człowiek
Autor: Anna Ajduk | dodano: 2012-11-25
Nadzieja z probówki

Zapłodnienie in vitro to czasem jedyna szansa na doczekanie się potomstwa – bez względu na to, co sądzą na ten temat politycy.

W1978 r. urodziła się Louise Joy Brown – pierwsze dziecko z probówki, czyli poczęte w wyniku zapłodnienia pozaustrojowego (IVF – in vitro fertilization). Procedurę, która doprowadziła do jej narodzin, przeprowadzili Robert G. Edwards i Patrick C. Steptoe, badacze pracujący w Wielkiej Brytanii. Za jej opracowanie w 2010 r. Edwardsa nagrodzono Nagrodą Nobla (Steptoe zmarł w 1988 r.). W Polsce pierwsze dziecko z probówki urodziło się w listopadzie 1987 r. Dziewczynka, obchodząca w tym roku 25. urodziny, przyszła na świat w Klinice Ginekologicznej Akademii Medycznej w Białymstoku dzięki pomocy prof. Mariana Szamatowicza. 25. rocznica pierwszego zapłodnienia in vitro w Polsce to świetna okazja, by przypomnieć, jakie były początki tej metody, a także czego zdążyliśmy się dowiedzieć przez ostatnie ćwierć wieku o molekularnym podłożu zapłodnienia – i to zarówno, gdy ma ono miejsce w organizmie przyszłej matki, jak i w szalce na laboratoryjnym stole.

Jak to przebiega?

U ssaków zapłodnienie następuje w drogach rodnych samicy, a dokładnie w jajowodach, gdzie na plemniki oczekują owulowane komórki jajowe (inaczej oocyty). Odnalezienie komórki jajowej to jednak dopiero początek wyzwań stojących przed plemnikiem. Żeby połączyć się z oocytem, musi on jeszcze pokonać kilka barier. Pierwsza z nich to zapora zbudowana z otaczających komórkę jajową komórek pęcherzykowych (plemnik radzi sobie z nią dzięki znajdującym się w jego główce enzymom – rozkładają one substancje spajające komórki pęcherzykowe). Kolejną barierą jest białkowa otoczka (tzw. otoczka przejrzysta) wokół oocytu. Związanie z otoczką przejrzystą uruchamia w plemniku reakcję akrosomową, prowadzącą do uwolnienia enzymatycznej zawartości zlokalizowanego w główce plemnika pęcherzyka zwanego akrosomem. Enzymy wytrawiają w osłonce tunel, przez który plemnik przedostaje się w bezpośrednie sąsiedztwo oocytu. Ostatnią przeszkodą stojącą na drodze do połączenia się gamet jest błona komórkowa komórki jajowej. Gdy plemnik zwiąże się z powierzchnią oocytu, najpierw łączą się błony komórkowe obu gamet, a potem zawartość plemnika dostaje się do wnętrza komórki jajowej.

Najważniejszym zadaniem plemnika jest oczywiście dostarczenie ojcowskiego materiału genetycznego – jednak plemnik wprowadza też do oocytu specjalny białkowy czynnik, którego aktywność powoduje m.in. wywołanie blokady uniemożliwiającej wniknięcie do komórki jajowej dodatkowych plemników.

Już z tego krótkiego opisu widać, że zapłodnienie jest bardzo skomplikowanym procesem. Na każdym z jego etapów coś może pójść źle i uniemożliwić poczęcie. W ostatnich dekadach przybyło par niemogących doczekać się dziecka. U kobiet problemy z płodnością często wiążą się z nieregularną owulacją lub jej brakiem czy też z niedrożnością jajowodów. U mężczyzn najczęstszą przyczyną kłopotów jest zbyt niska liczba plemników w nasieniu albo ich niewłaściwa budowa. Niepłodność wynika również z coraz późniejszego wieku osób decydujących się na posiadanie potomstwa, a także z towarzyszącego współczesnemu życiu stresu i zanieczyszczenia środowiska. Wszystkie te czynniki negatywnie wpływają na jakość żeńskich i męskich komórek rozrodczych. I tu z pomocą pacjentom przychodzą techniki wspomaganego rozrodu, w tym ta najpopularniejsza: zapłodnienie in vitro.

