Gynécologie-obstétrique: Tests préimplantatoires de l’embryonen médecine de reproduction

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Gynécologie-obstétrique

Tests préimplantatoires de l’embryon en médecine de reproduction

Les tests préimplantatoires permettent à un couple fertile d’éviter la transmission d’une maladie monogénique ou d’une anomalie chromosomique structurelle à sa descendance. Mais ils peuvent également dépister des aneuploïdies (PGT-A, Preimplantation genetic testing for aneuploidy), avec pour but la sélection d’un embryon euploïde avant transfert in utero pour les couples infertiles réali- sant une fécondation in vitro (FIV). En effet, les aneuploïdies, très fréquentes, sont à l’origine de la majorité des échecs d’implantation après FIV et des avortements spontanés précoces. Les indications du PGT-A restent néanmoins controversées en l’absence de preuve évidente d’une amélioration des résultats en FIV. Des études coût/efficacité et un suivi des issues néonatales sont nécessaires.

Enfin, chaque situation nécessite un counseling en intégrant les aspects éthiques.

Preimplantation genetic testing

Preimplantation genetic testing avoids the transmission of mono

genic diseases or structural chromosome abnormality to the offs

pring in fertile couples. Furthermore, it allows screening for aneu

ploidies (PGTA, Preimplantation genetic testing for aneuploidy), with the aim of selecting one euploid embryo before transfer in infer

tile couples undergoing in vitro fertilization (IVF). Indeed, aneuploi

dies are frequent and explain most IVF failures and early miscar

riages. The indications for PGTA remain controversial, due to the lack of clear evidence of improved outcomes after IVF. Costeffec

tiveness studies and followup of neonatal outcomes are needed.

Finally, each situation requires counseling taking into account ethical considerations.

INTRODUCTION

Dans le domaine de la procréation médicalement assistée (PMA), la dernière décennie a été marquée par le remar- quable développement des techniques de diagnostic géné- tique. En Suisse, l’entrée en vigueur de la LPMA modifiée le 1^er septembre 2017 (votation fédérale du 5 juin 2016) autorise désormais la réalisation de tests génétiques préimplantatoires (preimplantation genetic testing (PGT)) des embryons ainsi que le dépistage des aneuploïdies (PGT-A). Les autres modifica-

tions légales sont la possibilité de mettre en culture jusqu’à 12 embryons (contre 3 précédemment), de congeler les embryons (auparavant tous les embryons développés in vitro devaient être transférés dans l’utérus) et de prolonger la durée de congéla- tion des embryons et des gamètes jusqu’à 10 ans à la demande du couple (5 ans auparavant).

Il faut distinguer les différents types de tests génétiques pré- implantatoires :

X le PGT pour les couples dont l’un des membres, ou un premier enfant, est atteint d’une maladie génétique (maladie monogénique ou réarrangement chromosomique structurel) afin d’éviter la transmission de la maladie ou de la translocation sous forme non équilibrée à la descendance. Il est nécessaire que les analyses génétiques aient défini les muta- tions en cause chez le cas index.

X Le test des aneuploïdies, désigné désormais par l’acronyme PGT-A (preimplantation genetic testing for aneuploidy), ayant pour objectif de déterminer si l’embryon est euploïde ou aneuploïde avant le transfert utérin. Ce test peut être pro- posé aux couples infertiles qui recourent à une procédure de fécondation in vitro (FIV). L’objectif de ce dernier est de diminuer les échecs d’implantation et les risques d’avorte- ment spontané en ne transférant que des embryons avec un nombre de chromosomes normaux (23 paires).

PGT POUR MALADIE MONOGÉNIQUE OU

RÉARRANGEMENT CHROMOSOMIQUE STRUCTUREL

L’indication la plus fréquente est celle où l’un des parents est porteur d’un réarrangement chromosomique structurel (par exemple, translocation équilibrée) (concerne 1 couple sur 300). La ségrégation méiotique peut générer des gamètes déséqui librés à l’origine de trisomies ou de monosomies partielles, avec pour conséquence selon l’importance du désé- quilibre génomique, des avortements spontanés précoces, des morts fœtales in utero ou des enfants présentant une ou plusieurs malformation(s) congénitale(s). Dans ce cas, l’analyse réalisée s’appelle PGT-SR, pour PGT for chromosome structural rearrangements.

