ПГД эмбриона: для чего проводится при ЭКО, как проходит генетический анализ?

1. ПГТ-A — преимплантационный генетический тест для анализа анеуплодий (хромосомных аномалий)

Избегая переноса таких эмбрионов, мы помогаем родителям не столкнуться с вынашиванием ребенка с генетическим заболеванием, избежать отторжения эмбриона или выкидыша на ранней стадии беременности. Например, лишняя копия 21-ой хромосомы является причиной синдрома Дауна (трисомия 21). Другие распространенные хромосомные нарушения (лишняя или недостающая хромосома) — трисомия 18, трисомия 15 или 47, и XXY (Синдром Клайнфельтера).

Кому рекомендуется ПГТ-A?

•  Если будущая мама старше 35 лет.
• В случаях неоднократного самопроизвольного прерывания беременности и/или отторжения эмбриона в двух или более циклах ЭКО.
• Пациенты с диагностированными хромосомными аномалиями.
• Пары, причина бесплодия которых — тяжелый мужской фактор.

Пошаговое описание ПГТ-A

1. На приеме гинеколог разработает план процедуры, которая начнется в первый день менструации.
2. Стимуляция яичников для получения ооцитов.
3. Получение эмбрионов с помощью цикла ЭКО.
4. Когда эмбрион достигнет 5-6 дней развития, наступит стадия бластоциста: мы проведем забор клеток с помощью биопсии эмбриона.
5. Криоконсервация эмбрионов до момента переноса.
6. Обработка биопсии для хромосомного анализа и постановки диагноза.
7. После получения результата проводится подготовка эндометрия матери и переноса эмбриона без хромосомных нарушений, при этом исключаются аномальные эмбрионы и неудачные переносы.

Как передаются по наследству генетические заболевания

Генетические заболевания, в отличие от хромосомных, связаны с изменением структуры генетического кода, когда один или несколько его участков являются патологическими. Подобные нарушения могут затрагивать как соматические хромосомы, так и половые. Стоит отметить, что мутантный аллель может быть доминирующим, то есть его влияние в паре всегда превалирует, или рецессивным, то есть патологический признак не проявится, если будет здоровый доминант. Этим определяются типы наследования генетических заболеваний. Хромосомный набор в норме всегда парный. Поэтому возможны следующие варианты:

• пара определенного генетического не имеет никаких мутаций – ребенок здоров;
• пара содержит один мутантный аллель, но он рецессивный, а доминантный аллель здоровый – заболевания нет, но ребенок является носителем патологии (может передавать ее потомству);
• пара содержит 2 мутантных аллеля и оба рецессивные – заболевание проявится;
• пара содержит 1 мутантный аллель доминантного типа – заболевание проявится, даже если рецессивный аллель здоровый;
• пара содержит 2 мутантных аллеля доминантного типа – генетическая патология проявится.

Наследственные заболевания связаны со структурными изменениями наследственной информации клеток человека. Вероятность передачи «поломки» зависит от конкретного типа патологии, т.к. разные виды по-разному наследуются.

Типы наследования могут быть следующими:

• аутосомно-доминантные;
• аутосомно-рецессивные;
• Х-сцепленные доминантные;
• Х-сцепленные рецессивные;
• У-сцепленные (голандрические) – на У-хромосоме в целом мало генов, поэтому такие заболевания редкие и практически не передаются потомству, т.к. в большинстве случаев такие мужчины стерильны (гены У-хромосомы отвечают за сперматогенез и развитие яичек);
• митохондриальные – наследуются только по материнской линии (если мать больна, то будут больны все дети). Для выявления митохондриальных болезней обследование должна пройти женщина до зачатия с помощью секвенирования митохондриальной ДНК. Это выходит за рамки ПГД.

Отнесение болезни  к той или иной группе позволяет генетику предположить, с какой вероятностью она проявится у потомства и составить оптимальный репродуктивный план для пары.

Доминантные заболевания

В случае доминантного наследования патологический признак превалирует над здоровым. Поэтому при его наличии (хоть в одной, хоть в 2 хромосомах) ребенок всегда болен. Здоровые дети не являются носителями мутантного аллеля.