Krótka historia IVF

Dzień 25 lipca 1978 r., kiedy to urodziła się Louise Joy Brown, zwieńczył długoletnie badania Roberta Edwardsa i Patricka Steptoe. Pomysł, by zapłodnienie przeprowadzić poza organizmem kobiety, nie wzbudził początkowo entuzjazmu środowiska naukowego – Edwardsowi odmówiono np. rządowego finansowania. Jednak badacz się nie poddał i krok po kroku doskonalił procedurę IVF. Jednym z pierwszych problemów, z jakimi się zetknął, była potrzeba opracowania metody przygotowywania plemników do zapłodnienia. Otóż plemniki wyprodukowane w jądrach nabywają zdolności do zapłodnienia stopniowo, najpierw w organizmie mężczyzny, przechodząc przez narząd zwany najądrzem, a następnie w drogach rodnych kobiety (ten etap to tzw. kapacytacja, „uzdatnianie”). W przypadku zapłodnienia in vitro plemniki pozyskuje się zwykle bezpośrednio z ejakulatu, czyli zanim przejdą kapacytację. Co mogłoby ją zastąpić w warunkach in vitro? Odpowiedź na to pytanie przyniosły wyniki badań nad kapacytacją plemników chomika przeprowadzonych w latach 60. w Stanach Zjednoczonych i Wielkiej Brytanii. Wykazano, że skuteczna jest kilkugodzinna hodowla plemników w odpowiednio przygotowanej płynnej pożywce. Podobną metodę Edwards zastosował w przypadku IVF u ludzi.

Kolejnym problemem było uzyskanie oocytów w stadium rozwoju odpowiednim do zapłodnienia. Początkowo Edwards chciał użyć izolowanych z jajnika niedojrzałych oocytów i przeprowadzić ich dojrzewanie w warunkach in vitro. Okazało się jednak, że zarodki otrzymane z takich oocytów rozwijają się bardzo słabo, zatrzymując się w stadium dwóch komórek. Dlatego też badacz postanowił użyć oocytów izolowanych z jajnika tuż przed owulacją. Pomysł ten miał jedną wadę: Edwards nie bardzo wiedział, jak je wydobyć z jajnika. W latach 60. oocyty ludzkie izolowano z chirurgicznie usuwanych fragmentów jajników. Ta metoda nie sprawdziłaby się jednak w sytuacji, gdyby izolowano oocyty tuż przed owulacją. Nawet po podaniu hormonów zwiększających liczbę owulowanych oocytów fragment jajnika nie dostarczyłby wystarczającej ilości materiału – komórek byłoby zbyt mało.

I tu na scenę wkroczył Patrick C. Steptoe, utalentowany chirurg i ginekolog, a co najważniejsze, specjalista w nowatorskiej wówczas technice laparoskopii. Na przełomie lat 60. i 70. Edwardsowi i Steptoe udało się wykazać, że oocyty można pozyskać z jajników tuż przed owulacją metodą laparoskopową, a co więcej, że można je zapłodnić i że tak powstałe zarodki dzielą się w hodowli in vitro, osiągając stadium nawet 16 komórek. Steptoe i Edwards rozpoczęli próby z transplantacją uzyskanych in vitro zarodków do macicy pacjentki. Po ponad 100 nieudanych próbach, zawsze kończących się jedynie krótkotrwałymi ciążami, zorientowali się, że w skutecznej implantacji zarodków przeszkadza hormonalna stymulacja stosowana w celu zwiększenia liczby owulowanych oocytów. Badacze zdecydowali się więc wykorzystać do IVF pojedyncze oocyty produkowane w naturalnym cyklu menstruacyjnym kobiety. 10 listopada 1977 r. przeprowadzili zabieg pobrania oocytu, a następnie jego zapłodnienia in vitro. Po dwóch i pół dnia, gdy zarodek osiągnął stadium ośmiu komórek, przeszczepili go do macicy pacjentki. Niecałe dziewięć miesięcy później urodziła się Louise Brown.

