Принципы отбора сперматозоидов по морфологическим, биохимическим и физиологическим признакам для проведения внутрицитоплазматической инъекции сперматозоидов в ооцит
- Авторы: Федорова И.Д.1, Шильникова Е.М.1, Гзгзян А.М.1
-
Учреждения:
- ФГБУ «НИИАГ им. Д. О. Отта» СЗО РАМН
- Выпуск: Том 61, № 3 (2012)
- Страницы: 123-131
- Раздел: Статьи
- Статья получена: 15.06.2012
- Статья опубликована: 15.06.2012
- URL: https://journals.eco-vector.com/jowd/article/view/1296
- DOI: https://doi.org/10.17816/JOWD613123-131
- ID: 1296
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Полный текст
Введение Активное развитие вспомогательных репродуктивных технологий (ВРТ) помогает преодолевать различные формы нарушения женской и мужской репродуктивной функции. Основные методы ВРТ, включающие в себя инвазивные процедуры, предусматривают стимуляцию овуляции и оплодотворение in vitro. Но, если количество получаемых ооцитов оценивается единицами, то в одной порции эякулята может содержаться до нескольких десятков миллионов сперматозоидов. Даже при значительной олигозооспермии (снижение концентрации сперматозоидов в эякуляте) и криптозооспермии (единичные сперматозоиды в эякуляте) количество доступных для оплодотворения сперматозоидов значительно превышает количество получаемых яйцеклеток. Таким образом, возникает закономерный вопрос о необходимости отбора сперматозоидов, методах и принципах селекции. Предложенный в 1992 году в Бельгии профессором Ван Штертейгем (Van Steirteghem) метод ИКСИ (внутрицитоплазматической инъекции сперматозоидов в ооцит — ICSI) позволил преодолевать определенные формы мужского бесплодия, связанные со значительным снижением концентрации, подвижности и определенными формами тератозооспермии. Уже тысячи детей рождены после процедуры ИКСИ. Одни исследователи не обнаруживают каких-либо отличий в частоте выявления пороков развития у детей, рожденных после естественного зачатия или в результате процедуры ЭКО/ИКСИ [10, 78]. Другие утверждают, что у таких детей частота врожденных пороков повышена [44, 8]. Это скорее можно объяснить особенностями выборки. До недавнего времени ИКСИ применялся только при тяжелой форме мужского бесплодия, но не всегда учитывался тот факт, что в 10–15 % случаев подобные патоспермии (олигозооспермия, криптозооспермия) связаны с хромосомными аберрациями в кариотипе и мутациями некоторых генов, что может являться причиной врожденных аномалий у детей [1]. Тем острее стоит вопрос о возможности прижизненного отбора единичных сперматозоидов по внешним признакам и корреляции этих внешних морфофункциональных параметров и таких показателей как хромосомный набор сперматозоида, целостность и зрелость его ДНК, а также его цитологические особенности. Возможно, только для определенных форм сперматозоидов характерны генетические и цитологические аномалии, которые могут приводить к нарушению оплодотворения, аномалиям развития эмбриона и рождению детей с тяжелыми пороками. В таком случае дальнейшие исследования следует направить на выявление таких форм сперматозоидов, чтобы предотвратить их участие в программах ИКСИ. 1. Отбор сперматозоидов по функциональным параметрам Не смотря на то, что в циклах ИКСИ можно проводить инъекцию с использованием слабоподвижных и неподвижных сперматозоидов, предпочтение отдается сперматозоидам с нормальной скоростью и характером движения: прямолинейное, вращательное движение со скоростью 20–25 мкм/с. При естественном зачатии оплодотворение происходит в фаллопиевой трубе и отбор сперматозоидов по подвижности происходит естественным образом — неподвижные и слабоподвижные сперматозоиды не способны к оплодотворению. Возникает вопрос: существует ли корреляция между особенностями движения сперматозоида и какими-либо генетическими, эпигенетическими и цитологическими параметрами. Локомоторный аппарат сперматозоида организован аналогично всем ресничным аппаратам эукариот [73]. Нарушения центриоли, микротрубочек, денеиновых ручек и других структур локомоторного аппарата приводят к нарушению подвижности. Действительно, аномалии ресничного аппарата приводят к патологии дыхательных путей (носа, носовых пазух, бронхов), что является причиной синдромов Картагенера и Янга (Kartagener syndrome, OMIM 244400; Young syndrome, OMIM 279000). У таких пациентов отмечается также снижение фертильности вследствие нарушения подвижности сперматозоидов (астенозооспермия) [25, 38]. Аналогичная картина наблюдается при синдроме неподвижности ресничек [75]. Таким образом, можно говорить, что существует определенная взаимосвязь между способностью сперматозоида к движению и нарушениями некоторых генов. Однако подобные генетические дефекты подвергаются действию отбора и вероятность их передачи в следующее поколение в результате естественного зачатия снижена. Следует отметить, что у человека, помимо центриоли яйцеклетки наследуется также и центриоль сперматозоида. Аномалии строения центриоли сперматозоида при оплодотворении могут приводить к нарушению сингамии, блоку дробления, а также вызывать анеуплоидию и мозаицизм эмбриона за счет нарушения первых митотических делений [73]. Это дает основание предполагать, что не только неподвижность, но и различные нарушения характера и скорости движения сперматозоида, вызванные аномалиями центриоли и других структур хвоста, могут приводить к нарушению оплодотворения и развития эмбриона. Показано, что у пациентов, в сперматозоидах которых обнаружены аномалии структур центральной аксонемы, отмечалось снижение скорости делений дробления эмбрионов, полученных методом ИКСИ [24]. Подвижность сперматозоида