Умови та середовища для культивування ембріонів є вкрай важливим аспектом процесу ЕКЗ. Склад середовища для культивування безпосередньо контактує з ембріоном та взаємодіє з ним через паракринні та аутокринні механізми. Основні енергетичні субстрати для преімплантаційнихембріонів включають піруват, лактат та глюкозу. Рівеньамінокислот та електролітів повинен підтримуватися в середовищах для культивування ембріонів, а також, синтезу білка, клітинної сигналізації, метаболізму, клітинного балансу, pH та стабільності мембран. Розповсюдженими добавками в середовищах для культивування ембріонів є гормони, гормони росту, фактори росту та цитокіни.
Активні форми кисню (АФК), включаючи супероксидний аніон, перекис водню та гідроксильний радикал, можуть накопичуватися всередині гамет та ембріонів через активацію ооцитів, дроблення, регуляцію транскрипції та вилуплення до імплантації та екзогенних факторів під час ДРТ. Оптимальні рівні активних форм кисню підтримують клітинний метаболізм та ембріональний розвиток, тоді якнадмірних рівень активних форм кисню може негативно впливати на морфокінетику ембріонів, експресію генів та виживання.
Мелатонін, переважно синтезується в мітохондріях і можелегко проходити через клітинну мембрану завдяки своїй амфіфільній природі. Він діє як активатор антиоксидантів і регулятор запалення, ефективно поглинаючи вільні радикали, а також може підвищувати активність іншихантиоксидантних ферментів. Мелатонін також активуєважливі гени, такі як ErbB1, ErbB4, GJA1, POU5F1, Nanog, атакож фактор росту судинного ендотелію (VEGF) та рецептор VEGF типу 1 (VEGF-R1), які беруть участь в імплантації ембріона, рості бластоцисти та ангіогенезі. Додавання мелатоніну до середовища для культивування ембріонів покращило частоту високоякісних ембріонів на 3добу розвитку складала 29,6%. Слід заначити, що при додаванні мелатоніну рівнь запліднення складав 87,7%, а бластуляція ембріонів гарної якості 43,4%. Сучасні дослідження підтверджують, що мелатонін може покращувати передімплантаційний ембріональний розвитокта рівень успішності імплантації, що підтверджується клінічними дослідженнями. Крім того, деякі дослідження показують, що мелатонін може призвести до зниження рівня активних форм кисню (ROS) під час розвитку ембріона, що може призвести до зменшення пошкодження ДНК.
Гранулоцитарний колонієстимулюючий фактор (GМ-CSF) –це гемопоетичний цитокін, що синтезується клітинами кісткового мозку, стромальними клітинами, фібробластами та макрофагами. Зокрема, деякі дані свідчать про те, що GМ-CSF та його рецептор розташовані в лютеїнізованих гранульозних клітинах, трофобластичних клітинах та ооцитах, що вказує на важливість цього цитокіну в імплантації. GМ-CSF тимчасово пригнічує імунну відповідь та відіграє важливу роль у взаємодії ембріона та ендометрію через свій вплив на Т-хелпери другого типу та ендометріальний ангіогенез. GM-CSF проявляється від зачаття до ранньої імплантації, а потім поступово знижується; потім він виробляється клітинами ворсинок хоріона та децидуальними клітинами до пологів. На відміну від більшості факторів росту та цитокінів, GM-CSF не може вироблятися ембріоном. Кілька досліджень показали, що GM-CSF позитивно впливає на розвиток ембріона,включаючи якість бластоцисти, рівень виживання таекспресію генів, пов'язаних з апоптозом. GM-CSF функціонує через шлях JAK1,2/STAT3,5, пригнічуючи експресію білка теплового шоку (HSP) та генів шляху апоптозу, тим самим сприяючи росту та виживаннюембріонів. Дослідження показали позитивний вплив GM-CSF на частоту
імплантації у пацієнтів, які пройшли невдалі цикли ЕКЗ. Частота імплантації збільшилась на 23,0%. Причини цього покращення можуть включати індукцію локальної імунної регуляції ендометрію, адгезію та імплантацію ембріонів, проліферацію клітин трофектодерми та ремоделювання судин ендометрію. Незважаючи на наявність комерційних середовищ, що містять цитокіни з визначеними оптимальними концентраціями, не відбулось широкого впровадження рутинну практику ембріологів.
Сімейство інсуліноподібних факторів росту (IGF) включає пептидні гормони, що складаються з двох лігандів (IGF-Ⅰ, IGF-Ⅱ), їх рецепторів та IGF-зв'язуючих білків. IGF-Ⅰ виробляється фаллопієвими трубами та був знайдений вфолікулярній рідині. IGF сприяють росту клітин,проліферації, диференціації та антиапоптозу, діючи якендокринні, паракринні та аутокринні фактори. Дослідження показали при додаванні в середовище IGF-Ⅰ бластуляція підвищується на 25%.
Інгібуючий фактор лейкемії (LIF) експресується втрофектодермі та регулює різні клітинні функції шляхомзв'язування зі специфічними рецепторами, LIFR таглікопротеїном 130. LIF сприяє росту, проліферації та виживанню клітин через клітинні сигнальні шляхи. LIF відіграє вирішальну роль не лише в імплантації, але й у розвитку ембріона. Існує дослідження, яке показує, що вища концентрація LIF у середовищах для культивування ембріонів пов'язана з вищим рівнем вагітності при перенесенні бластоцист.
Показано, що додавання в середовище для кіультивування LIF, цитокінів та факторів росту може мати безпосередній вплив на вилуплення бластоцист та подальшу імплантацію, що призводить до покращення клінічних результатів для груп з рецидивною невдачею імплантації (RIF) та втратою вагітності.
Дослідження показали, що додавання специфічних факторів росту до середовища та оптимізація умов культивуванняможуть сприяти розвитку ембріонів і водночас збільшувати швидкість утворення бластоцист та кумулятивний показник настання вагітності. Оптимізація використання такихсередовищ та адаптація культивування до індивідуальних потреб пацієнтів є дуже важливим.