Фрагментація ембріонів це наявність мембранозв'язаноїпозаклітинної цитоплазми в перивітеліновому просторі. Це трапляється, коли відбувається нерівномірний поділ клітин ембріона. Для позначення цих цитоплазматичних фрагментів використовується багато різноманітних термінів, включаючи мікроядра, дебриси та відшаровувані мікровезикули. Етіологія фрагментації ембріона не повністю зрозуміла, але вона може бути пов'язана з кількома факторами, такими як якість гамет або генетичні аномалії у ембріона. Фрагменти можуть мати різне походження з можливим діапазоном впливу на компетентність ембріона. Ці фрагменти є клітинно та молекулярно гетерогенними, вони можуть відрізнятися за розміром, кінетикою, органелами та молекулярним складом. Вони також неоднорідні за розміром та можуть варіюватися від бластомерівнормального розміру до простих клітинних фрагментів.Органели, такі як мітохондрії, апарат Гольджі, везикулярні комплекси та лізосоми, можуть бути секвестровані у фрагменти. Слід зазначити, що фрагменти мали чітку мембрану, а також можуть містити вакуолі.
Мітохондрії є основним джерелом АТФ для мітозу ембріонів, і їх належне функціонування є важливим для їхнього розвитку. Фрагментовані ембріони демонструють іншу організацію розподілу мітохондрій: у фрагментованих ембріонах спостерігалася вища концентрація мітохондрій у центрі, а не на периферії бластомерів порівняно з нефрагментованими. Ця закономірність може бути пов'язана зі зниженим вмістом АТФ та зниженим потенціалом розвитку, що зрештою може призвести до порушення мембрани з подальшим клітинним лізисом. У високофрагментованих ембріонах збільшена транскрипція генів мітохондріальних факторів, таких як комплекси OXPHOS та АТФ-синтаза. Також дефекти або пошкодження мітохондрій пов'язані з низьким рівнем АТФ та високим рівнем продукції активних форм кисню, що призводить до порушення поділу клітин та цитокінезу.
Хоча спочатку ембріональні фрагменти розглядалися як без'ядерні цитоплазматичні компоненти, згодом почала демонструватися наявність ядерної ДНК. Цілі або частини хромосом в фрагментах , можуть походити як від матері, так і від батька.
Мікроядра – це позаядерні тільця, що містять пошкоджені фрагменти хромосом та/або цілі хромосоми, які не були включені до ядра після поділу клітини. Вони походять з ацентричних фрагментів хроматид/хромосом або з цілих хроматид/хромосом, які неправильно включені до основного ядра під час телофази. Фрагменти, що містять мікроядра, можуть реабсорбуватися ембріоном та зливатися з сусідніми бластомерами, що може призвести до корекції анеуплоїднихбластомерів або до зміни правильного плоїдного статусу, якщо вони злилися з еуплоїдними бластомерами. Немає доказів переважного зв'язку анеуплоїдії з підтипом хромосом: як великі, так і малі хромосоми можуть бути секвестровані. Крім того, неправильно розділені хромосоми та фрагменти хроматид, інкапсульовані в мікроядрах, є динамічними: вони можуть зберігатися, знову приєднуватися до первинного ядра або можуть бути остаточно виключені з ембріона, відповідно до теорії «самокорекції» ембріона. Не всі фрагменти характеризуються наявністю секвестрованих мікроядер; таким чином, перебудова фрагментів не завжди призводить до зміни плоїдності.
Ембріони з аномальною тривалістю клітинних циклів та цитокінезом (як правило, із затримкою першого мітозу, більш раннім початком другого мітозу та довшою тривалістю третього мітозу) частіше фрагментуються. Неправильний клітинний цикл може призвести до генетичних аномалій, оскільки клітина не має достатньо часу для виправлення будь-якої можливої помилки під час реплікації ДНК. Аберантні або надлишкові хромосоми можуть призвести до утворення мікроядер, що містять ДНК, що зрештою може призвести до інактивації ембріонального геному та подальшого блокування розвитку ембріона. Фрагментація може відбуватися з першого поділу ембріона передімплантаційного розвитку, коли материнський геном керує розвитком; спочатку вважалося, що це явище менш поширене після активації ембріонального геному. Покадровазйомка розвитку ембріона показала різні часові та просторові закономірності фрагментації між різними етапами передімплантаційного розвитку ембріона. Фрагменти утворювалися у деяких ембріонів на стадії раннього дроблення, але більше не виявлялися на пізніших стадіях.