По аутосомно-доминантному типу наследуются болезнь Марфана (поражение соединительной ткани), боковой амиотрофический склероз (поражение структур спинного мозга), нейрофиброматоз (из нервной ткани образуются опухоли), семейная гиперхолестеринемия и др.

Рецессивные заболевания

При рецессивном типе наследования заболевание проявляется только в том случае, если  патологический участок присутствует одновременно в 2 хромосомах из пары. Здоровые дети от больных родителей могут быть как носителями патологического гена (одна из хромосом имеет повреждение), так и не иметь его в своем наборе (2 хромосомы в паре абсолютно нормальны).

Рецессивный тип передачи наследственного заболевания часто встречается при близкородственных браках. Основными представителями этой группы являются  анемия Фанкони, лизосомные болезни накопления, фенилкетонурия, синдром Жильбера, наследственная тугоухость и другие.

Для генетики справедливо правило – если у двух здоровых родителей ребенок болен, то такой тип наследования считается рецессивным.

Х-сцепленные заболевания

Чаще всего в популяции встречаются Х-сцепленные заболевания, намного реже – У-сцепленные. В последнем случае патологический признак выявляется только у мужчин и передается по мужской линии всем сыновьям.

Х-сцепленное наследование может быть доминантным и рецессивным.

• В случае доминантного Х-сцепленного наследования от матери пораженная Х-хромосома передается как сыновьям, так и дочерям. Отцы с мутантной Х-хромосомой передают ее только дочерям (сыновья здоровы, т.к. нормальную Х-хромосому наследуют от матери). По таком механизму передается пигментный дерматоз, гипоплазия зубной эмали, устойчивый к витамину Д рахит.
• Х-сцепленное рецессивное наследование приводит к тому, что у сына проявляется заболевание. Если же передается дочери больная Х-хромосома, то ребенок, как правило, здоров (болезнь развивается только, если и вторая хромосома от отца тоже повреждена). По такому типу передаются гемофилия, глазной альбинизм, куриная слепота, дальтонизм, миодистрофия Дюшена.

Преимплантационный генетический скрининг (ПГС)

Преимплантационный генетический скрининг (ПГС) – это исследование числа хромосом, часто вовлекаемых в анеуплоидии (изменение нормального числа хромосом) у эмбрионов, полученных в циклах ЭКО, до их переноса в полость матки. Использование ПГС предотвращает перенос эмбрионов с аномальным числом хромосом (числовое нарушение кариотипа, анеуплоидия). Согласно многочисленным данным ведущих мировых клиник ЭКО, у доимплантационных эмбрионов человека, полученных при оплодотворении ооцитов после овариальной стимуляции, велик процент хромосомных аномалий. В зависимости от возраста женщины, параметров спермограммы и других факторов (причина бесплодия, наличие привычного невынашивания, аномальный кариотип, генетический фон…) от 40 до 80 процентов доимплантационных эмбрионов имеют хромосомные аномалии. У некоторых супружеских пар все эмбрионы могут иметь хромосомные аномалии.

Подсадка эмбриона с хромосомной патологией приводит к:

• отсутствию имплантации
• спонтанному прерыванию беременности
• мертворождению или рождению ребенка с хромосомной патологией

Дети с хромосомной патологией (аномальным кариотипом) в большинстве случаев имеют врожденные умственные и, практически всегда, физические пороки развития. Среди новорождённых наиболее распространенной хромосомной патологией является трисомия (три хромосомы вместо двух в норме) по 21-й хромосоме, или синдром Дауна. Симптомы заболевания хорошо известны: задержка умственного развития, пониженная сопротивляемость болезням, врождённые сердечные аномалии, короткое коренастое туловище и толстая шея, а также характерные складки кожи над внутренними углами глаз. Возможно рождение живых детей с трисомиями по хромосоме 13 (синдром Патау), хромосоме 18 (синдром Эдвардса). Эти хромосомные болезни характеризуются еще более тяжелыми, чем при синдроме Дауна, пороками умственного и физического развития.

Наиболее часто встречающейся у человека является трисомия по 16-й хромосоме (более одного процента всех случаев беременности). Следствием этой трисомии является спонтанное прерывание беременности в первом триместре.

Многим известна моносомия по хромосоме Х (одна половая хромосома вместо двух в норме) – синдром Шерешевского-Тернера. Пол у такого человека женский. Для женщин с моносомией Х характерно недоразвитие половых органов, низкий рост, сближенные соски, кожные крыловидные складки на боковых поверхностях шеи и деформация локтевых суставов. Интеллект у большинства таких женщин сохранен, однако частота олигофрении выше, чем у женщин с нормальным кариотипом.

При проведении ПГС целесообразно исследовать число хромосом, анеуплоидии по которым наиболее часты и имеют наиболее негативное влияние на пренатальное развитие человека. Это половые хромосомы – X и Y, и аутосомы – 13, 14, 15, 16, 17, 18, 21, 22. Такая диагностика способна выявить более 70% всех хромосомных аномалий у доимплантационных эмбрионов.

Рядом опытных и авторитетных клиник ЭКО Европы и США было показано, что применение ПГС в циклах ЭКО увеличивает частоту имплантации эмбрионов, уменьшает число спонтанных прерываний беременности на ранних сроках и увеличивает частоту рождения здоровых детей. В настоящее время наша клиника проводит преимплантационный генетический скрининг (ПГС) с помощью метода FISH.

Возможные преимущества генетического анализа

Что значит ПГД эмбриона? Это высокотехнологичное исследование помогает решать сразу несколько важных задач, связанных с улучшением репродуктивных и медико-генетических исходов беременности. Благодаря генетическому анализу, удается достигать следующих целей:

• уменьшать число неэффективных переносов;
• уменьшать вероятность спонтанного прерывания беременности;
• повышать шансы успешной беременности у женщин из групп повышенного генетического риска;
• предотвращать передачу по наследству генетически обусловленных заболеваний;
• уменьшить риск хромосомной патологии у новорожденных;
• снизить риск резус-конфликта.

В результате проведения ПГД снижается риск рождения больного ребенка, риск невынашивания и многоплодия, увеличиваются шансы на успешную имплантацию (в среднем на 10%) и на благополучное рождение ребенка (примерно на 15-20%).

Что дает ПГД эмбриона еще? Если брат или сестра от одних родителей имеют заболевание, связанное с мутацией, требующее пересадки костного мозга, и в базе данных подобрать совместимого донора не удается, то на помощь приходит ЭКО с преимплантационным скринингом. Что показывает ПГД в этом случае? Благодаря этому исследованию удается подобрать эмбрион, который не только не содержит мутации, но и полностью совместим по тканевым антигенам. Такое направление в терапии применяется в США и Европе уже более 15 лет, а в России с 2016 года, когда девочке с синдромом Шахванда-Даймонда пересадили здоровые стволовые клетки от ее родного брата, зачатого путем ЭКО.

Определение пола ребенка

Определение пола эмбриона до имплантации – технически самый простой вид ПГД. Метод используется для диагностики пола эмбрионов в случае, когда один, или в редких случаях оба, родителя являются носителями заболевания, сцепленного с полом. Чаще других в этой группе заболеваний встречаются: миодистрофия Дюшена, Гемофилия А, Гемофилия В, синдром Мартина-Белла (синдром ломкой Х-хромосомы). Возможно использовать доимплантационную диагностику пола эмбрионов для планирования семьи (перенос в полость матки только эмбрионов желанного для супружеской пары пола). Однако, при отсутствии детей в семье проведение ПГД с этой целью нельзя назвать этичным и моральным.

Преимплантационная генетическая диагностика

Преимплантационная генетическая диагностика (ПГД),в международном обозначении-PGD (Preimplantation Genetic Diagnostic) проводится для диагностики наследственных заболеваний. Она была разработана в конце 1980х годов как метод диагностики эмбриона на ранней стадии, призванный помочь супружеским парам, имеющим повышенный риск передачи наследственного заболевания своему ребенку. До появления преимплантационной генетической диагностики единственным вариантом для таких пар было проведение амниоцентеза (аспирации небольшого количества амниотической жидкости – жидкости, окружающей плод в матке. Амниотическая жидкость содержит клетки плода, которые в последующем культивируются в течение 2-3 недель и исследуются на наличие генетичесих аномалий). Главный недостаток амниоцентеза заключается в том, что, если плод является носителем заболевания, супругам необходимо принять решение о том, будут ли они прерывать беременность или сохранять беременность, зная, что у них родится больной ребенок. ПГД дает таким парам возможность выбора. Диагностика эмбриона проводится в цикле экстракорпорального оплодотворения до его переноса в полость матки. После проведения анализа пациентке переносят только здоровые эмбрионы. Женщина беременеет, зная, что вынашиваемый ею ребенок не является носителем генетического заболевания. Многие пациенты желают заранее выбрать пол ребенка, и это тоже можно сделать при помощи ПГД.

ПГД может проводиться в ситуациях, когда имеется повышенный риск того, что эмбрионы будут иметь определенные хромосомные патологии. Такие патологии могут снизить вероятность имплантации (прикрепления) в матке, приводить к невынашиванию беременности или рождению ребенка с физическими или умственными отклонениями. ПГД помогает предотвратить такой неблагоприятный исход, поскольку позволяет отобрать здоровые эмбрионы до переноса в матку.

Не все генетические патологии могут быть диагностированы с помощью ПГД. Диагностика позволяет выявить отклонение в количестве хромосом, называемое анеуплоидией, и изменения в структуре хромосом. В эмбрионах с анеуплоидией отсутствует одна хромосома (моносомия), или имеется лишняя хромосома (трисомия). Анеуплоидия чаще встречается в яйцеклетках и эмбрионах женщин старше 34 лет. Отсутствующие или лишние хромосомы могут приводить к выкидышу или рождению ребенка с физическими и психическими патологиями. Все люди имеют 23 пары хромосом. ПГД проводится для 9 хромосом, у которых чаще всего встречается анеуплоидия. Это хромосомы 13, 15, 16, 17, 18, 21, 22, X, Y. В настоящее время нельзя провести диагностику для всех 23 хромосом.

Хромосомные и моногенные аномалии — что это?

У здоровых людей в геноме 46 хромосом — 23 от папы и 23 от мамы, которые несут в себе наследственные признаки. В геноме 22 аутосомы и одна пара половых хромосом, которые определяют пол (XX у женщин и XY у мужчин). Каждая хромосома — это «большая книга», содержащая всю генетическую информацию, которая указывает как должны выглядеть и работать клетки нашего организма. 

Но иногда при разделении клеток происходят ошибки, которые могут привести к увеличению числа хромосом или, наоборот, к их недостаточному количеству. Такие хромосомные аномалии делятся на следующие виды:

• Численные — лишние или недостающие хромосомы;
• Структурные — у одной из хромосом не хватает какой-либо части, или есть лишняя часть, или эта часть находится в другой хромосоме, или возникает инверсия хромосом; 

Аномалия в числе или структуре хромосом эмбриона — это самая частая причина отторженияприимплантации или выкидышанараннейстадии, которая также увеличивается с возрастом матери. Поэтому ПГТ-A анеуплоидий — очень полезный анализ в диагностике и лечении в нашем Отделеповопросамотторженияэмбрионовприимплантации. 

Иногда аномалия происходит в конкретном гене и влияет на работу организма, вызывая моногенное заболевание, которое передается следующему поколению.

2. ПГТ-M — преимплантационный генетический тест для обнаружения моногенных заболеваний

Генетический анализ эмбрионов будущих родителей — носителей наследственного заболевания. Он позволяет обнаружить аномалию или мутацию гена, который вызывает болезнь. Первый шаг: генетическое исследование будущих родителей для выявления ошибки (мутации) гена, который вызывает болезнь (генетическое исследование). После получения генетической информации, на следующем шагу мы выполняем информативное обследование, которое позволит нам создать специфическую стратегию диагноза для борьбы с заболеванием этой семьи. Болезни могут быть аутосомно-рецессивные, аутосомно-доминантные и связанный с Х-хромосомой, например: синдром ломкой X-хромосомы, гемофилия А, муковисцидоз, болезнь Гентингтона, серповидноклеточная анемия, синдром Марфана и т. д.