обеспечивается также и митохондриями, спиралевидно располагающимися вокруг аксонемы и обеспечивающими энергетическую поддержку движения жгутика. Мутации в любом из генов, участвующих в синтезе АТФ, могут существенно повлиять на эффективность его синтеза и, как следствие, отразиться на подвижности сперматозоидов. На данный момент известно несколько мутаций и делеций генов мтДНК, приводящих к бесплодию у мужчин. [70, 66]. В некоторых случаях идиопатической астенозооспермии также обнаруживаются структурные дефекты митохондриальной мембраны [4]. Однако наследование митохондрий у человека происходит по женской линии и незначительное количество отцовских митохондрий не могут значительно повлиять на развитие эмбриона. В настоящее время для основных манипуляций ВРТ используются единые методы отбора подвижных сперматозоидов: метод swim-up, основанный на способности сперматозоидов всплывать в более верхние слои питательной среды, и метод центрифугирования в градиенте плотности, основанный на способности живых сперматозоидов проходить сквозь градиент силиконовых частиц. При проведении процедуры ИКСИ выбор сперматозоидов по характеру и скорости движения происходит визуально и не представляет сложности даже при небольшом увеличении микроскопа и использовании поливинилпирролидона для замедления движения. 2. Отбор сперматозоидов по морфологическим характеристикам Характерные морфологические признаки нормального сперматозоида: овальная головка длинной 4–6 мкм и шириной 2–4 мкм, акросома занимает 40–70 % головки, отсутствие дефектов шейки и хвоста, цитоплазматическая капля не должна превышать по размеру головку [40, 79, 80]. В отличие от большинства млекопитающих, у человека регистрируется наибольший процент морфологически аномальных спермиев [47]. И за последние годы этот параметр продолжает ухудшаться. В издании ВОЗ 2010 года по анализу эякулята норма по доле морфологически нормальных сперматозоидов снижена с 14 до 4 % [79]. В настоящее время анализ генетического материала сперматозоидов проводится по двум основным параметрам: число и структура хромосом сперматозоида и функциональное состояние ДНК. Численные нарушения кариотипа и несбалансированные структурные перестройки у человека приводят к остановке развития эмбриона на ранних стадиях, тяжелым врожденным аномалиям или бесплодию. Образование эмбрионов с несбалансиорванным хромосомным набором происходит достаточно часто. Так, до 15 % беременностей, полученных естественным путем, останавливаются в развитии до 13 недели и в 60 % случаев это вызвано нарушением кариотипа эмбриона [31, 29]. Описаны случаи полиплоидии и трисомии по всем хромосомам, кроме хромосом 1 и 19, что дает основание предполагать, что дисбаланс по генам, локализованным в этих хромосомах, нарушает доимплантационное развитие эмбриона или процесс имплантации [31]. Основной вклад в частоту анеуплоидии, обнаруживаемой в эмбрионах человека, вносится ооцитом, однако порядка 10 % анеуплоидий по аутосомам и 50 % анеуплоидий по гоносомам, а также большая часть структурных перестроек de novo, имеют отцовское происхождение [44, 30]. Успешное завершение развития эмбриона, по крайне мере, частично, зависит от целостности и зрелости ДНК сперматозоида. Имеются пороговые значения повреждений ДНК (к которым относятся фрагментация ДНК, нарушение компактной упаковки ДНК, дефицит протаминов), при которых отмечаются аномалии развития эмбрионов. В ряде исследований показано выраженное различие в содержании сперматозоидов с поврежденной ДНК между группами фертильных мужчин и пациентов с бесплодием [13]. Степень оплодотворения может быть близка к нулевой, если доля сперматозоидов с повреждением ДНК превышает 30 %, как при естественном зачатии, так и при внутриматочной инсеминации [43, 13]. Также есть мнение, что фрагментация ДНК не снижает оплодотворяющей способности сперматозоида, а имеет более отдаленные последствия, снижая способность эмбриона к имплантации [74, 53, 42]. Показано, что вероятность спонтанного прерывания беременности при повышении индекса фрагментации ДНК увеличивается в 2,5 раза [64]. Исследования, касающиеся массового анализа сперматозоидов из эякулята пациентов с высоким содержанием морфологически аномальных сперматозоидов, указывают на повышение доли гетероплоидии и доли сперматозоидов с фрагментированной ДНК [16, 71]. Однако при ИКСИ такие данные малоинформативны. Очевидно, что при наличии в образце эякулята сперматозоидов с нормальной морфологией именно их следует отбирать для оплодотворения, но, если таких сперматозоидов нет, то возникает вопрос о приоритете выбора сперматозоида с той или иной патологией. Основные части сперматозоида: головка, шейка и хвост. Очевидно, что наиболее важны морфологические особенности головки, содержащей ядро, несущее всю генетическую информацию, и акросому — органоид для проникновения сперматозоида в ооцит. Изменения формы головки сперматозоида различны и могут быть как изолированными, так и сочетанными. Однако они могут быть объединены в несколько групп. 