Мейотичні та мітотичні помилки можуть спричиняти фрагментацію на різних стадіях розвитку клітин. Мейотичніпомилки пов'язані з фрагментацією на стадії зигот, тоді як мітотичні помилки пов'язані з фрагментацією в інтерфазі або після першого цитокінезу. Хромосомно-аномальні ембріони часто мають сильну фрагментацію. Дослідження показали, що фрагменти впливають на міжклітинній взаємодії, перешкоджаючи ущільненню, кавітації та формуванню бластоцисти. Виключення клітин на цій стадії відбувається через порушення або аномальну експресію білків, що беруть участь у компактизації.
Втрата великого об'єму цитоплазми може бути шкідливою для потенціалу ембріона, виснажуючи бластоцисту необхідних органел (наприклад, мітохондрій), мРНК та білків, що призводить до раннього блокування під час розвитку ембріона. Більш конкретно, втрата великого об'єму цитоплазми може бути пов'язана зі зменшенням важливих регуляторних білків для ембріогенезу (наприклад, лептину, сигнального перетворювача та активатора транскрипції 3, BAX, Bcl-x, трансформуючогофактора росту бета 2, фактора росту судинного ендотелію, c-kitта рецептора епідермального фактора росту). Крім того, наявність великих цитоплазматичних клітинних фрагментів також може впливати на просторове розташування бластомера в контексті внутрішньоклітинної маси та трофектодермибластоцисти. Порушення E-кадгерину, білка клітинної адгезії, який відіграє вирішальну роль у морфогенезі, відбуваються у ембріонів з аномаліями дроблення та значною цитоплазматичною фрагментацією, що свідчить про можливий механізм втрати ембріональної життєздатності.
Мікроскопія з уповільненою зйомкою вважається неінвазивнимінструментом для оцінки якості ембріона безперервно та без необхідності виймати його з інкубатора. Використання цієї технології дозволяє аналізувати морфокінетику ембріона та має поглиблені знання про ембріон, що розвивається. Останнім часом штучний інтелект (ШІ) набув популярності в різних галузях медицини, включаючи ЕКЗ та ембріологію. Подальший розвиток технологій сприятиме використанню ШІ як інструменту для визначення впливу фрагментації на розвиток ембріона та репродуктивний потенціал.
Дослідження з використанням мікроскопії з уповільненою зйомкою показали, що фрагментація вважається динамічним процесом, де деякі фрагменти можуть бути витіснені або реабсорбовані в клітини, коли ембріон продовжує ділитися. Фрагменти також можуть легко рухатися або обертатися навколо пов'язаного бластомера та змінювати своє положення в ембріоні.
Залежно від обсягу займаного простору у відсотках, фрагментацію класифікують на 4 типи або ступені.
1 ступінь: фрагменти займають менше 10% вільного простору між клітинами.
2 ступінь: фрагменти займають від 10 до 25%.
3-й клас: фрагменти займають від 25 до 35%.
4-й клас: фрагменти займають понад 35% вільного простору між клітинами.
Кількість фрагментів у ембріоні може збільшуватися або зменшуватися протягом його розвитку. Зменшення трапляється рідше. Основна проблема фрагментації полягає в тому, що вона перешкоджає належному поділу клітин, з яких складається ембріон. Це може призвести до повільного розвитку та, як наслідок, до ембріонів, які мають обмежену здатність до імплантації. Залежно від ступеня фрагментації, з цими ембріонами все ще можна досягти хороших показників вагітності, але іноді показники вагітності нижчі порівняно з ембріоном на аналогічній стадії без фрагментації. Однак, якщо фрагменти складаються лише з цитоплазми без будь-яких ключових структур, то фрагментація може не вплинути на шанси на успіх. Ембріони з фрагментацією >20% можуть продовжувати нормально розвиватися до стадії бластоцисти, хоча рівень вагітності може бути знижений. На клітинному рівні було показано, що підвищена фрагментація пов'язана з вищими показниками апоптозу, некрозу та запрограмованої клітинної загибелі ембріонів на стадії дроблення. Дослідження показали, що існує зв'язок між віком матері та фрагментацією. Частота фрагментації була вищою у пацієнток віком >35 років порівняно з пацієнтками ≤35 років.
Одним з методів покращення імплантації для таких ембріонів є видалення фрагментів з ембріона перед перенесенням до порожнини матки. Вплив видалення фрагментів на результати ЕКЗ був суперечливим. деякі дослідження показують покращення якості розвитку ембріона після видалення фрагментації, а інші взагалі не показують жодної різниці. При допоміжному хетчингу та мікровидаленні фрагментів спостерігалося загальне збільшення частоти імплантації на 4%. Однак, дефрагментація анеуплоїдного або сильно фрагментованого ембріона лише покращує морфологічний ступінь ембріона, але якість та доля ембріона не змінюються.