CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỀU TRỊ IVF BẰNG KỸ THUẬT ỨNG DỤNG TRÊN TINH TRÙNG VÔ CÙNG MỚI MẺ

Tờ báo News-Medical đã có cuộc trò chuyện với Giáo sư Natan Shaked về kỹ thuật mới của ông cho tế bào tinh trùng có thể được sử dụng để giúp cải thiện kết quả phương pháp điều trị IVF.

Mời các anh chị đang làm việc tại các trung tâm IVF cùng tìm hiểu buổi trò chuyện của giáo sư để biết được điều gì mà ông mang đến cho lĩnh vực này, Intesco tin rằng điều này sẽ vô cùng thú vị dành cho các lab IVF.

Cuộc phỏng vấn đã được thực hiện vào ngày 22 tháng 5 năm 2020

NỘI DUNG BUỔI TRÒ CHUYỆN: CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỀU TRỊ IVF BẰNG KỸ THUẬT  ỨNG DỤNG TRÊN TINH TRÙNG VÔ CÙNG MỚI MẺ

Câu hỏi 1: Tại sao ngài chọn nghiên cứu tế bào tinh trùng và thụ tinh ống nghiệm?

Sự nghiệp học thuật của tôi tập trung vào việc nghiên cứu một phương thức hình ảnh hiển vi quang học 3D mới lạ nhưng rất hữu dụng về mặt thiết thực cho các ứng dụng y sinh, với trọng tâm là ảnh 3D của các tế bào sinh học trong in vitro không cần nhuộm.

Trong số các lĩnh vực ứng dụng khác nhau cho những công nghệ này, IVF là một trong những lĩnh vực rất nổi bật, nơi người ta muốn có được thông tin “nhiều hơn nữa” về các tế bào được quan sát, cùng với việc giảm thiểu thiệt hại cho các tế bào này.

Để so sánh, trong các bệnh lý điển hình, bạn có thể tự do sử dụng hóa chất nhuộm trên mẫu sinh học và sau khi phân tích, mẫu đó hoặc bị loại bỏ hoặc được lưu trữ, nhưng không bao giờ được sử dụng trở lại trên cơ thể người.

Khái niệm về IVF và ICSI

Theo định nghĩa hẹp hơn (và chính xác hơn), IVF thông thường (thụ tinh trong ống nghiệm) là một quy trình trong đó trứng của phụ nữ được đặt vào bên trong đĩa petri cùng với một lượng lớn tế bào tinh trùng và một số môi trường hỗ trợ, và sự thụ tinh được dự đoán sẽ xảy ra giữa trứng với một trong các tế bào tinh trùng.

Loại IVF tiên tiến và phổ biến hơn được gọi là ICSI (tiêm tinh trùng vào bào tương noãn), vì một số nghiên cứu đã chỉ ra tỷ lệ thụ tinh cao hơn khi chọn và tiêm trực tiếp một tế bào tinh trùng vào noãn. Các quy trình này liên quan đến lĩnh vực chung của ART (Công nghệ hỗ trợ sinh sản)

Câu hỏi 2: Làm thế nào ngài phát triển một phương pháp dựng hình ảnh 3D an toàn và chính xác để theo dõi chuyển động và chất lượng tế bào tinh trùng?

Chúng tôi đã phát triển các thiết lập ảnh ba chiều lâm sàng có thể hình dung các tế bào sinh học riêng lẻ mà không cần nhuộm với độ tương phản lớn và thu được nhiều thông tin hơn có thể với nhuộm thông thường (mà điều này thì không được áp dụng trong IVF hoặc ICSI).

Ảnh ba chiều sử dụng sự giao thoa quang học của chùm mẫu với một chùm tham chiếu để ghi lại độ trễ của ánh sáng truyền qua mẫu, và do đó nó mang lại độ tương phản định lượng không có đánh dấu trong hình ảnh.

Bằng cách này, chúng tôi ghi lại toàn bộ các đầu sóng mẫu có chứa bản đồ độ dày quang học, hoặc bản đồ OPD (độ trễ đường quang học) của tế bào, để tại mỗi điểm trên bản đồ này, OPD bằng với tích phân của các giá trị chiết suất trên suốt độ dày của tế bào.