Dzieci z szalek

Badania Edwardsa i Steptoe oraz ich następców doprowadziły do opracowania następującej „współczesnej” procedury zapłodnienia in vitro. Po stymulacji hormonalnej zwiększającej liczbę dojrzałych oocytów gotowych do owulacji (obecnie stosowane leki hormonalne nie przeszkadzają już w implantacji zarodków) komórki jajowe izoluje się z pęcherzyków jajnikowych. Metodę laparoskopową zastąpiono wprowadzaną dopochwowo igłą pobierającą oocyty pod kontrolą USG. Następnie oocyty przekłada się do kropli pożywki na plastikowej szalce (dzieci z probówek tak naprawdę powinno się więc nazywać dziećmi z szalek) i dodaje uprzednio skapacytowane w hodowli in vitro plemniki. Komórki inkubuje się razem przez kilka godzin w specjalnych urządzeniach utrzymujących temperaturę 37oC i podwyższone stężenie CO2 w powietrzu (5%), co pozwala na utrzymanie odpowiedniego odczynu pH pożywki. Po kilku godzinach oocyty odpłukuje się z nadmiaru plemników i sprawdza, czy zostały zapłodnione. Widocznym dowodem zapłodnienia jest obecność w komórce dwóch jąder (właściwie tzw. przedjądrzy), jednego zawierającego materiał genetyczny pochodzący z oocytu (czyli od matki) i drugiego z materiałem genetycznym z plemnika (od ojca). Zarodki przenosi się z powrotem do organizmu matki trzeciego dnia po zapłodnieniu (gdy mają około ośmiu komórek) lub dnia piątego–szóstego, gdy mają już ponad 100 komórek i osiągnęły stadium blastocysty (czyli zbudowanej z komórek wypełnionej płynem sfery).

Więcej w miesięczniku „Wiedza i Życie" nr 12/2012 »
Drukuj »
Aktualne numery
08/2020
07/2020
Kalendarium
Sierpień
8
W 1989 r. został wystrzelony europejski satelita Hipparcos, który wyznaczył odległości do ponad 2,5 miliona gwiazd.
Warto przeczytać
Co wspólnego mają suknia ślubna i kombinezon sapera?    
Dlaczego dla marynarzy bardziej niebezpieczne od rekinów są krewetki?
Kiedy kurczak najlepiej sprawdza się jako broń artyleryjska?

WSPÓŁPRACUJEMY
Autor: Anna Ajduk | dodano: 2012-11-25
Nadzieja z probówki

Zapłodnienie in vitro to czasem jedyna szansa na doczekanie się potomstwa – bez względu na to, co sądzą na ten temat politycy.

W1978 r. urodziła się Louise Joy Brown – pierwsze dziecko z probówki, czyli poczęte w wyniku zapłodnienia pozaustrojowego (IVF – in vitro fertilization). Procedurę, która doprowadziła do jej narodzin, przeprowadzili Robert G. Edwards i Patrick C. Steptoe, badacze pracujący w Wielkiej Brytanii. Za jej opracowanie w 2010 r. Edwardsa nagrodzono Nagrodą Nobla (Steptoe zmarł w 1988 r.). W Polsce pierwsze dziecko z probówki urodziło się w listopadzie 1987 r. Dziewczynka, obchodząca w tym roku 25. urodziny, przyszła na świat w Klinice Ginekologicznej Akademii Medycznej w Białymstoku dzięki pomocy prof. Mariana Szamatowicza. 25. rocznica pierwszego zapłodnienia in vitro w Polsce to świetna okazja, by przypomnieć, jakie były początki tej metody, a także czego zdążyliśmy się dowiedzieć przez ostatnie ćwierć wieku o molekularnym podłożu zapłodnienia – i to zarówno, gdy ma ono miejsce w organizmie przyszłej matki, jak i w szalce na laboratoryjnym stole.

Jak to przebiega?