Un PGT peut également s’adresser à un couple à risque élevé de transmettre une maladie génétique. Il s’agit alors du PGT-M (PGT for monogenic/single gene disorders). L’objectif est de transférer in utero un embryon non porteur de la maladie génétique affectant un ou les membres du couple et ainsi d’éviter une interruption thérapeutique de grossesse ou la naissance d’un enfant malade. L’analyse génétique des embryons Drs JULIE BENARDâ, CÉLIA TARGAâ,b, FABIEN MURISIER^b, ARIANE PAOLONI-GIACOBINO^c et ISABELLE STREULIâ

Rev Med Suisse 2019 ; 15 : 53-6

a Unité de médecine de la reproduction, Département de gynécologie et obstétrique, HUG, 1211 Genève 14, ^b CPMA Lausanne, Rue de la Vigie 5, 1003 Lausanne,

c Département de médecine génétique, de laboratoire et de pathologie, HUG, 1211 Genève 14

juliegabrielleanne.benard@hcuge.ch | celia.targa@hcuge.ch

fabien.murisier@cpma.ch | ariane.giacobino@hcuge.ch | isabelle.streuli@hcuge.ch

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nécessite donc le recours à une FIV pour un couple ne présen- tant a priori pas d’infertilité.

La loi est stricte quant aux conditions donnant accès au PGT.

Elle stipule que le PGT peut être réalisé dans les situations de prédispositions génétiques à une maladie grave sans traite- ment curatif possible et se déclarant avant 50 ans. Par ailleurs, la loi interdit de choisir le sexe et les thérapies géniques.

Aux HUG, depuis 2018, toutes les indications de PGT-M ou PGT-SR sont discutées lors de colloque multidisciplinaire re- groupant des spécialistes en médecine de reproduction, des généticiens, des obstétriciens spécialisés en diagnostic anté- natal, des biologistes de la reproduction et des spécialistes en éthique clinique. Un spécialiste de la maladie génétique est également convié selon la complexité du dossier. Chaque dossier est analysé en considérant différents aspects : cadre légal, aspects éthiques, faisabilité du diagnostic génétique (analyse possible ou non), faisabilité de la FIV (fonction de l’âge de la patiente et de sa réserve ovarienne) et les alternatives (diagnostic anténatal, don de gamètes, adoption).

TESTING GÉNÉTIQUE PRÉIMPLANTATOIRE DES ANEUPLOÏDIES OU PGT-A

Depuis les débuts de la PMA, les cliniciens et biologistes n’ont eu de cesse de chercher à améliorer les procédures et les techniques avec pour objectif ultime l’absence de survenue de complications pour la patiente et la naissance d’un enfant en bonne santé. Ainsi, transférer un embryon unique possé- dant les meilleures chances d’implantation reste un chal- lenge. Les méthodes standards d’évaluation de la qualité embryonnaire et de sélection des embryons les plus compétents étaient des approches morphologiques. Les embryons sont sortis de l’incubateur et observés au maximum une fois par jour avant le transfert in utero à des moments fixes et les informations sur les événements survenant en dehors sont donc limitées. De plus, celles-ci n’ont qu’une valeur prédic- tive limitée et ne permettent pas de distinguer les embryons euploïdes. Puis, les approches morphocinétiques ont émergé avec les incubateurs « time-lapse » qui permettent la prise régulière de photos de l’embryon tout au long de son dévelop- pement sans altérer les conditions environnementales (tem- pérature, humidité, pH, taux d’oxygène…). Ces incubateurs de dernière génération offrent un film accéléré du développe- ment embryonnaire et apportent des informations supplé- mentaires sur ses chances d’implantation. L’approche mor- phocinétique ne permet toutefois pas précisément une discri- mination entre un embryon euploïde et un aneuploïde.

Depuis les années 2000, l’approche génétique a été initiée et a connu des avancées majeures.

Conséquences des aneuploïdies

La majorité des avortements spontanés du premier trimestre sont en lien avec des anomalies chromosomiques des embryons, d’origine ovocytaire dans 90 % des cas. Par ailleurs, suite à une procédure de FIV, seul un tiers des embryons obtenus s’implante et les anomalies embryonnaires de type aneuploïdies rendent compte de la plupart de ces échecs d’implantation.

Les taux d’aneuploïdies embryonnaires observées se majorent avec l’âge maternel induisant une accroissement du risque d’avortements précoces (40 % à 40 ans, > 50 % à 42 ans et 75 % après 45 ans).¹ Cependant, une proportion importante des embryons issus de femmes jeunes en FIV, dont les donneuses d’ovocytes, présente également des aneuploïdies.² Dans l’étude rétrospective de Franasiak et coll., avec biopsie de blastocyste et comprehensive chromosomal screening (CCS, c’est-à-dire l’analyse simultanée des 23 paires de chromosomes), le plus faible taux d’aneuploïdies était observé entre 26 et 30 ans, puis il augmente régulièrement avec l’âge jusqu’à atteindre 85 % après 43 ans. La survenue d’aneuploïdies complexes (im- pliquant plusieurs chromosomes) ainsi que les trisomies aug- mentent avec l’âge.³

PGT-A

Le PGT-A existe depuis maintenant une vingtaine d’années dans le but de sélectionner les embryons euploïdes parmi une cohorte d’embryons obtenus par FIV. Le principe est de réali- ser une biopsie de cellules provenant de l’embryon (blasto- mères aux 2-3 jours de développement ou cellules du trophectoderme au stade blastocyste) ou du globule polaire afin d’obtenir des informations sur son statut chromosomique sans cibler une anomalie spécifique. Les embryons euploïdes sont ensuite transférés alors que les embryons aneuploïdes seront détruits. Le postulat est que le PGT-A augmenterait les chances de grossesses par transfert, les taux d’implantation et réduirait les taux d’avortements spontanés. Il est important d’insister auprès du couple sur le fait que cette technique ne modifie pas les chances de naissance vivante par ponction ovocytaire mais peut permettre de réduire le nombre de transferts nécessaires à l’obtention d’une grossesse. Il n’y a pas de modification du matériel génétique de l’embryon.

De nombreuses techniques ont été utilisées successivement avec des améliorations considérables au cours des dernières années. Les plus anciennes étaient réalisées à partir de biopsie d’un ou deux blastomères d’un embryon au stade clivé (3^e jour du développement) avec technique de FISH (fluorescent in situ hybridization) et permettaient l’évaluation d’un nombre limité de chromosomes (5 à 10) sans bénéfice démontré. Puis les techniques ont évolué avec le développement de la biopsie du trophectoderme au stade blastocyste (5^e jour du dévelop- pement) et l’analyse des 23 paires de chromosomes. En effet, un possible effet délétère de la biopsie de > 1 cellule au stade clivé sur l’embryon a été montré avec un risque de compro- mettre la viabilité de l’embryon.^4,5 La biopsie de la masse cel- lulaire interne du blastocyste n’est pas une option en raison du risque hypothétique sur le développement fœtal. En revanche, la biopsie de 5 à 10 cellules du trophectoderme (futur placenta) après ouverture de la zone pellucide à J4 offre l’avantage d’obtenir plusieurs cellules et ainsi d’augmenter la sensibilité du diagnostic génétique. La biopsie à J5 est moins délétère pour l’embryon que la biopsie au stade clivé notam- ment, car le nombre de cellules prélevées représente un plus faible pourcentage de l’embryon. En revanche, ses consé- quences sur l’implantation ne sont pas entièrement connues.

Seuls 50 à 60 % des embryons atteignent le stade blastocyste, ce qui limite aussi le nombre d’embryons à analyser par rapport aux biopsies au stade de clivage. Les avancées des techniques de cryopréservation avec la diffusion de la vitri-

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fication permettent la congélation embryonnaire dans l’attente du diagnostic génétique sans altérer les chances de succès après décongélation.⁶

Il est désormais établi que le PGT-A doit être réalisé avec les techniques de CCS et que la biopsie doit être effectuée au stade blastocyste, moins délétère pour le développement embryonnaire (figure 1).

L’utilisation des techniques de CCS après biopsie de 5-10 cellules au stade blastocyste a conduit à la détection de mo- saïcismes embryonnaires qui n’étaient pas identifiables par les techniques précédentes. Les mosaïcismes (coexistence de

≥ 2 lignées génétiquement différentes au sein de l’embryon, confiné à l’embryon, au placenta ou fœtoplacentaire) sont présentes dans > 50 % des embryons J2/3 et 3-5 % des blastocystes.^7‑10 Les mosaïques sont une source de difficultés dia- gnostiques avec le risque que le prélèvement ne reflète pas la ploïdie de l’embryon. En présence d’embryons mosaïques, il existe un risque d’écarter des embryons avec un potentiel de développement ou inversement. En effet, les embryons mosaïques sont parfois capables de s’implanter et de générer une descendance euploïde avec cependant des taux d’implantation et de grossesse diminués.^7,11 Cela s’explique par des phénomènes mal connus d’autocorrections embryonnaires.

PGT-A : quelles évidences cliniques ?

Du fait de l’évolution des techniques, les études offrent une grande hétérogénéité en termes de jour de réalisation de la biopsie, de technique employée pour le diagnostic génétique et de sous-population étudiée et peu d’études de bonne qualité existent pour évaluer le bénéfice du PGT-A. Les études et méta-analyses portant sur les premières années du PGT-A (PGT-A 1.0) n’ont pas mis en évidence de bénéfice à l’excep- tion d’un essai randomisé. Les hypothèses avancées pour expli- quer l’absence d’amélioration des résultats avec le PGT-A ancienne version sont l’incapacité de la FISH à détecter les anomalies de tous les chromosomes, l’effet délétère de la biopsie d’un ou plusieurs blastomères sur le développement embry onnaire et les taux élevés de mosaïcismes au stade d’embryons clivés.

La difficulté d’interprétation des études les plus récentes réside dans la randomisation prospective de patientes qui obtiennent des blastocystes, c’est-à-dire des patientes de bon pronostic, et dans le fait qu’elles proviennent de centres réalisant un important volume de tests et des résultats non généralisables.

Les indications restent controversées. Le PGT-A pourrait dans certaines situations (âge maternel avancé > 35 ans, échecs d’implantation répétés, fausses couches à répéti- tion) augmenter les taux de succès par transfert et diminuer les échecs d’implantation et les avortements spontanés.^12‑14 Même après transfert d’un embryon euploïde, on observe des échecs d’implantation expliqués par différents phénomènes : délétions ou duplications de novo, altération de la réceptivité endométriale. Le PGT-A pourrait, bénéfice non négligeable, prévenir les conséquences psychologiques et émotionnelles des fausses couches, des échecs de FIV ou du vécu d’une interruption thérapeutique de grossesse.

L’autre avantage du PGT-A et de la sélection d’un embryon avec un potentiel élevé d’implantation est le développement de l’eSET (elective single embryon transfer) et ainsi la décrois- sance du nombre d’embryons transférés avec une réduction des taux de grossesses gémellaires et de leurs complications.^15,16 L’American society of reproductive medecine (ASRM) indique que l’usage du PGT-A pourrait s’associer à une amélioration des taux de naissances vivantes avec une augmentation des transferts d’embryons uniques, mais que son intérêt reste à démontrer.¹⁷ Selon l’ASRM, le PGT-A pourrait bénéficier à certaines catégories de patientes/couples (âge maternel avancé, avortements spontanés répétés).

Les couples doivent être informés des avantages, des inconvénients et des limites des évidences scientifiques actuelles du PGT-A par leur spécialiste en médecine de reproduction (tableau 1). L’information faite au couple devrait mettre en avant certains points essentiels : insister sur le fait que dans un nombre non négligeable de cas, aucun embryon euploïde ne sera obtenu, en particulier quand la réserve ovarienne est basse ou en cas d’âge maternel avancé,

FIG 1 PGT-A avec comprehensive chromosome screening

NGS (next generation sequencing) : amplification de l’ADN suivie d’un séquençage de milliers de fragments et alignement sur un génome de référence ; WGA : whole genome amplification.

WGA NGS

Biopsie du trophectoderme (5 cellules, 30 pg d’ADN) 1000 × moins de matériel

que pour les analyses génétiques classiques

Whole Genome Amplification Copier le génome

Du pg en µg (1 000 000 ×)

et analyse NGS bioinformatique

(Avec l’aimable autorisation de Fabien Murisier).

