Transfert cytoplasmique

Traitement de fécondation in vitro avec transfert cytoplasmique

Le transfert cytoplasmique est une technique visant à améliorer la compétence ovocytaire en enrichissant un ovocyte avec des composants cytoplasmiques provenant d'un ovocyte donneur, afin d'optimiser les capacités métaboliques et de développement de l'ovocyte receveur. Cette technique repose sur le constat que la qualité ovocytaire est déterminée non seulement par l'ADN nucléaire, mais aussi par le milieu cytoplasmique, qui contient des mitochondries, des ARNm, des protéines et des facteurs de régulation contrôlant le développement embryonnaire précoce avant l'activation du génome embryonnaire. Dans les ovocytes vieillissants et dans ceux provenant de femmes ayant connu des échecs répétés de FIV, ce matériel cytoplasmique est souvent altéré, même lorsque les chromosomes semblent normaux (May-Panloup et al., 2016 ; Fragouli et Wells, 2015).

Les mitochondries sont particulièrement importantes dans ce contexte. Les ovocytes contiennent des centaines de milliers de mitochondries, bien plus que tout autre type cellulaire, car la fécondation et les premières divisions embryonnaires nécessitent une production d'énergie extrêmement élevée. Avec l'âge, l'ADN mitochondrial accumule des mutations, la production d'ATP diminue et les espèces réactives de l'oxygène augmentent, ce qui entraîne une formation anormale du fuseau mitotique, des erreurs de ségrégation chromosomique et un développement embryonnaire insuffisant (Bentov et Casper, 2013 ; May-Panloup et al., 2016). Le transfert cytoplasmique vise à restaurer partiellement cet environnement métabolique en introduisant des mitochondries saines et les facteurs cytoplasmiques associés provenant d'un ovocyte jeune donneur dans l'ovocyte de la patiente au moment de l'ICSI.

Contrairement à la thérapie de remplacement mitochondrial (TRM), le transfert cytoplasmique ne consiste pas à retirer ni à remplacer intégralement les structures cytoplasmiques de la patiente, y compris les mitochondries. Au lieu de cela, une fraction du cytoplasme de l'ovocyte de la patiente est aspirée (vidée) et un volume équivalent de cytoplasme de donneuse, généralement 10 à 15 µT du cytoplasme total, est injecté avec le spermatozoïde. L'embryon résultant contient ainsi un mélange de mitochondries, principalement d'origine patiente et en petite proportion d'origine donneuse. L'objectif n'est pas de créer un « embryon à trois parents » au sens génétique du terme, mais d'optimiser la bioénergétique cellulaire afin que l'ADN nucléaire de la patiente puisse s'exprimer correctement au cours du développement précoce (Barritt et al., 2001 ; Zhang et al., 2017).

Pourquoi utilise-t-on une si petite fraction de cytoplasme provenant d'une donneuse d'ovules ?

Le transfert cytoplasmique est délibérément limité à une petite fraction du cytoplasme du donneur car l'objectif est de soutenir l'ovocyte de la patiente, et non de le remplacer.

L'ovocyte n'est pas qu'un simple réceptacle pour l'ADN. Son cytoplasme renferme un réseau hautement organisé et structuré spatialement de mitochondries, d'ARNm, de ribosomes, de réserves de calcium, de protéines d'ancrage du fuseau mitotique et de signaux de polarité, qui se sont développés au cours de plusieurs mois de maturation ovocytaire. Ces structures déterminent la formation du fuseau mitotique, l'orientation des premières divisions mitotiques et l'établissement des axes embryonnaires. Un remplacement trop important de ce cytoplasme risque de perturber cette organisation. Un remplacement cytoplasmique de volume important peut perturber les oscillations calciques lors de la fécondation, le positionnement du fuseau et la géométrie des premières divisions embryonnaires, autant d'éléments extrêmement sensibles à l'architecture cytoplasmique (May-Panloup et al., 2016 ; Schatten & Sun, 2011). C'est pourquoi le transfert cytoplasmique peut s'avérer plus bénéfique qu'un remplacement complet dans le cadre d'une thérapie de remplacement mitotique, sauf si la patiente est âgée de plus de 40 ans et que ses propres structures cytoplasmiques sont considérées comme sous-optimales.

Au niveau mitochondrial, la fenêtre 10–15% est choisie pour restaurer le métabolisme sans altération génétique. Un ovocyte humain contient environ 100 000 à 300 000 mitochondries. Les ovocytes vieillissants ou endommagés peuvent présenter des mitochondries produisant moins d’ATP et davantage d’espèces réactives de l’oxygène, ce qui compromet l’intégrité du fuseau mitotique et le développement embryonnaire. L’introduction de cytoplasme de donneuse saine 10–15% apporte des dizaines de milliers de mitochondries fonctionnelles, ce qui suffit à stimuler significativement la production d’ATP et à réduire le stress oxydatif dans le cytoplasme (Bentov & Casper, 2013 ; Fragouli & Wells, 2015).