2.1. Изменение линейных размеров головки сперматозоида. Одним из наиболее распространенных морфологических изменений головки сперматозоида является пропорциональное изменение ее размеров. Размеры головки сперматозоида варьируют в широких пределах: от отсутствия головки, так называемая булавочная головка, до экстремально большой головки — мегалоцефалическая. Логично предположить, что изменения количества генетической информации при гетероплоидии могут отражаться на объеме головки сперматозоида. Действительно, у пациентов с преимущественно макроцефалической формой головки методом FISH показано значительное увеличение доли полиплоидных и дисомных сперматозоидов [72]. Результаты наших собственных исследований по анализу кариотипа индивидуальных сперматозоидов также подтверждают это наблюдение [2], хотя некоторые авторы в аналогичных экспериментах не отмечали увеличения частоты гетероплоидии в сперматозоидах с увеличенной головкой [41]. Помимо этого, незначительное увеличение размеров головки сперматозоида может быть связано с нарушением этапов ремоделирования хроматина и его компактизации, что осуществляется в основном за счет замены гистоновых белков на протаминовые, обеспечивая минимизацию объема головки сперматозоида и защиту целостности ее генетического материала. При нарушениях компактизации хроматина в ядрах головок сперматозоидов повышается его чувствительность к повреждающим факторам внешней среды (окисление или повышение температуры в женском генитальном тракте), что в свою очередь может приводить к фрагментации ДНК сперматозоида. Данные полученные разными исследовательскими группами противоречивы: одни обнаруживают взаимосвязь между увеличением головки сперматозоида и нарушением целостности его ДНК [45], другие не подтверждают этого [17]. Уменьшение размеров головки сперматозоида скорее вызвано не нарушением компактизации хроматина, а уменьшением размера акросомы или снижением объема генетического материала. Но прямых доказательств взаимосвязи между уменьшением размеров головки сперматозоида и нуллисомией не обнаружено [41]. Однако такое нарушение морфологии головки сперматозоида, помимо очевидных затруднений акросомной реакции и снижения эффективности оплодотворения в программах ИИ и ЭКО, приводит к снижению эффективности оплодотворения в циклах ИКСИ и нарушению развития эмбрионов [22, 60]. 2.2. Изменение формы головки сперматозоида с сохранением симметричности В одну группу можно отнести изменения формы сперматозоида с сохранением симметричности головки: вытянутая или сигарообразная, грушевидная и круглая. Наибольшее внимание в этой группе было уделено особенностям, связанным с круглой головкой сперматозоида. Основной характеристикой таких сперматозоидов является отсутствие акросомы, что приводит к невозможности самостоятельного оплодотворения, и поэтому для пациентов с глобозооспермией всегда проводится ИКСИ. Однако и при ИКСИ эффективность оплодотворения снижена, что вызвано снижением способности таких сперматозоидов к активации ооцита [28]. Наши собственные исследования не обнаружили повышения общего уровня численных и структурных хромосомных аномалий в сперматозоидах с круглой головкой [2], что согласуется с мнением других авторов [6, 27]. Но в аналогичных исследованиях зарегистрирован повышенный уровень анеуплоидии [12, 46]. В эякуляте пациентов с глобозооспермией отмечается также увеличение доли сперматозоидов с фрагментированной ДНК [27, 14]. К генетическим нарушением свойственным сперматозоидам с круглой головкой также относятся изменение соотношения протаминов P1/P2 и высокий уровень незамещенных гистонов [9]. Такие особенности делают сперматозоид более уязвимым к внешним воздействиям, что объясняет повышенный уровень фрагментации ДНК. Однако следует заметить, что диагноз глобозооспермия ставится при нарушении морфологии в 100 % сперматозоидах, а доля сперматозоидов с фрагментацией ДНК оставляет по разным данным от 13 до 80 % [27, 14]. Таким образом, нарушение структуры хроматина не является обязательной характеристикой сперматозоида с круглой головкой. Также следует отметить, что помимо нарушения головки для пациентов с глобозооспермией характерны аномалии шейки сперматозоидов, что также может являться причиной нарушения оплодотворения и дробления из-за дисфункции центросомы [5]. Грушевидная и удлиненная форма головка являются достаточно распространенными формами аномалии сперматозоидов. При удлиненной головке степень деформации может быть различной: от незначительного изменения соотношения длинны и ширины головки до сигарообразной формы. При анализе частоты гетероплоидии в таких сперматозоидах нами не было зарегистрировано повышения доли сперматозоидов с численными и структурными аберрациями, что противоречит некоторым данным литературы [2, 41, 77]. В отношении сперматозоидов с грушевидной головкой таких исследований не проводилось. 2.3. Изменение формы головки сперматозоида с нарушением симметричности Все изменения регулярной формы строения головки сперматозоида традиционно объединяются в группу аморфных головок. Такие изменения достаточно распространены и, по мнению многих авторов, связаны с наиболее серьезными нарушениями генетического материала сперматозоидов. Так, на увеличение доли гетероплоидии в таких сперматозоидах указывают данные, полученные как с использованием FISH [50], так и результаты кариотипирования индивидуальных сперматозоидов [2]. В этой связи уместно отметить, что хромосомы занимают строго определенное положение в головке сперматозоида [57, 15, 81]. По-видимому, дополнительный генетический материал может нарушать этот порядок и приводить не только к увеличению размера, но и к нарушению пропорций головки сперматозоида. Существуют данные, что у аморфных сперматозоидов чаще нарушено протаминирование ДНК и плотность упаковки хроматина [11], что вероятнее всего является причиной повышения уровня фрагментации ДНК [67]. Кроме того, для сперматозоидов с аморфной, а также грушевидной и удлиненной головкой также более характерно нарушение подвижности [39], что вероятно вызвано аномалиями шейки и может объяснить снижение эффективности оплодотворения такими сперматозоидами даже в программах ИКСИ [33, 39]. 