Chúng tôi đã sử dụng một chùm ánh sáng rất yếu để tránh làm hỏng vật liệu di truyền.

Hình dưới đây trình bày hình ảnh của các tế bào tinh trùng thu được trong phòng thí nghiệm của tôi, minh họa sự khác biệt giữa thông tin định tính được cung cấp bởi kính hiển vi quang trường sáng (BFM), ngay cả khi đánh dấu hoặc nhuộm để tăng cường độ tương phản, kính hiển vi cản quang giao thoa chênh lệch (DIC), là một trong những kỹ thuật chụp ảnh pha định tính thường được sử dụng, và ảnh ba chiều, hoặc kính hiển vi pha giao thoa (IPM), cho phép đo định lượng độ dày quang học của tế bào trên tất cả các điểm của nó

Các giá trị trên bản đồ địa hình OPD tỷ lệ với mật độ bề mặt vật thể khô của tế bào được chụp ảnh, đây là một ví dụ về thông số tế bào mà cho đến nay các bác sĩ lâm sàng vẫn chưa có.

hình-1-dựng-3d-hình-ảnh-tinh-trùng

Hình 1: Chụp ảnh các tế bào tinh trùng giống nhau bằng phương pháp hiển vi định tính điển hình và với IPM định lượng (ảnh ba chiều), cung cấp bản đồ địa hình OPD, như đã thu được trong nhóm của tôi. Thanh màu bên phải đại diện cho các giá trị OPD tính bằng nm, cho hình ảnh ba chiều. BFM = Kính hiển vi quang trường sáng. DIC = Độ tương phản chênh lệch, IPM = Kính hiển vi pha giao thoa (ảnh ba chiều).

Nói chung, ảnh ba chiều dựa trên một công nghệ hoàn thiện về cảm biến mặt sóng. Tuy nhiên, cho đến thời gian gần đây nó không thể được triển khai tại các phòng khám do tính cồng kềnh, không di động và yêu cầu về các kỹ năng quang học cụ thể để điều chỉnh và sử dụng nó.

Trong vài năm trở lại đây, chúng tôi đã có những nỗ lực đáng kể và đã thành công trong việc làm cho các cảm biến đầu sóng này có giá cả phải chăng để sử dụng trực tiếp trong lâm sàng

Chúng tôi sử dụng các mô-đun nhỏ gọn và di động có thể được kết nối với kính hiển vi phòng thí nghiệm hiện có và cung cấp dữ liệu ảnh ba chiều với chất lượng tương tự hoặc thậm chí tốt hơn, so với những mô-đun này được cung cấp bởi các thiết lập cồng kềnh và đắt tiền.

Thật vậy, bằng cách sử dụng các thiết lập này, chúng tôi đã chứng minh rằng các thiết lập ảnh ba chiều sẵn sàng cho phòng khám có thể dựng hình ảnh các tế bào tinh trùng với độ tương phản tuyệt vời mà không cần nhuộm màu cũng như nhuộm màu chúng hoàn toàn, nghĩa là hiển thị các tế bào như chúng đã được nhuộm hóa học (như tờ PNAS đăng gần đây) (Khi mà các thiết lập này sở hữu tiềm năng phát hiện phân mảnh DNA trong tế bào tinh trùng mà không cần nhuộm màu)

Ảnh ba chiều chỉ cung cấp một bản đồ địa hình OPD. Nó không có khả năng phân tách nội bào và không thể cung cấp hình ảnh 3D theo trục x – y – z.

Để cho phép hiển thị hình ảnh 3D đầy đủ, chụp cắt lớp giao thoa được sử dụng, trong đó nhiều hình chiếu ba chiều từ nhiều góc độ được thu thập và xử lý để tạo ra bản đồ chỉ số khúc xạ 3D

Để cho phép thu thập các hình chiếu ba chiều cho nhiều góc nhìn, có hai cách tiếp cận: xoay toàn bộ mẫu hoặc dùng ánh sáng để quét.