Cependant, une trop grande quantité de cytoplasme du donneur induit une hétéroplasmie mitochondriale importante. Cela signifie que deux populations mitochondriales concurrentes sont présentes en quantités similaires. Chez les modèles animaux et dans les études sur cellules humaines, une hétéroplasmie élevée peut entraîner une ségrégation mitochondriale lors des premières divisions cellulaires, une distribution tissulaire imprévisible et, dans certains cas, une perte d'efficacité métabolique au fil du temps, due à la compétition entre des populations mitochondriales incompatibles (Wallace & Chalkia, 2013 ; Stewart & Chinnery, 2015). En maintenant la quantité de mitochondries du donneur dans la plage 10–15%, la plupart des embryons retrouvent naturellement une dominance des mitochondries du patient au cours des divisions suivantes, tout en bénéficiant de l'apport métabolique initial lors des phases critiques de clivage et de blastocyste.

C’est pourquoi le transfert cytoplasmique diffère fondamentalement de la thérapie de remplacement mitochondrial (TRM). La TRM consiste à retirer la quasi-totalité des mitochondries de la patiente et à les remplacer par des mitochondries de donneuse dans un nouvel environnement cytoplasmique afin de prévenir les maladies mitochondriales. Le transfert cytoplasmique, quant à lui, préserve l’identité cytoplasmique et la compatibilité nucléocytoplasmique de la patiente, tout en fournissant à l’ovocyte le matériel mitochondrial sain nécessaire à son développement précoce. Chaque méthode présente des avantages pour différents groupes de patientes.

Ce que le transfert cytoplasmique peut et ne peut pas faire

Le transfert cytoplasmique permet d'améliorer les taux de fécondation, la dynamique de clivage et la formation de blastocystes chez certaines patientes dont les ovocytes ne se développent pas malgré des spermatozoïdes normaux et une réponse ovarienne satisfaisante. Lors d'études cliniques préliminaires, le transfert cytoplasmique a été associé à des taux de développement embryonnaire et de naissances vivantes plus élevés chez les femmes ayant connu des échecs répétés de FIV (Barritt et al., 2001). Des travaux plus récents ont montré qu'améliorer la fonction mitochondriale des ovocytes âgés ou altérés peut améliorer directement la stabilité du fuseau mitotique, la production d'ATP et la compétence embryonnaire (Bentov et Casper, 2013 ; Fragouli et Wells, 2015). Le transfert cytoplasmique est donc particulièrement pertinent pour les femmes présentant un dysfonctionnement ovocytaire lié à l'âge, un développement embryonnaire insuffisant malgré des embryons chromosomiquement normaux, ou des échecs d'implantation répétés.

Il est toutefois tout aussi important de préciser les limites du transfert cytoplasmique. Ce dernier ne corrige pas les anomalies chromosomiques de l'ovocyte. Si un ovocyte présente une non-disjonction ou des lésions importantes de l'ADN, l'ajout de cytoplasme sain ne résoudra pas le problème. De même, il n'élimine pas les maladies mitochondriales héréditaires, car les mitochondries de la patiente restent dominantes dans l'embryon. C'est pourquoi le transfert cytoplasmique n'est pas utilisé pour prévenir la transmission des maladies génétiques mitochondriales ; ce rôle est dévolu à la thérapie de remplacement mitochondrial (TRM), qui consiste à transférer l'ADN nucléaire dans un ovocyte donneur ne contenant que des mitochondries saines (Craven et al., 2010 ; Hyslop et al., 2016).

En pratique, le transfert cytoplasmique s'apparente à une stratégie de sauvetage métabolique pour les ovocytes dont l'ADN nucléaire est intact mais dont la machinerie cellulaire est altérée. Il peut améliorer le développement embryonnaire et les chances d'implantation chez certaines patientes, mais il ne modifie pas le patrimoine génétique, ne rajeunit pas les chromosomes et ne remplace pas le don d'ovocytes en cas d'aneuploïdie sévère ou d'insuffisance ovarienne. Utilisé à bon escient, il se situe entre la FIV classique et la thérapie de remplacement mitochondrial complète, offrant une approche biologiquement rationnelle pour améliorer la compétence ovocytaire sans altérer l'identité génétique de la patiente.

Comment fonctionne le traitement de FIV cytoplasmique en pratique clinique ?

Dans les programmes modernes de transfert cytoplasmique, la procédure n'est pas conçue autour d'un seul ovocyte. Elle repose sur les probabilités, la redondance et la sélection, car même lorsque la fonction cytoplasmique est améliorée, le patrimoine génétique nucléaire de l'ovocyte reste soumis aux variations liées à l'âge. C'est pourquoi nous visons à travailler avec un minimum d'environ cinq ovocytes matures (M2) comme seuil pratique pour obtenir des résultats significatifs. Ce choix n'est pas arbitraire. Les taux de fécondation, de formation de blastocystes et d'euploïdie fonctionnent tous selon des probabilités multiplicatives. Lorsqu'un ou deux ovocytes seulement sont disponibles, même un transfert cytoplasmique biologiquement réussi a une forte probabilité de ne produire aucun embryon transférable, simplement en raison de l'attrition statistique (Fragouli & Wells, 2015 ; Franasiak et al., 2014).

Étant donné que de nombreuses patientes candidates au transfert cytoplasmique présentent une faible réponse ovarienne ou sont d'âge reproductif avancé, l'obtention de cinq ovocytes M2 en un seul cycle peut s'avérer impossible. Dans ces cas, l'accumulation d'ovocytes au cours de plusieurs ponctions devient un élément essentiel de la stratégie. Chaque ponction contribue à augmenter le nombre d'ovocytes M2 pouvant être fécondés et recevoir un enrichissement cytoplasmique. Ce concept est bien établi en FIV chez les patientes présentant une faible réserve ovarienne et en préservation de la fertilité, où le nombre cumulé d'ovocytes, plutôt que le nombre d'ovocytes obtenus lors d'un seul cycle, est le facteur prédictif de succès le plus important (Cobo et al., 2016 ; Vaiarelli et al., 2020). Dans le cadre du transfert cytoplasmique, l'accumulation est d'autant plus cruciale que la technique est appliquée à des ovocytes déjà biologiquement défavorisés.

L'importance du seuil de cinq ovocytes réside non seulement dans la fécondation, mais aussi dans le développement embryonnaire et la sélection génétique. Même lors de cycles de FIV optimisés, seule une fraction des ovocytes fécondés atteint le stade de blastocyste, et seule une fraction de ces blastocystes présente un caryotype normal. De vastes ensembles de données PGT-A montrent que chez les femmes quadragénaires, seuls 10 à 301 blastocystes (TP3T) sont euploïdes, même en cas de bon développement embryonnaire (Franasiak et al., 2014 ; Tiegs et al., 2020). Le transfert cytoplasmique peut améliorer la compétence développementale, permettant ainsi à un plus grand nombre d'embryons d'atteindre le stade de blastocyste, mais il ne modifie pas le taux d'erreurs méiotiques à l'origine de l'aneuploïdie. Autrement dit, un nombre suffisant d'embryons reste nécessaire pour obtenir un embryon viable.

C’est pourquoi le transfert cytoplasmique est le plus efficace lorsqu’il est intégré à une stratégie visant à produire plusieurs embryons, suivi de Test PGT-A L’objectif est d’identifier les embryons présentant un caryotype normal. La supplémentation cytoplasmique aide les embryons à survivre au stress métabolique du développement précoce et à atteindre le stade de blastocyste, mais seul le DPI-A permet de sélectionner l’embryon dont la fonction cytoplasmique est améliorée et le patrimoine génétique nucléaire intact. Sans cette dernière étape de sélection, le bénéfice du transfert cytoplasmique est amoindri par le taux élevé d’aneuploïdie, notamment chez les patientes plus âgées (Fragouli & Wells, 2015 ; Tiegs et al., 2020).

Du point de vue probabiliste, cela signifie que plus le nombre d'embryons créés est élevé, plus les chances de succès sont importantes. Chaque ovocyte M2 a une certaine probabilité d'être fécondé, chaque ovocyte fécondé a une certaine probabilité de devenir un blastocyste, et chaque blastocyste a une certaine probabilité d'être euploïde. Le transfert cytoplasmique augmente les chances de succès de l'étape intermédiaire, la formation du blastocyste, mais ne supprime pas le dernier obstacle, à savoir la normalité chromosomique. Accumuler des ovocytes jusqu'à obtenir au moins cinq ovocytes M2, créer plusieurs embryons, puis utiliser le DPI-A pour sélectionner le meilleur, voilà comment le transfert cytoplasmique passe d'une technique biologiquement intéressante à un traitement cliniquement pertinent (Franasiak et al., 2014 ; Vaiarelli et al., 2020).

Concrètement, cela signifie que certaines patientes auront besoin de deux, trois, voire plus de ponctions ovocytaires avant le DPI-A et le transfert d'embryons, afin de disposer d'un nombre suffisant d'embryons pour justifier la procédure. L'objectif n'est pas d'obtenir un seul embryon rapidement, mais de constituer une cohorte d'embryons parmi lesquels un embryon génétiquement sain et apte au développement pourra être sélectionné, offrant ainsi à la patiente une réelle chance de grossesse plutôt qu'une unique tentative aux faibles probabilités.