2.4. Наличие вакуоли в головке Особую группу составляют сперматозоиды с вакуолизированной головкой. Этот тип аномалий часто сопутствует другим морфологическим изменениям головки, но иногда встречается и как изолированная патология. Это единственный тип аномалии, который может быть приобретен сперматозоидом уже после завершения этапа спермиогенеза и формирования головки [36]. Относительно происхождения вакуоли нет единого мнения: одни исследователи говорят о преимущественной акросомной локализации [68], другие об исключительно ядерной локализации [7]. Кроме того, размеры вакуолей широко варьируют: от маленьких, до занимающих большую часть головки. В последнем издании ВОЗ наличие 1 мелкой вакуоли не считается патологией. Наоборот, крупные вакуоли (занимающие более 13 % площади головки) по мнению многих исследователей, связаны с фрагментацией ДНК [63, 65, 7], нарушением конденсации хроматина, а также с повышением доли гетероплоидии [7]. 2.5. Аномалии шейки сперматозоида Очевидно, что значительные изменения в шейке сперматозоида, вызванные аномалиями локомоторного аппарата и отражающимися на ее морфологических особенностях, сказываются на подвижности сперматозоида и могут приводить к нарушениям оплодотворения и развития эмбриона (см. выше). Но оценивать морфологические особенности шейки сперматозоида даже при нормальной подвижности не менее важно. Так изменение только формы шейки сперматозоида значительно снижает эффективность оплодотворения и нарушает дальнейшее развитие эмбриона [76]. С другой стороны атипичное строение жгутика сперматозоида, оказывая влияние на подвижность сперматозоида, не влияет на эффективность оплодотворения в программах ИКСИ [33]. Таким образом, можно сделать заключение, что аномалии строения сперматозоида связаны с нарушением в строении и функционировании его генома и отражаются на развитии эмбриона. Однако и массовый и индивидуальный анализ позволяет говорить лишь о различной степени сопряженности этих характеристик. Данные о взаимосвязи между параметрами спермограммы, морфологическими особенностей сперматозоидов, частотой хромосомных аберраций и целостностью ДНК, указывают на вероятность того, что гены, участвующие в мейотическом делении, способные влиять на расхождение хромосом, по-видимому, могут обладать некоторым плейтропным действием и нарушать процесс спермиогенеза, а именно, характер упаковки хроматина и формирование головки сперматозоида. Принимая во внимание сохранение прямых цитоплазматических контактов между сперматидами одной генерации [23, 54], можно предполагать, что геномные и хромосомные мутации, возникающие на предшествующих стадиях сперматогенеза, могут оказывать прямой повреждающий эффект при упаковке ДНК и формировании головки спермия. При этом последний может проявляться не в единичных, а сразу во многих спермиях всей генерации, относящихся к одной волне сперматогенеза. Результаты анализа эякулята пациентов со сходными аномалиями головки сперматозоидов (аплазия акросомы) также указывают на существование наследственной компоненты [26]. Увеличение доли сперматозоидов с тяжелыми морфологическими аномалиями часто сопровождается и снижением концентрации спермиев, что вызвано не снижением спермопродукции, а блокированием сперматогенеза, с последующей деградацией сперматогенных клеток [2]. Усиление апоптотических процессов в сперматогенезе изменяет микроокружение нормальных сперматогониев, что может являться причинной мейотических нарушений и образования гетероплоидных сперматозоидов [51]. Возможно, что такая ситуация приводит к аномальной компактизации хроматина, провоцируя образование разрывав в ДНК, и влияет на процесс формирования головки сперматозоида. Можно утверждать, что нормальная морфология и подвижность сперматозоида не гарантирует отсутствие генетических и цитологических дефектов, и наоборот, при большинстве вариантов морфологических аномалий возможно нормальное оплодотворение и развитие эмбриона (исключение составляют только мегалоцефалические головки сперматозоидов), что дает шанс на рождение здорового ребенка и при очень тяжелых формах астено и тератозооспермии. Тем не менее, в клинической практике предлагаются насколько способов оценки потенциала сперматозоида с целью повышения эффективности процедуры ИКСИ. Сейчас наиболее распространенным является метод, предложенный доктором Бенжамином Бартов — ИМСИ (IMSI — motile sperm organellar morphology examination), в котором используются строгие критерии, разработанные на основе результатов сканирующей электронной микроскопии: гладкость, симметричность и форма сперматозоида [48, 59, 58]. Оценивается морфологический статус 6 субклеточных органелл: акросома, постакросомальный регион, шейка, митоходрии, хвост и головка. Грубые аномалии строения, такие как аморфная, конусовидная, круглая, точечная или многоядерная головка из отбора исключаются сразу, остальные сперматозоиды делятся на 3 категории качества по наличию вакуолей и овальности строения головки. Авторы сообщают об увеличении эффективности до 66 %. Другая школа основана на бальной оценке головки, имеющихся вакуолей и базальной части сперматозоида. Норма — 1 балл, патология — 0 баллов. Окончательная оценка сперматозоида вычисляется по формуле: оценка = (балл головки*2)+ (балл вакуолей*3)+ (балл базальной части), тогда как акросома, шейка и цитоплазматическая капля являются второстепенными критериями. Таким образом, оценка сперматозоида составляет от 0 до 6 баллов, с максимальным баллом для морфологически нормального сперматозоида [3]. Согласно результатам последних лет использование ИМСИ оправдано. ИМСИ не увеличивает эффективность оплодотворения, но значительно улучшает имплантацию эмбрионов, вероятность наступления беременности, и снижает риск спонтанного прерывания беременности [34], а также снижает вероятность образования эмбриона с несбалансированным кариотипом [49]. 