Tuy nhiên, không có phương pháp nào trong số này có thể giải quyết được vấn đề thu được hình ảnh 3D, không đánh dấu, có độ phân giải cao của các tế bào vận động cực nhanh, giống như các tế bào tinh trùng bơi tự do vì việc xoay mẫu hoặc chiếu sáng cần nhiều thời gian.

Kết quả nghiên cứu Dựng hình ảnh 3D cho tế bào tinh trùng đã được trình bày ở các tờ báo khoa học

Trong bài báo Science Advances gần đây của chúng tôi, chúng tôi đã trình bày việc thu được hình ảnh 3D đầu tiên về chụp cắt lớp giao thoa có độ phân giải cao toàn bộ tế bào tinh trùng (với phần đầu có các bào quan và đuôi) trong quá trình bơi tự do mà không cần nhuộm tế bào

Chúng tôi đã đạt được trắc đồ chỉ số khúc xạ 3D của đầu tinh trùng, tiết lộ các bào quan bên trong hoạt động tốt và định hướng thay đổi theo thời gian và cả bản địa hóa 4D (theo không gian và thời gian) chi tiết của phần đuôi mỏng, năng động cao của tế bào tinh trùng.

Phương pháp chụp cắt lớp đầu tinh trùng dựa trên thực tế là tinh trùng quay đầu tự nhiên trong quá trình bơi tự do, vì vậy nó cho chúng ta khả năng “tự do” để ghi lại các hình chiếu ba chiều của nó. Phương pháp này có tiềm năng lớn cho cả xét nghiệm sinh học và ứng dụng lâm sàng các tế bào tinh trùng nguyên vẹn vì nó cung cấp hình ảnh động 3D (hoặc 4D).

Xem hình ảnh dưới đây:

Hình-2-dựng-3D-tế-bào-tinh-trùng

Hình ảnh tinh trùng 4D: Thu nhận 3D của một tế bào tinh trùng trong quá trình bơi tự do mà không nhuộm màu. Tỷ lệ chuyển đổi: 2000 khung hình/giây, Thời lượng: nửa giây.

hình-3-dựng-3d-tinh-trùng

Ảnh: Hình dung các bào quan bên trong của tế bào tinh trùng, có thể được phân biệt bằng các giá trị của chỉ số khúc xạ (RI) của chúng. Điều này được thực hiện trong quá trình bơi của tinh trùng và không nhuộm màu.

KỸ THUẬT HÌNH ẢNH MỚI CÓ CẢI TIẾN VƯỢT TRỘI HƠN HẲN SO VỚI KỸ THUẬT HÌNH ẢNH SỬ DỤNG TRƯỚC ĐÂY TRONG LĨNH VỰC IVF?

Câu hỏi 3: Phương pháp hình ảnh mới của ngài có những lợi ích gì so với các kỹ thuật hình ảnh khác đã được sử dụng trước đây trong IVF?

Về kỹ thuật ảnh ba chiều thông thường của chúng tôi, WHO (Tổ chức Y tế Thế giới) và cộng đồng khoa học và lâm sàng về y học sinh sản đã xác định chính xác cấu trúc bên trong của các tế bào tinh trùng “tốt”; để có thể đánh giá liệu các tế bào tinh trùng có tuân thủ các tiêu chí này hay không, người ta cần nhuộm tế bào bằng phương pháp hóa học, và bằng cách đó, khiến chúng không phù hợp để sử dụng trong IVF.

Kỹ thuật ảnh ba chiều của chúng tôi cho phép nhà phôi học có tất cả thông tin cần thiết để áp dụng các tiêu chí của WHO, cũng như nhiều thông tin sâu sắc hơn về các tế bào tinh trùng riêng lẻ đang được quan sát, chẳng hạn như mức độ phân mảnh DNA

Giờ đây thậm chí còn tốt hơn thế nữa, vì phương pháp chụp cắt lớp của chúng tôi cung cấp khả năng thu nhận đầy đủ các động lực học 3D của tinh trùng (và không chỉ một phép chiếu ba chiều). Việc phân tích có thể được thực hiện thủ công bởi nhà phôi học hoặc một cách tự động bằng máy tính

Khi hình ảnh 4D của các tế bào tinh trùng được chọn để thụ tinh được ghi lại (trái ngược với thực tế phổ biến hiện nay), chúng chứa nhiều thông số mới, chẳng hạn như khối lượng bào quan tinh trùng và động lực học 3D đầy đủ của nó. Một cơ sở dữ liệu về tinh trùng tế bào có thể được xây dựng, phân tích bằng cách học sâu, và sau đó được sử dụng để điều tra các lý do thành công/thất bại của các cặp vợ chồng, từ đó thiết lập một công cụ y học mới được cá nhân hóa.

