顆數13.5±6.9顆,2PN顆數9.6±4.7顆,受精率75.1%±18.3
  3. 胚胎培養至第三天,採取胚葉細胞進行PGS,針對第13、15、16、18、21、22對染色體與X、Y染色體檢測
  4. 若第三天胚胎細胞數大於等於7個細胞,採2個胚葉細胞進行PGS
  5. 若第三天胚胎細胞數小於7個細胞,採1個胚葉細胞進行PGS
  6. 總共發現83個胚胎染色體套數異常(aneuploidy)
  7. 將這83個胚胎繼續培養至第五天,不論胚胎發育至任何階段,將全部胚胎細胞固定染色,再次進行PGS確認
  8. 此83個染色體套數異常之胚胎,囊胚形成率25.3%

  9. 第三天的胚胎進行PGS,所觀察到的染色體套數異常統計分析如下:
    兩個細胞核皆檢測出某染色體出現三條 (Trisomy) 22(26.5%)
    兩個細胞核皆檢測出某染色體出現單條 (Monosomy) 23(27.7%)
    有多對染色體異常 (Multiple aberration) 14(16.9%)
    鑲嵌型   一個細胞核發現正常/一個細胞核發現異常 7(8.4%)
    鑲嵌型   兩個細胞核發現不同的異常 8(9.6%)
    所有檢測的染色體皆為單倍體 (Haploidy) 1(1.2%)
    所有檢測的染色體皆為多倍體 (Polyploidy) 6(7.3%)
    無檢測結果 2(2.4%)
  10. 將第三天異常的胚胎養至第五天,PGS再次確認多個細胞(平均8.9±6.4個),發現染色體異常的情況與第三天不盡相同,推測胚胎有自我修復的機制:
    檢測結果與第三天相符 26(31.3%)
    檢測結果發現部分細胞或全部細胞皆恢復正常染色體套數 27(32.6%)
    檢測結果較第三天出現更多的異常 30(36.1%)
  11. 作者將27個部份或全部恢復正常染色體套數的胚胎,進行統計分析,發現原本為三套體(trisomy)的異常胚胎,自我修復率高於其他種類染色體異常(22個trisomy胚胎中有8個自我修復率大於50%):

  12. 而也觀察到能發育至囊胚期的胚胎,自我修復率較高(21個發展至囊胚期的胚胎,其中有8個可自我修復,38.1%)。

結 論:

  1. 因為作者在第三天採檢兩個胚葉細胞,可探討鑲嵌型的異常與胚胎自我修復的相關性。
  2. 作者觀察到可正常發育至囊胚期的胚胎,比起其他發育速度較慢之胚胎,有較高的自我修復率。
  3. 作者觀察到胚胎染色體為三套體的異常(trisomy),較其他異常有較高的自我修復率。

 

討 論:

a.在著床前的胚胎發生鑲嵌式染色體異常的比例高,而鑲嵌式的異常,在成長發育過程中,正常染色體套數的健康細胞,可能較異常染色體套數的細胞,取得繼續發育的優先權,故慢慢地將異常修復回來。

b.第二種機轉可能是三套體的修復(trisomic rescue)。

  1.  自我修復的機制,作者提出幾種可能:
  2. 三套體的修復(trisomic rescue)目前機轉仍未被完全解開,推測可能為anaphase lagging(一條染色體在分裂過程中沒有成功分配入子細胞中)或是在早期分裂時nondisjuction(兩條相同的染色體被置入同一個子細胞中)。 

PGS目前在臨床上,可協助高齡、多次試管嬰兒失敗、或習慣性流產的夫妻初步篩檢胚胎染色體,希望能降低與避免染色體異常的風險,但任何篩檢仍有需改進研究的地方,作者建議在第三天的胚胎至少取兩個細胞來增加PGS診斷的準確性,而目前也慢慢發展成第五天胚胎採取滋養層細胞(TE biopsy)進行PGS,以期能增加可參考之細胞數、準確率,並減少對胚胎的傷害。每對準爸媽心裡忐忑的都是心肝寶貝的健康,在生殖科技日新月異的今天,送子鳥也開始提供PGS的服務,期許乘風飛來的小天使們都能帶給妳(妳)們最大的幸福與喜樂。

參考資料

  1. Shiri Barbash-Hazan, Tsvia Frumkin, Dalit Ben-Yosef et al., Preimplantation aneuploid embryos undergo self-correction in correlation with their developmental potential. Fertility and Sterility. 2009, 92(3), 890-895.

評論

賴興華 醫師
賴興華 醫師
  1. 這篇研究令我佩服造物者之奧妙,原來「生物本能」在早期胚胎已悄悄存在,這樣的自我修復能力在子宮內是否比體外培養強?如果答案是肯定的,第三天植入是否會比第五天植入好?
  2. 有能力自我修復之胚胎比較有機會發展至囊胚胎,如果修復能力決定了胚胎是否往好的方向發育,為了挑選最優胚胎植入是否要等囊胚期才能判斷?或者說囊胚植入之胚胎一旦懷孕,其結果會比較好,出現萎縮性囊胚、流產、胎兒異常...之機率相對比較低?這些都有待更多研究證實。
  3. 這研究讓我想起乳癌細胞修復基因,據研究易罹患乳癌的人通常是修復基因出了問題,才會讓癌細胞持續分裂下去。
  4. 感謝生殖中心同仁Ashley百忙中分享讀書心得,知識的獲得與創新思維使我們持續成長與快樂。

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