2.6. Отбор сперматозоидов по биохимическим маркерам Поверхностная мембрана сперматозоидов человека — важная составляющая, определяющая возможность оплодотворения в естественных условиях и в условиях in vitro. Будучи гаплоидными клетками, сперматозоиды имеют поверхностные антигены, отличные от остальных соматических диплоидных клеток. Сперматогенный эпителий хорошо защищен от инфекционных и токсических воздействий гематотестикулярным барьером, который нарушается в исключительных случаях. При повреждении проницаемости или структуры этого барьера, образованного собственной оболочкой семенных канальцев и цитоплазмой сустентоцитов, сперматозоиды вызывают синтез антиспермальных антител (IgG и IgA), которые связываясь с поверхностными антигенами сперматозоидов (белками теплового шока HSP), ингибируют нормальную акросомную реакцию и связывание сперматозоида с блестящей оболочкой, препятствуя оплодотворению [52]. Наиболее частыми причинами образования антиспермальных антител являются инфекции, варикоцеле, крипторхизм и аутоиммунные заболевания. По результатам ИКСИ с использованием таких сперматозоидов эффективность оплодотворения, развитие эмбрионов и частота наступления беременности не снижена [61]. В качества антигенов для иммуноглобулинов чаще всего выступают белки теплового шока [37]. Наибольшее внимание уделяют тестис-специфичному белку HSPA2, относящемуся к группе шаперонов HSP70. Синтез этого белка начинается в профазе мейоза (лепотена-зиготена), он участвует в формировании синаптонемного комплекса, связываясь с латеральным элементом, принимает участие в регуляции клеточного цикла и апоптотических процессов [18]. Мутации, связанные с нарушением работы этого белка приводят к аномалиям мейоза, что является причиной блокирования сперматогенеза, снижения концентрации сперматозоидов и повышения частоты гетероплоидии в зрелых сперматозоидах. Вторая волна экспрессии гена HSPA2 происходит во время созревания сперматид, белок принимает участие в качестве шаперона в компактизации хроматина сперматозоида, замене гистонов протаминами в сперматидах [56]. Полагают также, что такие события как экструзия цитоплазмы, ремоделирование плазматической мембраны и формирование рецепторов связывания с блестящей оболочкой и гиалуроновой кислотой также протекают с участием этого белка [32]. Сейчас в лабораторную практику вводят отбор сперматозоидов по способности связываться с гиалуроновой кислотой. Гиалуроновая кислота является основным компонентом внеклеточного матрикса кумулюсных клеток и играет решающую роль в отборе сперматозоидов способных к оплодотворению. Только зрелые сперматозоиды способны связаться с яйцеклеткой. Фактически, гиалуроновая кислота играет роль фактора для «физиологического отбора» и ИКСИ с использованием гиалуроновой кислоты имеет собственное название ПИКСИ (Physiologic ICSI). Многочисленные исследование показали, что сперматозоиды связывающиеся с гиалуроновой кислотой, обладают целостной ДНК [69], низким уровнем остаточных гистонов [21] и сниженным уровнем анеуплоидии [35], что положительно сказывается на качестве полученных эмбрионов и частоте наступления беременности [55, 20]. Возможно именно этот механизм, опосредованный через экспрессию HspA2, обеспечивает естественный отбор яйцеклеткой генетически сбалансированных сперматозоидов. По данным некоторых исследователей отбор сперматозоидов одновременно по методике ПИКСИ (способность связываться с гиалуроновой кислотой) и ИМСИ (отбор по морфологии) повышает эффективность оплодотворения, скорость дробления эмбрионов и частоту наступления беременности [62]. Однако специальные исследования, направленные на выявление взаимосвязи между морфологическими особенностями сперматозоидов и степенью их готовности к оплодотворению, не находят корелляции между этими двумя параметрами [19]. На настоящем этапе развития ВРТ подобные исследования имеют важное значение для оценки потенциала оплодотворения сперматозоида и их влияния на развитие эмбриона. Кроме того, это позволит оценить возможный генетический риск передачи потомству наследственной патологии и найти подходы к контролю за увеличением генетического груза популяции, связанного с применением ВРТ.Об авторах
Ирина Дмитриевна Федорова
ФГБУ «НИИАГ им. Д. О. Отта» СЗО РАМН
Email: irendf@mail.ru
к. б. н., с. н. с., старший эмбриолог, отделение вспомогательных репродуктивных технологий
Евгения Михайловна Шильникова
ФГБУ «НИИАГ им. Д. О. Отта» СЗО РАМН
Email: iagmail@ott.ru
аспирант, кафедра генетики и селекции, Санкт-Петербургский Государственный Университет, лаборатория пренатальной диагностики наследственных и врожденных заболеваний человека, отделение вспомогательных репродуктивных технологий
Александр Мкртичевич Гзгзян
ФГБУ «НИИАГ им. Д. О. Отта» СЗО РАМН
Email: iagmail@ott.ru
доктор наук, руководитель отделения вспомогательных репродуктивных технологий
Список литературы
- Кулаков В. И., Леонова Б. В., Кузьмичева Л. Н. Лечение мужского и женского бесплодия. Вспомогательные репродуктивные технологии. — М.: МИА, 2005. — 589 с.
- Цитогенетический анализ сперматозоидов человека с использованием внутрицитоплазматической инъекции в ооциты мыши / Федорова И. Д. [и др.] // Генетика. — 2005. — Т. 41, № 3. — С. 396–404.