Câu hỏi 4: Tại sao xét nghiệm hình ảnh trên tế bào tinh trùng an toàn lại quan trọng vậy?

Có những hướng dẫn quy định rất nghiêm ngặt về sự an toàn đối với giao tử (tức là trứng và tế bào tinh trùng) nhằm mục đích sử dụng để tạo phôi trong ống nghiệm, vì rõ ràng, người ta hy vọng rằng chúng sẽ trở thành những đứa trẻ.

Câu hỏi 5: Tại sao không được phép nhuộm tế bào tinh trùng trong IVF?

Có nhiều loại thuốc nhuộm khác nhau, tuy nhiên, phương pháp nhuộm có thể cần phải “giết chết” tế bào tinh trùng, bằng cách phá vỡ màng ngoài của nó để thấm (tức là xuyên qua) nó bằng chất đánh dấu cụ thể và liên kết bên trong với phân tử đích, có thể là một protein trong nhân, acrosome, tế bào chất, v.v

Hơn nữa, quy trình thụ tinh ống nghiệm ở người thường không cho phép sử dụng thuốc nhuộm huỳnh quang thậm chí cho các tế bào tinh trùng sống do nguy cơ làm hỏng vật liệu di truyền của tinh trùng

Giáo sư Natan Shaked chia sẻ về tầm quan trọng của chất lượng tinh trùng trong IVF:

Việc lựa chọn tinh trùng tốt hơn sẽ mang lại tỷ lệ và kết quả mang thai tốt hơn. Cho kết quả lâm sàng là ở một ca sinh sống trong số khoảng sáu chu kỳ IVF

Các tinh trùng riêng lẻ cuối cùng sẽ thụ tinh với trứng được cho là có vai trò quan trọng không kém trong việc quyết định số phận của việc mang thai, điều này tương tự đối với trứng. Việc nuôi cấy phôi điển hình trong 3 hoặc 5 ngày, sẽ chỉ cho một cái nhìn thoáng qua về “chất lượng” toàn diện của phôi và cơ hội sinh con sống của nó.

Trên thực tế, có những kỹ thuật tương đối mới đang được sử dụng để thay thế cho phương pháp chọc dò màng ối, thường được gọi là PGD hoặc PGS, nhưng chúng hầu như chỉ đủ để thử và xác định các đặc điểm di truyền cụ thể, vì vậy những phát triển này không cạnh tranh mà là hoàn thiện lẫn nhau

Ngoài ra, chúng tôi không muốn phải đối mặt với tình huống mà tất cả trứng trong chu kỳ IVF đều được thụ tinh bởi các tế bào tinh trùng không mong muốn.

Câu hỏi 6: Phương pháp này sẽ giúp cải thiện phương pháp điều trị IVF trong tương lai như thế nào?

Chúng tôi tin rằng cũng giống như bất kỳ chuyên viên phôi học nào hiện nay đang sử dụng kính hiển vi tiêu chuẩn của họ để xem cách một tế bào tinh trùng sáng giá bơi hoặc về hình dạng nói chung, trong một tương lai không xa, chúng ta sẽ thấy nhiều chuyên viên phôi học áp dụng sàng lọc toàn diện các tế bào tinh trùng sáng giá trước khi tiêm chúng vào những quả trứng đã lấy.

