Mediante el análisis de vídeos de fotografía secuencial de óvulos fertilizados en proceso de desarrollo, un equipo de investigadores de la Escuela de Medicina de la Universidad de Stanford ha identificado tres metas específicas que los óvulos deben superar para formar un blastocisto, una etapa crítica. El equipo desarrolló un algoritmo para monitorear el progreso de los embriones, y afirma que este algoritmo puede predecir con una certeza del 93 por ciento qué óvulos se van transformar en un blastocisto y cuáles morirán. Esta técnica podría ser usada para mejorar la toma de decisiones en las clínicas, que actualmente se basa en la evaluación subjetiva de la calidad de un embrión.
Por razones desconocidas, los embriones humanos tienen un elevado porcentaje de fracaso, y entre la mitad y más de dos tercios de los embriones fecundados in vitro no llegan a la etapa de blastocisto. Actualmente, los embriones son generalmente elegidos según su aspecto visual, el cual se analiza en diferentes puntos específicos de su desarrollo. Renee Reijo Pera, del Instituto de Biología de Células Madre y Medicina Regenerativa de de Stanford, y autora principal del nuevo estudio publicado en la revista Nature Biotechnology, indica que a pesar de que en las clínicas se usan señales visuales para evaluar los embriones, había una importante escasez de datos de imágenes del curso completo de desarrollo de un embrión.
Para entender mejor la evolución de la apariencia de los embriones a lo largo del tiempo, su equipo estudió una serie de 242 embriones unicelulares que habían sido congelados entre las 12 y 18 horas después de su fecundación. Actualmente, los embriones son congelados generalmente después de haber tenido la oportunidad de desarrollarse durante entre tres y cinco días; la descongelación y posterior observación de los embriones, mientras que todavía estaban en la fase unicelular, permitió a los investigadores seguir su progreso desde las primeras etapas de desarrollo.
El equipo tomó imágenes de fotografía secuencial de las células usando microscopía de campo oscuro, una técnica que es útil para obtener imágenes en vivo de células. La primera autora Connie Wong realizó un análisis de las imágenes para identificar los parámetros visuales que corresponden a la supervivencia y el éxito de la formación de un blastocisto al quinto día. De los 10 parámetros estudiados, los investigadores encontraron que tres de ellos son críticos para el éxito. Todos ellos están relacionados con el tiempo: la etapa final de la división celular, en la que la célula se separa físicamente en dos; el intervalo entre el primer y segundo ciclo de división de la célula; y el intervalo entre la segunda y la tercera división celular.
Kevin Loewke, un investigador postdoctoral que actualmente trabaja en Auxogyn, con sede en Menlo Park, Califo ia, desarrolló un método para medir automáticamente estos tres parámetros mediante un algoritmo de análisis de imágenes. Loewke señala que el reto en el seguimiento del progreso de las células es la conversión de imágenes microscópicas de dos dimensiones en información sobre la estructura tridimensional del embrión, especialmente porque varias células pueden superponerse unas sobre otras. Su solución fue crear un modelo predictivo de cada célula del embrión y usar este modelo para determinar el calendario de cada etapa. Este algoritmo ha sido licenciado por Auxogen, que planea desarrollar un producto que utilice este método para determinar la viabilidad de los embriones.
Todos los parámetros descubiertos por el equipo se producen antes de los dos días de desarrollo de los embriones. Muchas clínicas hacen crecer el embrión hasta que alcanza la fase de blastocisto al quinto día, pero algunos científicos creen que pasar demasiado tiempo en cultivo podría aumentar el riesgo de alterar la expresión genética del bebé. "La ventaja es, si se puede predecir la formación de blastocistos a los dos días, que se pueden sacar antes del ento o artificial", afirma Marcelle Cedars, directora de la División de Endocrinología Reproductiva e Infertilidad de la Universidad de Califo ia en San Francisco, quien no participó en el estudio.
Sin embargo, Cedar señala que "incluso en los pacientes más jóvenes, no se consigue implantar el 50 por ciento de los embriones que llegan a la etapa de blastocisto". La cuestión es si predecir el desarrollo a blastocisto también predecirá él éxito de la implantación. "Nos permite llegar a medio camino, pero no nos asegura si va a producir un bebé", indica ella. Otros métodos de cribado de embriones incluyen el análisis genético de una biopsia o medir los factores moleculares del medio de cultivo que rodea los embriones. Cedars, comenta que hasta el momento ninguno de estos ha demostrado tener éxito en aumentar las tasas de embarazo.
Como parte de su estudio, los investigadores de Stanford también analizaron la expresión génica de las células en las diferentes etapas del desarrollo embrionario. Los parámetros que descubrieron ocurren todos en momentos en que los embriones aún no habían activado sus propios genes, y se estaba desarrollando siguiendo las instrucciones genéticas del óvulo. Cedars destaca que este hallazgo refuerza la idea de que "el mayor responsable de obtener un embrión válido es el óvulo."
Los científicos también descubrieron que en estas primeras etapas del desarrollo, las células del embrión están actuando de manera autónoma, expresando sus genes en momentos diferentes. Esta falta de coordinación podría ayudar a explicar por qué algunos embriones se desarrollan tan mal.