- A new real-time morphology classification for human spermatozoa: a link for fertilization and improved embryo quality / Cassuto N. G. [et al.] // Fertil. Steril. — 2009. — Vol. 92, N 5. — P.1616–1625.
- Altered ultrastructure of mitochondrial membranes is strongly associated with unexplained asthenozoospermia / Pelliccione F. [et al.] // Fertil. Steril. — 2011. — Vol. 95, N 2. — P.641–646.
- Analysis of the human sperm centrosomal function and the oocyte activation ability in a case of globozoospermia, by ICSI into bovine oocytes / Nakamura S. [et al.] // Hum. Reprod. — 2002. — Vol. 17, N 11. — P. 2930–2934.
- Analysis of the oocyte activating capacity and chromosomal complement of round-headed human spermatozoa by their injection into mouse oocytes / Rybouchkin A. [et al.] // Hum. Reprod. — 1996. — Vol.11, N 10. — P.2170–2175.
- Assessment of acrosome and nuclear abnormalities in human spermatozoa with large vacuoles / Perdrix A. [et al.] // Hum. Reprod. — 2011. — Vol.26, N 1. — P. 47–58.
- Assisted reproductive technologies and the risk of birth defects — a systematic review / Hansen M. [et al.] // Hum. Reprod. — 2005. — Vol. 20, N 2. — P. 328–38.
- Blanchard Y., Lescoat D., Le Lannou D. Anomalous distribution of nuclear basic proteins in round-headed human spermatozoa // Andrologia. — 1990. — Vol.22, N 6. — P.549–555.
- Children born after intracytoplasmic sperm injection: population control study / Sutcliffe A. G. [et al.] // BMJ. — 1999. — Vol. 318, N 7185. — P.704–705.
- Chromomycin A3 staining as a useful tool for evaluation of male fertility / Iranpour F. G. [et al.] // J. Assist. Reprod. Genet. — 2000. — Vol.17, N 1. — P. 60–66.
- Chromosome 15 aneuploidy in the sperm and conceptus of a sibling with variable familial expression of round-headed sperm syndrome / Carrell D. T. [et al.] // Fertil. Steril. — 2001. — Vol. 76. — P.1258–1260.
- Clinical significance of sperm DNA damage threshold value in the assessment of male infertility / Venkatesh S. [et al.] // Reprod. Sci. — 2011. — Vol. 18, N 10. — P. 1005–1013.
- Complete globozoospermia associated with PLCzeta deficiency treated with calcium ionophore and ICSI results in pregnancy / Taylor S. L. [et al.] // Reprod. Biomed. Online. — 2010. — Vol.20. — P.559–564.
- Conservation of chromosome arrangement and position of the X in mammalian sperm suggests functional significance / Greaves I. K. [et al.] // Chromosome Res. — 2003. — Vol. 11. — P. 503–512.
- Detection of DNA fragmentation in human spermatozoa: correlation with semen parameters / Mehdi M. [et al.] // Andrologia. — 2009. — Vol.41, N 6. — P. 383–386.
- Differences in boar sperm head shape and dimensions recorded by computer-assisted sperm morphometry are not related to chromatin integrity / Saravia F. [et al.] // Theriogenology. — 2007. — Vol. 68, N 2. — P.196–203.
- Eddy E. M. Role of heat shock protein HSP70–2 in spermatogenesis // Rev. Reprod. — 1999. — Vol. 4, N 1. — P. 23–30.
- Efficacy of hyaluronic acid binding assay in selecting motile spermatozoa with normal morphology at high magnification / Petersen C. G. [et al.] // Reprod. Biol. Endocrinol. — 2010. Vol.8. — P. 149.
- Efficiency of hyaluronic acid (HA) sperm selection / Parmegiani L. [et al.] // J. Assist. Reprod. Genet. — 2010. — Vol. 27, N 1. — P. 13–16.
- Evaluation of zeta and HA-binding methods for selection of spermatozoa with normal morphology, protamine content and DNA integrity / Razavi S. H. [et al.] // Andrologia. — 2010. — Vol. 42, N 1. — P. 13–19.
- Fertilization rates of small-head sperm in conventional IVF and ICSI / Kihaile P. [et al.] // Arch. Androl. — 2003. — Vol. 49, N 5. — P. 327–329.
- FISH assessment of aneuploidy frequencies in immature human spermatozoa classified by the absence or presence of the cytoplasmic retention / Kovanci E. [et al.] // Hum. Reprod. — 2001. — Vol.16. — P.1209–1217.
- From ultrastructural flagellar sperm defects to the health of babies conceived by ICSI / Fauque P. [et al.] // Reprod. Biomed. Online. — 2009. — Vol.19, N 3. — P. 326–336.
- Genes and male infertility: what can go wrong? / Maduro M. R. [et al.] // J. Androl. — 2003. — Vol.24, N 4. — P. 485–493.
- Genetic sperm defects and consanguinity / Baccetti B. [et al.] // Hum. Reprod. — 2001. — Vol.16, N 7. — P.1365–1371.
- Globozoospermia is associated with chromatin structure abnormalities: case report / Vicari E. [et al.] // Hum. Reprod. — 2002. — Vol.17, N 8. — P. 2128–33.
- Globozoospermia revisited / Dam A. H. [et al.] // Hum. Reprod. Update. — 2007. — Vol.13, N 1. — P. 63–75.
- Goddijn M., Leschot N. J. Genetic aspects of miscarriage // Baillieres Best Pract. Res. Clin. Obstet. Gynaecol. — 2000. — Vol.14, N 5. — P. 855–865.