U ssaków zapłodnienie następuje w drogach rodnych samicy, a dokładnie w jajowodach, gdzie na plemniki oczekują owulowane komórki jajowe (inaczej oocyty). Odnalezienie komórki jajowej to jednak dopiero początek wyzwań stojących przed plemnikiem. Żeby połączyć się z oocytem, musi on jeszcze pokonać kilka barier. Pierwsza z nich to zapora zbudowana z otaczających komórkę jajową komórek pęcherzykowych (plemnik radzi sobie z nią dzięki znajdującym się w jego główce enzymom – rozkładają one substancje spajające komórki pęcherzykowe). Kolejną barierą jest białkowa otoczka (tzw. otoczka przejrzysta) wokół oocytu. Związanie z otoczką przejrzystą uruchamia w plemniku reakcję akrosomową, prowadzącą do uwolnienia enzymatycznej zawartości zlokalizowanego w główce plemnika pęcherzyka zwanego akrosomem. Enzymy wytrawiają w osłonce tunel, przez który plemnik przedostaje się w bezpośrednie sąsiedztwo oocytu. Ostatnią przeszkodą stojącą na drodze do połączenia się gamet jest błona komórkowa komórki jajowej. Gdy plemnik zwiąże się z powierzchnią oocytu, najpierw łączą się błony komórkowe obu gamet, a potem zawartość plemnika dostaje się do wnętrza komórki jajowej.

Najważniejszym zadaniem plemnika jest oczywiście dostarczenie ojcowskiego materiału genetycznego – jednak plemnik wprowadza też do oocytu specjalny białkowy czynnik, którego aktywność powoduje m.in. wywołanie blokady uniemożliwiającej wniknięcie do komórki jajowej dodatkowych plemników.

Już z tego krótkiego opisu widać, że zapłodnienie jest bardzo skomplikowanym procesem. Na każdym z jego etapów coś może pójść źle i uniemożliwić poczęcie. W ostatnich dekadach przybyło par niemogących doczekać się dziecka. U kobiet problemy z płodnością często wiążą się z nieregularną owulacją lub jej brakiem czy też z niedrożnością jajowodów. U mężczyzn najczęstszą przyczyną kłopotów jest zbyt niska liczba plemników w nasieniu albo ich niewłaściwa budowa. Niepłodność wynika również z coraz późniejszego wieku osób decydujących się na posiadanie potomstwa, a także z towarzyszącego współczesnemu życiu stresu i zanieczyszczenia środowiska. Wszystkie te czynniki negatywnie wpływają na jakość żeńskich i męskich komórek rozrodczych. I tu z pomocą pacjentom przychodzą techniki wspomaganego rozrodu, w tym ta najpopularniejsza: zapłodnienie in vitro.

Krótka historia IVF

Dzień 25 lipca 1978 r., kiedy to urodziła się Louise Joy Brown, zwieńczył długoletnie badania Roberta Edwardsa i Patricka Steptoe. Pomysł, by zapłodnienie przeprowadzić poza organizmem kobiety, nie wzbudził początkowo entuzjazmu środowiska naukowego – Edwardsowi odmówiono np. rządowego finansowania. Jednak badacz się nie poddał i krok po kroku doskonalił procedurę IVF. Jednym z pierwszych problemów, z jakimi się zetknął, była potrzeba opracowania metody przygotowywania plemników do zapłodnienia. Otóż plemniki wyprodukowane w jądrach nabywają zdolności do zapłodnienia stopniowo, najpierw w organizmie mężczyzny, przechodząc przez narząd zwany najądrzem, a następnie w drogach rodnych kobiety (ten etap to tzw. kapacytacja, „uzdatnianie”). W przypadku zapłodnienia in vitro plemniki pozyskuje się zwykle bezpośrednio z ejakulatu, czyli zanim przejdą kapacytację. Co mogłoby ją zastąpić w warunkach in vitro? Odpowiedź na to pytanie przyniosły wyniki badań nad kapacytacją plemników chomika przeprowadzonych w latach 60. w Stanach Zjednoczonych i Wielkiej Brytanii. Wykazano, że skuteczna jest kilkugodzinna hodowla plemników w odpowiednio przygotowanej płynnej pożywce. Podobną metodę Edwards zastosował w przypadku IVF u ludzi.

