A comprehensive analysis of blastocyst chromosome mosaicism in PGT-A cycles

Abstract

El mosaicismo cromosómico embrionario implica la coexistencia de 2 o más líneas celulares con distinta constitución cromosómica en un embrión. En contraste con las aneuploidías meióticas, las alteraciones en mosaico se originan a través de errores mitóticos durante las primeras divisiones embrionarias.

En el contexto de la fecundación in vitro (FIV), el Test Genético Preimplantacional por Aneuploidías (PGT-A) permite la caracterización citogenética de los embriones con el objetivo de evitar la transferencia de aquellos con anomalías cromosómicas y mejorar así los resultados. Las mejoras técnicas y metodológicas han permitido la detección de mosaicismo embrionario. Sin embargo, esto ha resultado ser un arma de doble filo, ya que el manejo clínico de los embriones que contienen al mismo tiempo células euploides y células aneuploides (mosaicos euploides-aneuploides) es complicado. Si bien inicialmente estos embriones se consideraban no aptos para la transferencia, se demostró que podían dar lugar a nacidos sanos. No obstante, los resultados clínicos eran peores que los de los embriones euploides y, además, las posibles implicaciones del mosaicismo en el feto y/o el nacido son inciertas en caso de que persista durante el desarrollo

Este proyecto de tesis se planteó para de estudiar de forma global el fenómeno del mosaicismo en el estadio de blastocisto y en el contexto del PGT-A a través de los siguientes objetivos: investigar la constitución cromosómica de los blastocistos mosaicos, identificar factores a mosaicismo, entender mejor los mecanismos que conducen a alteraciones en mosaico, y evaluar el impacto del mosaicismo en las pacientes de PGT-A. Éstos, se han alcanzado a través de 3 artículos publicados en revistas internacionales del ámbito.

En el primer trabajo se evaluó la prevalencia de mosaicismo, el tipo de anomalías observadas, los cromosomas implicados, y, especialmente, si algún factor asociado a los pacientes o al tratamiento podían estar relacionados con la prevalencia de mosaicismo. Concluimos que los mecanismos que generan mosaicismo de cromosoma entero y segmental son diferentes, ya que el tipo de anomalías y los cromosomas implicados son diferentes en ambos grupos. Además, la edad del hombre asoció con la prevalencia de mosaicismo. Por último, en condiciones estandarizadas, no observamos que diferencias concretas en el tratamiento de FIV tuvieran un efecto sobre el mosaicismo (Coll et al., 2021).

Puesto que algunos resultados compatibles con mosaicismo pueden ser, en realidad, artefactos técnicos, en el segundo trabajo estudiamos el posible efecto de diferencias metodológicas en la biopsia embrionaria sobre estos artefactos. La hipótesis era que si el material biopsiado se dañaba en el proceso, se podrían ver incrementados los resultados artefactuales. Sin embargo, dentro de unos métodos estandarizados, no observamos diferencias en la detección de mosaicismo. Además confirmamos que las diferentes metodologías no afectaban a los resultados clínicos de los embriones euploides transferidos (Coll et al., 2022a).

Finalmente, en el último trabajo, estudiamos el impacto del diagnóstico de embriones mosaico sobre las pacientes. En nuestro programa de PGT-A, si bien únicamente un 5% de los pacientes sólo tenían como única opción un embrión mosaico para transferir, debido a las incertidumbres en torno a los resultados y posibles riesgos después de la transferencia, sólo alrededor de un 25% de estos pacientes decidían transferir después de recibir asesoramiento genético. Los resultados clínicos de las pacientes que transfirieron sus embriones mosaicos fueron equivalentes a los de transferencias de embriones euploides (Coll et al., 2022b).

Actualmente, con un número considerable de casos reportados con transferencia de embriones mosaicos, se ha propuesto que, debido al buen pronóstico de los embriones mosaicos de bajo grado (con <50% de células alteradas), éstos deben ser tratados como iguales respecto a los embriones euploides.

Coll et al 2021: https://doi.org/10.1016/j.rbmo.2020.09.025 Coll et al 2022a: https://doi.org/10.1007/s10815-022-02453-9 Coll et al 2022b: https://doi.org/10.1002/pd.6267

Embryo chromosomal mosaicism involves the coexistence of 2 or more cell lines with different chromosomal constitution within a single embryo. In contrast to meiotic aneuploidy, mosaic alterations originate through mitotic errors during the first embryo divisions.

In the context of in vitro fertilization (IVF), Preimplantation Genetic Testing for Aneuploidies (PGT-A) allows the cytogenetic characterization of embryos with the aim of preventing the transfer of those with chromosomal abnormalities and thus optimising the results of IVF treatments. Technical and methodological improvements have allowed the detection of embryo mosaicism. Nevertheless, this has turned out to be a double-edged sword, as the clinical management of mosaic embryos containing both euploid and aneuploid cells (euploid-aneuploid mosaics) is complicated. Although these embryos were initially considered unfit for transfer, it was demonstrated that they could lead to healthy births. However, clinical outcomes were worse than those of euploid embryos and, in addition, the possible implications of mosaicism in the fetus and/or the newborn are uncertain if it persists during development.

This thesis project was formulated in order to perform a comprehensive analysis of blastocyst chromosome mosaicism in the context of the PGT-A through the following objectives: to investigate the chromosomal constitution of the mosaic blastocysts, to identify factors that may be associated with mosaicism, to better understand the mechanisms that lead to mosaic abnormalities, and to evaluate the impact of the mosaicism on PGT-A patients. These objectives have been achieved through 3 studies published in international journals in the field.

In the first study, the prevalence of mosaicism, the type of abnormalities observed, the chromosomes involved, and, especially, whether any factor associated with patients or treatment could be related to mosaicism prevalence were evaluated. We concluded that the mechanisms that generate whole and segmental chromosome mosaicism are different, as the type of abnormalities and the chromosomes involved are different in both groups. In addition, male age is associated with the prevalence of mosaicism. Finally, in standardized conditions, we did not observe that specific differences in IVF treatment had an effect on mosaicism (Coll et al., 2021).

Since some results compatible with mosaicism can actually be technical artefacts, in the second study we analised the potential effect of methodological differences during embryo biopsy on these artefacts. The hypothesis was that, if the biopsied sample was damaged during the process, the risk of artefactual results could be increased. However, within standardized methods, we do not observe differences in mosaic detection. Furthermore, we confirmed that the different methodologies did not affect the clinical outcomes of transferred euploid embryos. (Coll et al., 2022a).

Finally, in the latest study, we evaluated the impact of mosaic embryo diagnosis on patients. In our PGT-A program, while only 5% of patients had only a mosaic embryo as an option for transfer, due to the uncertainties around the outcomes and possible risks after transfer, only around 25% of these patients decided to transfer after receiving genetic counselling. The clinical results of patients who transferred their mosaic embryos were equivalent to those of euploid embryo transfers. (Coll et al., 2022b).

Currently, with a considerable number of cases reported of mosaic embryo transfers, it has been proposed that, due to the good prognosis of low-range mosaic embryos (with <50% of altered cells), these should be treated as equals to euploid embryos.

Coll et al 2021: https://doi.org/10.1016/j.rbmo.2020.09.025 Coll et al 2022a: https://doi.org/10.1007/s10815-022-02453-9 Coll et al 2022b: https://doi.org/10.1002/pd.6267