- Hassold T., Hall H., Hunt P. The origin of human aneuploidy: where we have been, where we are going // Hum. Mol. Genet. — 2007. — Vol.16. — P. 203–208.
- Hassold T. J. A cytogenetic study of repeated spontaneous abortions // Am. J. Hum. Genet. — 1980. — Vol. 32, N 5. — P. 723–730.
- Hyaluronic acid binding ability of human sperm reflects cellular maturity and fertilizing potential: selection of sperm for intracytoplasmic sperm injection / Huszar G. [et al.] // Curr Opin Obstet. Gynecol. — 2006. — Vol.18, N 3. — P. 260–267.
- Influence of individual sperm morphology on fertilization, embryo morphology, and pregnancy outcome of intracytoplasmic sperm injection / De Vos A. [et al.] // Fertil. Steril. — 2003. — Vol.79, N 1. — P. 42–48.
- Intracytoplasmic sperm injection outcome versus intracytoplasmic morphologically selected sperm injection outcome: a meta-analysis / Souza Setti A. [et al.] // Reprod. Biomed. Online. — 2010. — Vol. 21, N 4. — P. 450–455.
- Intracytoplasmic sperm injection: a novel selection method for sperm with normal frequency of chromosomal aneuploidies / Jakab A. [et al.] // Fertil. Steril. — 2005. — Vol. 84, N 6. — P. 1665–1673.
- Is fine morphology of the human sperm nuclei affected by in vitro incubation at 37 degrees C? / Peer S. [et al.] // Fertil. Steril. — 2007. — Vol. 88, N 6. — P. 1589–1594.
- Isolation and identification of sperm membrane antigens recognized by antisperm antibodies, and their possible role in immunological infertility disease / Bohring C. [et al.] // Mol. Hum. Reprod. — 2001. — Vol.7, N 2. — P. 113–118.
- Kartagener's Syndrome / Dhar D. K. [et al.] // Mymensingh Med. J. — 2009. — Vol. 18, N 1. — P.75–79.
- Katz D. F., Diel L., Overstreet J. W. Differences in the movement of morphologically normal and abnormal human seminal spermatozoa // Biol. Reprod. — 1982. — Vol. 26, N 4. — P. 566–570.
- Kruger T. F., Menkveld R., Stander F. S. Sperm morphology features as a prognostic factor in vitro fertilization // Fertil. Steril. — 1986. — Vol. 46. — P. 1118–1123.
- Lee J. D., Kamiguchi Y., Yanagimachi R. Analysis of chromosome constitution of human spermatozoa with normal and aberrant head morphologies after injection into mouse oocytes // Hum. Reprod. — 1996. — Vol.11, N 9. — P. 1942–1946.
- Lewis S. E., Agbaje I., Alvarez J. Sperm DNA tests as useful adjuncts to semen analysis // Syst. Biol. Reprod. Med. — 2008. — Vol.54, N 3. — P.111–125.
- Lewis S. E., Simon L. Clinical implications of sperm DNA damage // Hum. Fertil. –2010. — Vol. 13, N 4. — P. 201–207.
- Ludwig M., Katalinic A. Malformation rate in fetuses and children conceived after ICSI: results of a prospective cohort study // Reprod. Biomed. Online. — 2002. — Vol. 5, N 2. — P.171–178.
- Macrocephaly in bull spermatozoa is associated with nuclear vacuoles, diploidy and alteration of chromatin condensation / Revay T. [et al.] // Cytogenet. Genome Res. — 2009. — Vol.126, N 1–2. — P. 202–209.
- Martin R. H., Greene C., Rademaker A. W. Sperm chromosome aneuploidy analysis in a man with globozoospermia // Fertil. Steril. — 2003. — Vol.79, suppl. 3. — P. 1662–1664.
- Morphological abnormalities in spermatozoa from man and great apers / Seuaner H. N. [et al.] // Nature. — 1977. — Vol.270. — P. 345–347.
- Morphological characterization of abnormal human spermatozoa using transmission electron microscopy / Bartoov B. [et al.] // Arch. Androl. — 1980. — Vol.5, N 4. — P. 305–322.
- Morphological nuclear integrity of sperm cells is associated with preimplantation genetic aneuploidy screening cycle outcomes / Figueira R. D. [et al.] // Fertil. Steril. –2011. — Vol. 93, N 3. — P. 990–993.
- Morphology assessment and fluorescence in situ hybridization of the same spermatozoon using a computerized cell-scanning system / Strassburger D. [et al.] // Hum. Reprod. — 2007. — Vol. 22, N 1. — P. 201–209.
- Mroz K., Hassold T. J., Hunt P. A. Meiotic aneuploidy in the XXY mouse: evidence that a compromised testicular environment increases the incidence of meiotic errors // Hum. Reprod. — 1998. — Vol. 14. — P.1151–1156.
- Naaby-Hansen S., Herr J. C. Heat shock proteins on the human sperm surface // J. Reprod. Immunol. — 2010. — Vol. 84, N 1. — P. 32–40.
- Origin and biological significance of DNA fragmentation in human spermatozoa / Muratori M. [et al.] // Front. In Bioscience. — 2006. — Vol. 11. — P. 1491–1499.
- Pepling M. E., de Cuevas M., Spradling A. C. Germline cysts: a conserved phase of germ cell development? // Trends Cell Biol. — 1999. — Vol. 9, N 7. — P. 257–262.
- Physiologic ICSI: hyaluronic acid (HA) favors selection of spermatozoa without DNA fragmentation and with normal nucleus, resulting in improvement of embryo quality / Parmegiani L. [et al.] // Fertil. Steril. — 2010. — Vol. 93, N 2. — P.598–604.