Kolejnym problemem było uzyskanie oocytów w stadium rozwoju odpowiednim do zapłodnienia. Początkowo Edwards chciał użyć izolowanych z jajnika niedojrzałych oocytów i przeprowadzić ich dojrzewanie w warunkach in vitro. Okazało się jednak, że zarodki otrzymane z takich oocytów rozwijają się bardzo słabo, zatrzymując się w stadium dwóch komórek. Dlatego też badacz postanowił użyć oocytów izolowanych z jajnika tuż przed owulacją. Pomysł ten miał jedną wadę: Edwards nie bardzo wiedział, jak je wydobyć z jajnika. W latach 60. oocyty ludzkie izolowano z chirurgicznie usuwanych fragmentów jajników. Ta metoda nie sprawdziłaby się jednak w sytuacji, gdyby izolowano oocyty tuż przed owulacją. Nawet po podaniu hormonów zwiększających liczbę owulowanych oocytów fragment jajnika nie dostarczyłby wystarczającej ilości materiału – komórek byłoby zbyt mało.

I tu na scenę wkroczył Patrick C. Steptoe, utalentowany chirurg i ginekolog, a co najważniejsze, specjalista w nowatorskiej wówczas technice laparoskopii. Na przełomie lat 60. i 70. Edwardsowi i Steptoe udało się wykazać, że oocyty można pozyskać z jajników tuż przed owulacją metodą laparoskopową, a co więcej, że można je zapłodnić i że tak powstałe zarodki dzielą się w hodowli in vitro, osiągając stadium nawet 16 komórek. Steptoe i Edwards rozpoczęli próby z transplantacją uzyskanych in vitro zarodków do macicy pacjentki. Po ponad 100 nieudanych próbach, zawsze kończących się jedynie krótkotrwałymi ciążami, zorientowali się, że w skutecznej implantacji zarodków przeszkadza hormonalna stymulacja stosowana w celu zwiększenia liczby owulowanych oocytów. Badacze zdecydowali się więc wykorzystać do IVF pojedyncze oocyty produkowane w naturalnym cyklu menstruacyjnym kobiety. 10 listopada 1977 r. przeprowadzili zabieg pobrania oocytu, a następnie jego zapłodnienia in vitro. Po dwóch i pół dnia, gdy zarodek osiągnął stadium ośmiu komórek, przeszczepili go do macicy pacjentki. Niecałe dziewięć miesięcy później urodziła się Louise Brown.

Dzieci z szalek

Badania Edwardsa i Steptoe oraz ich następców doprowadziły do opracowania następującej „współczesnej” procedury zapłodnienia in vitro. Po stymulacji hormonalnej zwiększającej liczbę dojrzałych oocytów gotowych do owulacji (obecnie stosowane leki hormonalne nie przeszkadzają już w implantacji zarodków) komórki jajowe izoluje się z pęcherzyków jajnikowych. Metodę laparoskopową zastąpiono wprowadzaną dopochwowo igłą pobierającą oocyty pod kontrolą USG. Następnie oocyty przekłada się do kropli pożywki na plastikowej szalce (dzieci z probówek tak naprawdę powinno się więc nazywać dziećmi z szalek) i dodaje uprzednio skapacytowane w hodowli in vitro plemniki. Komórki inkubuje się razem przez kilka godzin w specjalnych urządzeniach utrzymujących temperaturę 37oC i podwyższone stężenie CO2 w powietrzu (5%), co pozwala na utrzymanie odpowiedniego odczynu pH pożywki. Po kilku godzinach oocyty odpłukuje się z nadmiaru plemników i sprawdza, czy zostały zapłodnione. Widocznym dowodem zapłodnienia jest obecność w komórce dwóch jąder (właściwie tzw. przedjądrzy), jednego zawierającego materiał genetyczny pochodzący z oocytu (czyli od matki) i drugiego z materiałem genetycznym z plemnika (od ojca). Zarodki przenosi się z powrotem do organizmu matki trzeciego dnia po zapłodnieniu (gdy mają około ośmiu komórek) lub dnia piątego–szóstego, gdy mają już ponad 100 komórek i osiągnęły stadium blastocysty (czyli zbudowanej z komórek wypełnionej płynem sfery).