Giáo sư còn bày tỏ ứng dụng AI trong việc chọn lựa tinh trùng 

Xa hơn nữa, chúng tôi dự định tạo ra một cơ sở dữ liệu toàn diện về hình ảnh 3D không nhuộm của tinh trùng cùng với hình ảnh phôi thai và thông tin kết quả lâm sàng, đồng thời sử dụng các phương pháp học sâu, mở đường cho việc lựa chọn tinh trùng dựa trên dữ liệu lớn AI thế hệ tiếp theo.

 

Liên hệ Intesco để tìm hiểu thêm về xu hướng ứng dụng AI trong Xét nghiệm tinh dịch mang lại tính chính xác và loại bỏ yếu tố chủ quan. Chúng tôi đã có buổi tọa đàm online cùng các chuyên gia tại Việt Nam và chuyên gia nước ngoài, cùng đại diện công ty LensHooke

 

Câu hỏi 7: Ngài có tin rằng kỹ thuật hình ảnh của ngài có thể giúp chẩn đoán các vấn đề về khả năng sinh sản của nam giới không?

Cứ sáu cặp vợ chồng thì có một cặp gặp vấn đề về khả năng sinh sản. Người ta tin rằng 1/3 số trường hợp vô sinh là do nam, 1/3 do nữ và 1/3 còn lại là do yếu tố kết hợp.

Việc đánh giá lâm sàng xem trường hợp có thuộc một trong các nhóm này hay không thường được thực hiện, sau một số xét nghiệm lâm sàng và xét nghiệm thông thường được thực hiện với cặp vợ chồng bao gồm phân tích tinh trùng.

Kỹ thuật của chúng tôi dựa trên việc dựng hình ảnh duy nhất và trực tiếp mà không nhuộm tế bào tinh trùng với máy móc ở cấp độ lâm sàng.

Trong nghiên cứu của chúng tôi, chúng tôi đã tìm cách phát triển một loại công nghệ hình ảnh hoàn toàn mới có thể cung cấp càng nhiều thông tin càng tốt về tinh trùng và cho phép lựa chọn tinh trùng tối ưu trong các phương pháp điều trị thụ tinh trong ống nghiệm. Như đã giải thích ở trên, chúng tôi đã chọn chụp cắt lớp ba chiều.

Bằng việc sử dụng kỹ thuật của chúng tôi, chúng tôi tin rằng một xét nghiệm nhanh chóng, rẻ tiền và đơn giản có thể khẳng định hoặc phủ nhận những lời giải thích tiềm ẩn về vô sinh.

Kết quả nghiên cứu ứng dụng 3D cho tinh trùng xuất hiện trên tờ Fertility & Sterility

Trong bài báo về Khả năng sinh sản và Vô sinh của chúng tôi, chúng tôi đã chỉ ra rằng chúng tôi có thể làm tốt như quy trình của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đối với các tế bào nhuộm màu, nhưng không cần nhuộm màu. Và điều này chỉ bằng cách sử dụng một phép chiếu ba chiều duy nhất.

Tôi đã cùng với CEO Alon Shalev đồng sáng lập một công ty có tên QART Medical, dự kiến ​​sẽ đưa công nghệ này vào các phòng khám trong vòng 2 năm tới. TẠi công ty, chúng tôi đã chế tạo một số máy chụp ảnh tinh trùng lâm sàng và dự kiến ​​sẽ sớm bắt đầu thử nghiệm lâm sàng.

Bây giờ thậm chí còn tốt hơn thế nữa vì chúng tôi có một phương pháp dựng hình ảnh 3D rất nhanh cho toàn bộ tinh trùng (đầu và đuôi) mà không cần nhuộm màu.

Vì vậy, chúng ta có thể liên hệ động học 3D của tinh trùng với hình thái của nó và hiểu được cơ chế lựa chọn tinh trùng ở cơ thể phụ nữ.

Câu hỏi 8: Các bước tiếp theo trong nghiên cứu của ngài là gì?

Chúng tôi đã xây dựng một số nguyên mẫu làm việc trong phòng thí nghiệm của tôi để chụp ảnh ba chiều trong môi trường lâm sàng, chụp ảnh hàng nghìn tế bào tinh trùng, phân tích chúng và thực hiện các xét nghiệm khác nhau bởi các nhà phôi học lâm sàng có kinh nghiệm, để xác nhận kỹ thuật của chúng tôi

Chúng tôi muốn có thể đưa công nghệ này đến các phòng khám càng sớm càng tốt, công nghệ này sẽ cho phép sử dụng nó cho IVF và ICSI ở người.