- Post-meiotic shifts in HSPA2 / HSP70.2 chaperone activity during mouse spermatogenesis / Govin J. [et al.] // J. Biol. Chem. — 2006. — Vol.281, N 49. — P. 37888–37892.
- Preferential location of sex chromosomes, their aneuploidy in human sperm, and their role in determining sex chromosome aneuploidy in embryos after ICSI / Sbracia M. [et al.] // Hum. Reprod. — 2002. — Vol. 17. — P. 320–324.
- Pregnancy rates are higher with intracytoplasmic morphologically selected sperm injection than with conventional intracytoplasmic injection / Bartoov B. [et al.] // Fertil. Steril. — 2003. — Vol.80, N 6. — P.1413–1419.
- Real-time fine morphology of motile human sperm cells is associated with IVF-ICSI outcome / Bartoov B. [et al.] // J. Androl. — 2002. — Vol.23, N 1. — P.1–8.
- Relationship between human sperm morphology and acrosomal function / Menkveld R. [et al.] // J. Assist. Reprod. Genet. — 2003. — Vol.20, N 10. — P. 432–438.
- Results of 55 intracytoplasmic sperm injection cycles in the treatment of male-immunological infertility / Nagy Z. P. [et al.] // Hum. Reprod. — 1995. — Vol.10, N 7. — 1775–1780.
- Rienzi L. IMSI and PICSI: do they maximize your ICSI? // ESHRE campus — Reproductive Andrology. — Bruxelles, 2007.
- Significance of large nuclear vacuoles in human spermatozoa: implications for ICSI / Franco J. G. Jr. [et al.] // Reprod. Biomed. Online. — 2008. — Vol.17, N 1. — P. 42–45.
- Sperm DNA damage is associated with an increased risk of pregnancy loss after IVF and ICSI: systematic review and meta-analysis / Zini A. [et al.] // Hum. Reprod. — 2008. — Vol. 23, N 12. — P. 2663–2668.
- Sperm DNA fragmentation as a possible test for evaluation male fertility status / Shilnikova E. M. [et al.] // Reproductive BioMedicine. — 2010. — Vol.20, N 3. — P. 32–33.
- Sperm mitochondrial mutations as a cause of low sperm motility / Thangaraj K. [et al.] // J. Androl. — 2003. — Vol. 24, N 3. — P. 388–392.
- Sperm morphological abnormalities as indicators of DNA fragmentation and fertilization in ICSI / Daris B. [et al.] // Arch. Gynecol. Obstet. — 2010. — Vol. 281, N 2. — P.363–367.
- Sperm nuclear vacuoles, as assessed by motile sperm organellar morphological examination, are mostly of acrosomal origin / Kacem O. [et al.] // Reprod. Biomed. Online. — 2010. — Vol. 20, N 1. — P. 132–137.
- Spermatozoa bound to solid state hyaluronic acid show chromatin structure with high DNA chain integrity: an acridine orange fluorescence study / Yagci A. [et al.] // J. Androl. — 2010. — Vol. 31, N 6. — P. 566–572.
- Spiropoulos J., Turnbull D. M., Chinnery P. F. Can mitochondrial DNA mutations cause sperm dysfunction? // Mol. Hum. Reprod. — 2002. — Vol. 8, N8. — P. 719–721.
- Study of aneuploidy and DNA fragmentation in gametes of patients with severe teratozoospermia / Perrin A. [et al.] // Reprod. Biomed. Online. — 2011. — Vol. 22, N 2. — P. 148–54.
- Study of aneuploidy in large-headed, multiple-tailed spermatozoa: case report and review of the literature / Perrin A. [et al.] // Fertil. Steril. — 2008. — Vol.90, N 4. — P. 1201.
- Surfing the wave, cycle, life history, and genes / proteins expressed by testicular germ cells. Pt. 1: Background to spermatogenesis, spermatogonia, and spermatocytes / Hermo L. [et al.] // Microscopy Research and Technique. — 2010. — Vol.73. — P. 243–278.
- Tesarik J., Greco E., Mendoza C. Late, but not early, paternal effect on human embryo development is related to sperm DNA fragmentation // Hum. Reprod. — 2004. — Vol.19, N 3. — P. 611–615.
- The genetic basis of infertility / Shah K. [et al.] // Reproduction. — 2003. — Vol. 126, N 1. — P.13–25.
- The shape of the sperm midpiece in intracytoplasmic morphologically selected sperm injection relates sperm centrosomal function / Ugajin T. [et al.] // J. Assist. Reprod. Genet. — 2010. — Vol. 27, N 2–3. — P. 75–81.
- Ultrastructural nuclear defects and increased chromosome aneuploidies in spermatozoa with elongated heads / Prisant N. [et al.] // Hum. Reprod. — 2007. — Vol. 22, N 4. — P. 1052–1059.
- Van Steirteghem A., Bonduelle M., Liebaers I., Devroey P. Children born after assisted reproductive technology // Am. J. Perinatol. — 2002. — Vol.19, N 2. — P. 59–65.
- WHO laboratory manual for the examination and processing of human semen. — 5-th edn. — Geneva: WHO press, 2010. — 271 p.
- WHO laboratory manual for the examination of human semen and sperm-cervical mucus interactions. — Cambridge: University press, 1999. — 125 p.
- Zalenskaya I. A., Zalensky A. O. Non-random positioning of chromosomes in human sperm nuclei // Chromosome Res. — 2004. — Vol. 12. — P. 163–173.
Дополнительные файлы