Кому рекомендуется ПГТ-M?

• Парам, где один из партнеров является носителем генетического заболевания с аутосомно-доминантным типом наследования (50% детей будут страдать этим заболеванием).
• Парам, в которых женщина является носителем генетического заболевания, связанного с полом (50% детей будут страдать этим заболеванием).
• Парам, в которых оба партнера являются носителями генетического заболевания с аутосомно-рецессивным типом наследования (25% детей будут страдать этим заболеванием).

ОПИСАНИЕ ПРОЦЕДУРЫ ПГД:

• Стандартная процедура ЭКО до этапа пункции яйцеклеток;
• Стандартные эмбриологические процедуры по обработке яйцеклеток, спермы, проведению микроманипуляций;
• Лабораторная процедура биопсии эмбриона на 3 день культивирования (с помощью механического, химического или лазерного метода), а затем фиксация бластомера;
• Генетическая диагностика зафиксированных бластомеров и получение результатов диагностики к 5 дню культивирования эмбрионов;
• Перенос в полость матки эмбрионов без генетических дефектов на 5 день культивирования на стадии бластоцисты;
• Стандартные процедуры криоконсервации после переноса эмбрионов;
• Стандартная процедура диагностики беременности примерно через две недели после переноса эмбрионов.

В ходе беременности возможно проведение диагностических исследований, позволяющих определить, нормально ли развивается плод. Диагностика ряда патологий возможна с помощью амниоцентеза или биопсии ворсин хориона (забор клеток жидкости или тканей, окружающих эмбрион). Исследование амниотической жидкости и ультразвуковое исследование могут обнаружить определенные патологии центральной нервной системы плода или других органов. Вам необходимо обсудить возможность проведения этих исследований со своим акушером-гинекологом, наблюдающим беременность. Эти исследования не являются на 100% достоверными. Как и в случае естественного зачатия, при проведении ЭКО не существует гарантии того, что не родится ребенок с невыявленными физическими или психическими отклонениями. Имеющиеся на сегодняшний день данные указывают на то, что риск развития патологий у детей после экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) не выше такого риска после естественного зачатия.

История преимплантационной генетической диагностики (ПГД)

В норме генетический материал человека закодирован в   44 аутосомных хромосомах. Полный хромосомный набор представлен 22  соматическими парами и одной половой парой (у мальчиков ХУ, а у девочек ХХ). Однако нередки ситуации, когда количество хромосом может уменьшиться или, наоборот, увеличиться в результате сбоя в процессе деления клеток. Это приводит либо к рождению детей с хромосомными синдромами и множественными пороками развития, либо к подсадке нежизнеспособного эмбриона (такая беременность прерывается в первом триместре), либо к отсутствию имплантации. Чтобы снизить подобные неудачи ЭКО до этапа переноса эмбриона в маточную полость,  было предложено проводить преимплантационную генетическую диагностику. Чуть позже выяснилось, что с помощью такой технологии можно также избежать передачи моногенного заболевания, носителем которого может оказаться один из родителей. Подсаживаться будут только те эмбрионы, в структуре которых нет этого аллеля.

Интересно отметить, что идея проведения подобного исследования зародилась еще до эры вспомогательных репродуктивных технологий у человека. Произошло это в 1967 году, когда ученые провели забор материала кроличьих эмбрионов, чтобы определить пол еще до подсадки. В репродуктивной медицине человека проведение генетического тестирования стало возможно с 90-х годов XX столетия, и связано с более широким распространением ЭКО и изобретением метода полимеразной цепной реакции.

Сначала в 1989 году перед имплантацией определили пол будущего ребенка

Для родителей это было важно, т.к. Х-хромосома одного из супругов содержала дефектный ген, и риск рождения больного ребенка был высок

В 1990 году уже удалось идентифицировать эмбрионы с моногенными нарушениями, в частности это касалось муковисцидоза. Позже ПГД шагнула еще дальше, предоставив возможность лечить больного брата или сестру с помощью пересадки костного мозга, свободного от мутации и полностью совместимого по системе HLA.