Bằng việc sử dụng kỹ thuật hình ảnh 4D gần đây của chúng tôi, tôi dự định nghiên cứu các hành vi động lực học của tinh trùng trong các tình huống khác nhau, để xây dựng một mô hình lý sinh và cơ sinh thống nhất kết nối hình thái, chuyển động và nội dung 3D của tinh trùng

Tôi cũng có kế hoạch kiểm tra toàn bộ khả năng của kỹ thuật hình ảnh 4D không cần nhuộm màu của chúng tôi trong việc phát hiện các chi tiết hình thái khác nhau mà cho đến nay không thể phát hiện được trong quá trình thụ tinh ống nghiệm và ICSI và định lượng tầm quan trọng lâm sàng của chúng, cũng như kiểm tra khả năng kỹ thuật của chúng tôi trong việc đo mức độ phân mảnh DNA trong tế bào sinh tinh.

Như vậy, Intesco vừa giới thiệu Buổi trao đổi nói chuyện với giáo sư Natan Shaked đến anh chị khách hàng, đặc biệt là các anh chị đang là chuyên viên phôi học, với mong muốn mang lại những cập nhật mới nhất về sự phát triển không ngừng của công nghệ hỗ trợ cho lĩnh vực IVF. Đó cũng là tinh thần của Intesco ngay từ khi thành lập từ 2003.

Một trong số  các sản phẩm/dịch vụ Intesco đang cung cấp, đang nổi trội và nhận được nhiều quan tâm, đó là:

  1. Hệ thống quản lý trung tâm IVF – IMS – giúp cho sự vận hành của trung tâm IVF trở nên trơn tru và mượt mà, thông qua việc kết nối các khâu từ Lâm sàng đi vào Lab IVF  Xem chi tiết⇐
  2. Thiết bị đánh giá chất lượng tinh dịch bằng công nghệ AI Xem chi tiết⇐

Có bất cứ mong muốn tìm hiểu thêm về các ứng dụng/công nghệ mới. Hãy liên hệ với chúng tôi.

 

Thông tin về Giáo sư Natan Shaked:

Giáo sư Natan T. Shaked là một Phó Giáo sư đã qua nhiệm kỳ và là giám đốc của Nhóm nghiên cứu quang học y sinh, nội soi nano và giao thoa kế (OMNI) (www.eng.ac.il/~omni), một nhóm nghiên cứu lớn là một phần của Khoa Kỹ thuật Y sinh và Trung tâm Nano của Đại học Tel Aviv, Tel Aviv, Israel.

Nằm trên ba không gian phòng thí nghiệm, nhóm thực hiện nghiên cứu đa ngành liên quan đến hình ảnh và cảm biến quang học trong các hệ thống sinh học. Cho đến tháng 4 năm 2011, Giáo sư Shaked là Trợ lý Giáo sư thỉnh giảng tại Khoa Kỹ thuật Y sinh tại Đại học Duke, Durham, Bắc Carolina, Hoa Kỳ

Shaked có BSc, MSc và Ph.D. bằng Kỹ sư Điện và Máy tính. GS Shaked là đồng tác giả của hơn 80 bài báo trên tạp chí được tham khảo và 150 bài báo hội nghị, một số chương sách, bằng sáng chế và một cuốn sách đã được biên tập.

Ông đang chủ trì hội nghị thường niên về Hình ảnh và Cảm biến Không có Nhãn của SPIE (LBIS) tại SPIE Photonics West, San Francisco, Hoa Kỳ, và là đồng sáng lập của QART Medical Ltd (www.qart-medical.com). Giáo sư Shaked đã giành được nhiều tài trợ nghiên cứu danh giá bao gồm tài trợ cá nhân HORIZON2020 ERC, tài trợ cho nghiên cứu này

Biên tập: Trang Thanh Nhã – Intesco

Nguồn: News Medical

Đọc thêm các nội dung hữu ích khác: