在試管嬰兒投入臨床的試管早期，醫(yī)生和患者都傾向于一次移植多枚胚胎，嬰兒認(rèn)為這樣可以增加成功懷孕的選擇幾率，然而這種做法不僅導(dǎo)致大量雙胞胎或多胞胎的個(gè)胚誕生，也使母體在妊娠期間承受了更大的胎移風(fēng)險(xiǎn)，更容易發(fā)生糖尿病、植可智高血壓等妊娠期綜合征。人工而對(duì)于子宮中的打分胎兒來(lái)說(shuō)，則會(huì)增加早產(chǎn)、無(wú)需宮內(nèi)發(fā)育遲緩、煩惱低出生體重、試管圍產(chǎn)期死亡等風(fēng)險(xiǎn)。嬰兒

　　因此，選擇隨著輔助生殖技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的國(guó)家對(duì)胚胎移植數(shù)設(shè)立了限制并積極推廣單胚胎移植，這就使得能否挑選出一枚最好的胚胎來(lái)提升移植的成功率變得更為重要。這不僅僅是為了避免移植失敗帶來(lái)的身心傷害，也是為了避免時(shí)間成本的浪費(fèi)，尤其對(duì)于那些生育力正在斷崖式下跌的高齡患者而言。

　　目前，第三代試管嬰兒即PGT技術(shù)可以通過(guò)對(duì)胚胎活檢（biopsy）考察其整倍體性、是否存在單基因遺傳病即染色體結(jié)構(gòu)異常。但活檢具有一定的操作難度，需要經(jīng)驗(yàn)豐富的胚胎學(xué)家手動(dòng)進(jìn)行，并且屬于是一種有創(chuàng)的手段。故而，在活檢非必需的情況下，通過(guò)無(wú)創(chuàng)的方式對(duì)胚胎進(jìn)行評(píng)級(jí)顯得十分必要。

　　胚胎移植可在胚胎發(fā)育的第三天（D3）或第五天（D5）進(jìn)行，因此，對(duì)這兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)上的胚胎進(jìn)行形態(tài)學(xué)評(píng)分也就有著兩套不同的體系。

　　D3的胚胎處于卵裂球的狀態(tài)，按照受精卵分裂的一般規(guī)律，這時(shí)的胚胎應(yīng)該擁有8個(gè)細(xì)胞，但實(shí)際情況中胚胎發(fā)育的速度不一，所以當(dāng)胚胎細(xì)胞數(shù)在6-10個(gè)之間，都認(rèn)為具有較好的發(fā)育潛能，可以進(jìn)行移植。此外，細(xì)胞之間大小是否均一透亮、胞質(zhì)有無(wú)顆粒現(xiàn)象、細(xì)胞碎片程度的高低也是評(píng)判胚胎質(zhì)量的重要指標(biāo)。

　　圖1 D3胚胎評(píng)級(jí)（圖源：[1]）

　　D5的胚胎已經(jīng)入囊胚階段，臨床上應(yīng)用最為廣泛的是Gardner人類囊胚分級(jí)系統(tǒng)，即根據(jù)囊胚腔擴(kuò)張、內(nèi)細(xì)胞團(tuán)孵出、滋養(yǎng)層細(xì)胞及內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞的形態(tài)對(duì)胚胎進(jìn)行評(píng)分。一般而言，如果囊胚腔完全占據(jù)胚胎或正在從透明帶中孵出、內(nèi)細(xì)胞團(tuán)和滋養(yǎng)層細(xì)胞數(shù)目較多且排列緊密，則表明該胚胎具有較高的發(fā)育潛力。

　　圖2 囊胚腔逐漸擴(kuò)張并從透明帶中孵出（圖源：[1]）

　　不過(guò)，以上評(píng)價(jià)體系不論針對(duì)的是哪一天的胚胎，傳統(tǒng)上都僅在特定的時(shí)間點(diǎn)對(duì)胚胎進(jìn)行觀察，丟失了胚胎發(fā)育過(guò)程中的動(dòng)態(tài)信息。為此，時(shí)差成像系統(tǒng)（Time-lapse imaging，TLI）應(yīng)運(yùn)而生，將胚胎培養(yǎng)箱和光學(xué)系統(tǒng)集成于一體，在不干擾胚胎發(fā)育的情況下，幫助胚胎學(xué)家獲取胚胎從受精到移植期間的連續(xù)動(dòng)態(tài)圖像，為胚胎篩選提供了更多的依據(jù)。

　　但動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)產(chǎn)生的大量圖像數(shù)據(jù)又給胚胎學(xué)家?guī)?lái)了巨大的工作負(fù)擔(dān)，且胚胎學(xué)家的主觀評(píng)價(jià)極可能受到其過(guò)往經(jīng)驗(yàn)、疲勞程度的影響，而擅長(zhǎng)對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理的人工智能如能介入決策，則更具備效率高、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，甚至能夠發(fā)現(xiàn)人類難以覺(jué)察的時(shí)空動(dòng)態(tài)特征。

　　例如華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)在2021年3月，就基于視頻準(zhǔn)備算法、空間流和事件流模型開發(fā)出了一種名為STEM和STEM+的集成預(yù)測(cè)模型，在預(yù)測(cè)胚胎發(fā)育成囊胚的潛力方面，表現(xiàn)出了70%以上的準(zhǔn)確率和0.8左右的AUC（機(jī)器學(xué)習(xí)中一種評(píng)價(jià)分類器好壞的指標(biāo)）[2]。另一個(gè)小組在2021年12月開發(fā)出一種整倍體預(yù)測(cè)算法，能夠結(jié)合時(shí)差成像系統(tǒng)提供的信息以及患者年齡、囊胚天數(shù)等數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)胚胎的整倍體性，在測(cè)試數(shù)據(jù)集上預(yù)測(cè)整倍體的結(jié)果AUC 達(dá)到0.80[3]。

