La tecnologia del time-lapse a servizio della procreazione medicalmente assistita

In procreazione medicalmente assistita (PMA), quando si esegue un ciclo di FIVET/ICSI, la fecondazione avviene esternamente al corpo umano e gli embrioni ottenuti vengono conservati in un incubatore prima di esser trasferiti in cavità uterina tra il secondo e il quinto giorno di sviluppo. La procedura di valutazione standard prevede che gli embrioni vengano rimossi dal proprio incubatore e posizionati sotto un microscopio per essere osservati a orari prestabiliti e per valutarne la qualità e lo stadio di sviluppo prima di procedere al trasferimento embrionario e/o al congelamento. Il tempo trascorso fuori dall’incubatore per poter essere adeguatamente valutati dal biologo comporta inevitabilmente una variazione, seppur momentanea, della condizione di coltura che potrebbe incidere negativamente sullo sviluppo embrionario. Per superare questa problematica sono stati sviluppati incubatori con tecnologia time-lapse (dall’inglese “intervallo di tempo”) che, grazie alla presenza di microtelecamere o sistemi ottici integrati, consente di acquisire immagini digitali degli embrioni a intervallo di tempo frequenti, senza la necessità di doverli rimuovere dall’incubatore per posizionarli sotto un microscopio. Il biologo successivamente osserva il video ottenuto e valuta non solo la morfologia ma anche le modalità di sviluppo dell’embrione, quindi, sulla base delle informazioni ottenute dalla morfologia in aggiunta ai tempi di divisione, è possibile effettuare una scelta dell’embrione da trasferire non solo su base morfologica, ma anche su base cinetica. Con questa tecnologia, quindi, vengono valutati anche quegli eventi transitori dello sviluppo embrionario, che con la valutazione prettamente morfologica standard a intervalli di tempo prestabiliti, vengono persi. Inoltre, l’incubatore time-lapse può anche esser dotato di un software che, attraverso complessi algoritmi, assiste l’embriologo nella selezione dell’embrione di migliore qualità e con il maggior potenziale di impianto. La capacità di selezionare l’embrione migliore ridurrebbe i tempi di ottenimento della gravidanza e la necessità di eseguire successivi trasferimenti embrionari.

I sistemi con tecnologia time-lapse rappresentano sicuramente un valore aggiunto di cui si può avvalere l’embriologo nella scelta degli embrioni da trasferire. Pur essendo dei sistemi automatizzati, richiedono comunque la presenza di un operatore adeguatamente formato per l’osservazione e la valutazione embrionaria, offrendo il vantaggio di osservazione degli embrioni in qualsiasi momento della giornata senza rispettare precise tempistiche che stanno, invece, alla base della valutazione morfologica standard.

Ad ogni modo bisogna sottolineare che l’osservazione standard degli embrioni ai tempi prestabiliti e la rapidità di valutazione embrionaria, minimizzando i tempi di esposizione al di fuori dell’incubatore, da parte di un embriologo esperto rappresentano comunque un valido e paragonabile metodo di selezione di embrioni a elevato grado di competenza, seppur con alta variabilità di abilità intra- e interoperatore.

Tra i potenziali vantaggi di un sistema time-lapse si ricordano:

• la capacità di mantenere un ambiente di coltura stabile, quindi limitare l’esposizione degli embrioni a cambiamenti di temperatura, di pH, di ossigeno e di movimento riducendo la manipolazione umana;
• la capacità di migliorare la selezione degli embrioni per il trattamento FIVET/ICSI utilizzando le informazioni aggiuntive ottenute attraverso il monitoraggio continuo dello sviluppo dell’embrione, riducendo il tempo di ottenimento di una gravidanza;
• la capacità di migliorare e rendere più flessibile la gestione del carico di lavoro di un laboratorio.

Tra gli svantaggi dobbiamo sottolineare:

• il costo significativo che viene aggiunto a un ciclo FIVET/ICSI;
• la necessità di avere operatori adeguatamente formati;
• l’incertezza dell’effettivo beneficio clinico rispetto alla tecnica standard di osservazione e valutazione embrionaria [1].

La tecnologia time-lapse è stata introdotta in molti laboratori di embriologia a fine anni Novanta: all’inizio era utilizzata solo per osservare gli embrioni in coltura e solo dal 2010 è stata utilizzata per cercare di selezionare l’embrione con maggiore probabilità di impianto. Da allora sono stati eseguiti numerosi studi per evidenziare i risultati clinici in termini di percentuali di gravidanze. Complessivamente gli studi effettuati finora non consentono di concludere che si possano ottenere percentuali di gravidanza migliori dopo l’utilizzo di un sistema time-lapse rispetto all’incubazione e alla valutazione embrionaria standard.

Come ogni nuovo intervento, il time-lapse dovrebbe essere utilizzato maggiormente nella routine della pratica clinica solo dopo rigorosi test che abbiano dimostrato un beneficio per i pazienti. Un reale aumento dei tassi di successo della fecondazione in vitro con l’uso del time-lapse deve essere ancora dimostrato. L’ultima revisione Cochrane (9 studi randomizzati controllati, 2955 donne coinvolte) [2] non ha dimostrato differenze statisticamente significative in termini di percentuali di nati vivi, di aborto e di gravidanza clinica tra l’utilizzo di un sistema time-lapse con software per la selezione degli embrioni e l’incubazione e la valutazione convenzionale. In accordo, altre metanalisi non hanno dimostrato il netto beneficio dell’utilizzare un sistema time-lapse [3-5]. Al contrario, una metanalisi [6] ha mostrato il beneficio del time-lapse rispetto a incubazione e valutazione standard riportando un significativo aumento delle percentuali di gravidanza, una riduzione dei tassi di aborto e un aumento dei nati vivi. Un recente studio retrospettivo di 1882 cicli ha mostrato che le percentuali di nati vivi sono simili nei due approcci [7]. È importante comunque affermare che non sono state registrate complicanze ostetriche e perinatali nelle gravidanze ottenute con l’utilizzo della tecnologia time-lapse, anzi sono risultate sovrapponibili a quelle ottenute da incubazione e selezione standard [7-10].