　　而在已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化的人工智能評(píng)分系統(tǒng)中，瑞典輔助生殖領(lǐng)域知名公司vitrolife所推出的胚胎決策支持工具iDAScore經(jīng)由龐大、多樣化的數(shù)據(jù)集訓(xùn)練和驗(yàn)證，可自動(dòng)對(duì)胚胎進(jìn)行評(píng)分并有望推廣到所有診所。美國(guó)人工智能醫(yī)療保健公司Presagen開發(fā)的 Life Whisperer Viability則能夠評(píng)估胚胎植入潛力和臨床懷孕的可能性，結(jié)果優(yōu)于胚胎學(xué)家人工評(píng)估25%，縮短懷孕時(shí)間15%。

　　近日，又有一篇發(fā)表于Human Reproduction的文章“Human blastocyst spontaneous collapse is associated with worse morphological quality and higher degeneration and aneuploidy rates: a comprehensive analysis standardized through artificial intelligence”利用人工智能對(duì)囊胚自發(fā)塌陷和囊胚形態(tài)質(zhì)量、退化幾率及非整倍體幾率的相關(guān)性進(jìn)行了綜合分析。

　　圖3 研究成果（圖源：[5]）

　　囊胚自發(fā)塌陷指的是胚胎在發(fā)育過(guò)程中，囊胚腔液流出、胚胎體積縮小以及外滋養(yǎng)層與透明帶脫離的現(xiàn)象，盡管其發(fā)生的原因尚不清楚，但極有可能作為胚胎發(fā)育潛能下降的標(biāo)志。

　　在這項(xiàng)研究中，AI軟件自動(dòng)分析了720個(gè)周期2348個(gè)時(shí)差顯微鏡（Time-lapse microscopy，TLM）成像視頻，所有的胚胎均達(dá)到囊胚起始階段（time of starting blastulation，tSB），其中在77.6%的周期中至少記錄了一個(gè)發(fā)生自發(fā)塌陷的胚胎。囊胚自發(fā)塌陷的次數(shù)與囊胚擴(kuò)張時(shí)間（time of expanding blastocyst，tEB)）和活檢時(shí)間的延遲有關(guān)。囊胚質(zhì)量越差，自發(fā)塌陷的次數(shù)越多，時(shí)間也越長(zhǎng)，其整倍體率也顯著降低，塌陷次數(shù)從0到4次對(duì)應(yīng)的整倍體率分別為47%、38%、32%、31%和20%。在研究中，tSB、tEB、每次塌陷起止時(shí)間、兩次塌陷之間的之間、收縮比例、塌陷時(shí)胚胎:透明帶比率等數(shù)據(jù)均由AI軟件自動(dòng)記錄。

　　該結(jié)果將有助于胚胎學(xué)家將囊胚自發(fā)塌陷也納入胚胎植入評(píng)分體系，另外，還有文章指出，輔助孵化能夠改善自發(fā)塌陷囊胚的著床潛能[6]，或許未來(lái)能夠在AI評(píng)分的基礎(chǔ)上“挽救”這些發(fā)生了自發(fā)塌陷的“差生”。輔助孵化即對(duì)透明帶進(jìn)行切薄、打孔等操作，幫助胚胎“破殼而出”，順利與子宮內(nèi)膜接觸。

　　相信隨著胚胎發(fā)育過(guò)程中的奧秘被一點(diǎn)一點(diǎn)揭開，人工智能輔助下的無(wú)創(chuàng)胚胎評(píng)級(jí)會(huì)變得越來(lái)越可靠，盡管依然無(wú)法取代有創(chuàng)的PGT，但憑借著其對(duì)醫(yī)療設(shè)備資源較低的依賴性，能夠更好地推廣到各地的生殖中心，甚至通過(guò)遠(yuǎn)程醫(yī)療觸達(dá)更偏遠(yuǎn)地區(qū)的患者！

　　撰文|風(fēng)立宵

　　End

　　參考資料：

　　[1]https://www.invitra.com/en/

　　[2]Liao, Q., Zhang, Q., Feng, X. et al. Development of deep learning algorithms for predicting blastocyst formation and quality by time-lapse monitoring. Commun Biol 4, 415 (2021). https://doi.org/10.1038/s42003-021-01937-1

　　[3]Huang, B., Tan, W., Li, Z. et al. An artificial intelligence model (euploid prediction algorithm) can predict embryo ploidy status based on time-lapse data. Reprod Biol Endocrinol 19, 185 (2021). https://doi.org/10.1186/s12958-021-00864-4

　　[4]https://www.vitrolife.com/

　　[5]Danilo Cimadomo, Anabella Marconetto, Samuele Trio, et al, Human blastocyst spontaneous collapse is associated with worse morphological quality and higher degeneration and aneuploidy rates: a comprehensive analysis standardized through artificial intelligence, Human Reproduction, Volume 37, Issue 10, October 2022, Pages 2291–2306, https://doi.org/10.1093/humrep/deac175

　　[6]A Mifsud-Giner, A Tejera, M.A Valera, et al, P-213 Assisted Hatching as new indication to improve diminished implantation potential after spontaneous collapsed blastocyst, Human Reproduction, Volume 37, Issue Supplement_1, July 2022, deac107.206, https://doi.org/10.1093/humrep/deac107.206