Il motivo principale per cui esistono dubbi sulla reale efficacia del sistema time-lapse è che quest’ultimo è dotato di due caratteristiche, ovvero la capacità di offrire agli embrioni migliori condizioni di coltura in un ambiente indisturbato e la capacità di selezionare gli embrioni tramite l’utilizzo di un software, componenti che non sono state efficacemente distinte nella maggior parte degli studi andando così a mascherare la reale efficacia dell’una o dell’altra sul miglioramento degli outcomes (11). Altri fattori confondenti aggiuntivi hanno reso gli studi eseguiti estremamente eterogenei.

Indipendentemente dall’impatto sull’aspetto clinico, il sistema time-lapse conferisce vantaggi che ne giustificano l’uso. Offre un ambiente di coltura embrionario sicuro e stabile e assicura un monitoraggio continuo dell’embrione, che ha permesso di identificare aspetti dello sviluppo non altrimenti rilevabili e che hanno avuto un impatto clinico significativo; per esempio, ora è noto che le aberrazioni cromosomiche possono influenzare la morfocinetica dell’embrione, ma non in misura tale da suggerire che il sistema time-lapse possa sostituire la diagnosi genetica preimpianto nell’identificare gli embrioni euploidi (con corredo cromosomico normale).

Nonostante l’attuale mancanza di prove che permettano di affermare che il sistema time-lapse abbia benefici clinici maggiori rispetto a incubazione e valutazione embrionaria standard, potremmo affermare che il monitoraggio continuo degli embrioni in un ambiente indisturbato migliorerà sicuramente le capacità di identificare gli embrioni con miglior prognosi. Per stabilire con certezza il presunto effetto benefico del time-lapse sono necessari ulteriori studi randomizzati controllati che riportino percentuali di nati vivi, degli esiti perinatali, i costi, le indicazioni cliniche più adeguate e se effettivamente esistano vantaggi nel non interrompere la coltura embrionaria.

Concludendo, in futuro questa tecnologia non verrà abbandonata perché sarebbe impensabile tra 10 anni dover ancora osservare gli embrioni estraendoli manualmente e guardandoli al microscopio [1].

Dott.ssa Rossella Biancardi, Dott. Enrico Papaleo – Centro Scienze della Natalità, U.O. Gincecologia e Ostetricia, Ospedale San Raffaele, Milano

Bibliografia

1. ESHRE Working group on Time-lapse technology, Apter S, Ebner T, Freour T, et al. Good practice recommendations for the use of time-lapse technology†. Hum Reprod Open 2020 Mar 19;2020(2):hoaa008.
2. Armstrong S, Bhide P, Jordan V, et al. Time-lapse systems for embryo incubation and assessment in assisted reproduction. Cochrane Database Syst Rev 2019;5(5):CD011320.
3.  Polanski LT, Coelho Neto MA, Nastri CO, et al. Time-lapse embryo imaging for improving reproductive outcomes: systematic review and meta-analysis. Ultrasound Obstet Gynecol 2014;44(4):394-401.
4. Racowsky C, Kovacs P, Martins WP. A critical appraisal of time-lapse imaging for embryo selection: where are we and where do we need to go? J Assist Reprod Genet 2015;32(7):1025-30.
5. Chen M, Wei S, Hu J, et al. Does time-lapse imaging have favorable results for embryo incubation and selection compared with conventional methods in clinical in vitro fertilization? A meta-analysis and systematic review of randomized controlled trials. PLoS One 2017;12(6):e0178720.
6. Pribenszky C, Nilselid AM, Montag M. Time-lapse culture with morphokinetic embryo selection improves pregnancy and live birth chances and reduces early pregnancy loss: a meta-analysis. Reprod Biomed Online 2017;35(5):511-20.
7. Mascarenhas M, Fox SJ, Thompson K, et al. Cumulative live birth rates and perinatal outcomes with the use of time-lapse imaging incubators for embryo culture: a retrospective cohort study of 1882 ART cycles. BJOG 2019;126(2):280-6.
8. Costa-Borges N, Bellés M, Meseguer M, et al. Blastocyst development in single medium with or without renewal on day 3: a prospective cohort study on sibling donor oocytes in a time-lapse incubator. Fertil Steril 2016;105(3):707-13.
9. Insua MF, Cobo AC, Larreategui Z, et al. Obstetric and perinatal outcomes of pregnancies conceived with embryos cultured in a time-lapse monitoring system. Fertil Steril 2017;108(3):498-504.
10. Kovacs P, Matyas S, Forgacs V, et al. Non-invasive embryo evaluation and selection using time-lapse monitoring: Results of a randomized controlled study. Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol 2019;233:58-63.
11. Armstrong S, Vail A, Mastenbroek S, Jordan V, Farquhar C. Time-lapse in the IVF lab: how should we assess potential benefit. Hum. Reprod. 2015 Jan;30(1):3-8.