Avantages Inconvénients

X Augmente les chances de grossesse par transfert embryonnaire

X Diminue le taux des aneuploïdies diagnostiquées pendant la grossesse ou à la naissance

X Diminue les taux d’avortements spontanés

X Favorise le transfert d’un seul embryon

X Réduit le nombre de grossesses gémellaires et leurs complications

X Diminue le nombre d’embryons cryopréservés

X Diminue le délai nécessaire à concevoir

X Evite l’impact négatif émotionnel d’un échec de FIV ou d’une fausse couche

X Requiert une très grande expérience du personnel des laboratoires FIV et génétique

X Coût accru des techniques

X Equipement coûteux

X Risque d’éliminer des embryons mosaïques qui auraient pu s’implanter et donner des enfants en bonne santé

X Manque de recul quant aux issues néonatales et aux risques congénitaux

TABLEAU 1 Avantages et inconvénients du PGT-A

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la problématique des embryons mosaïques, la néces sité de procéder à un diagnostic anténatal, le peu de recul concernant les enfants issus de PGT-A. Il est important de préciser que les techniques de FIV/ICSI (Intra Cytoplasmique Sperm Injection) et de PGT-A sont à la charge des couples et non remboursées par la LaMal quelle que soit l’indication. Le coût est souvent un facteur limitant et il existe actuellement peu de données en termes de coût/efficacité du PGT-A.

Perspectives futures

Les avancées dans le domaine de la procréation médicale- ment assistée ont été importantes dans la dernière décen- nie avec une augmentation des taux de grossesses et une réduction du nombre d’embryons transférés et des grossesses gémellaires. En effet, les techniques de culture pro- longée et de vitrification embryonnaire ont permis une augmentation de l’eSET (elective single embryo transfer).

Les tests préimplantatoires évoluent rapidement avec la possibilité d’éviter la transmission de certaines maladies génétiques graves. Concernant le PGT-A, les évolutions techniques sont encore insuffisamment évaluées par des essais cliniques. De nouvelles techniques, comme l’analyse de l’ADN embryonnaire isolé provenant des milieux de culture du blastocyste ou du blastocèle sont en cours de développement et pourraient permettre un PGT-A moins invasif pour l’embryon.¹⁸

CONCLUSION

Le diagnostic préimplantatoire représente une avancée ma- jeure dans le domaine de la procréation médicalement assistée.

Ses indications restent cependant controversées et il n’existe actuellement pas de preuve justifiant son utilisation systématique lors des FIV. Son développement est source de débats éthiques et un counseling est nécessaire dans chacune des situations.

Conflit d’intérêts : Les auteurs n’ont déclaré aucun conflit d’intérêts en relation avec cet article.

1 Nybo Andersen AM, Wohlfahrt J, Christens P, Olsen J, Melbye M. Maternal age and fetal loss: population based register linkage study. BMJ 2000;320:1708-12.

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3 Franasiak JM, Forman EJ, Hong KH, et al. The nature of aneuploidy with increasing age of the female partner: a review of 15,169 consecutive trophectoderm biopsies evaluated with comprehensive chromosomal screening.

Fertil Steril 2014;101:656-663.e1.

4 De Vos A, Staessen C, De Rycke M, et al. Impact of cleavage-stage embryo biopsy in view of PGD on human blastocyst implantation: a prospective cohort of single embryo transfers. Hum Reprod 2009;24:2988-96.

5 Scott RT, Upham KM, Forman EJ, Zhao T, Treff NR. Cleavage-stage biopsy

significantly impairs human embryonic implantation potential while blastocyst biopsy does not: a randomized and paired clinical trial. Fertil Steril 2013;100:624-30.

6 Wong KM, van Wely M, Mol F, Repping S, Mastenbroek S. Fresh versus frozen embryo transfers in assisted reproduction. Cochrane Database Syst Rev 2017;3:CD011184.

7 Fragouli E, Alfarawati S, Spath K, et al.

Analysis of implantation and ongoing pregnancy rates following the transfer of mosaic diploid-aneuploid blastocysts.

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8 Capalbo A, Rienzi L. Mosaicism between trophectoderm and inner cell mass. Fertil Steril 2017;107:1098-106.

9 van Echten-Arends J, Mastenbroek S, Sikkema-Raddatz B, et al. Chromosomal mosaicism in human preimplantation embryos: a systematic review. Hum Reprod Update 2011;17:620-7.

10 Munné S, Weier HU, Grifo J, Cohen J.

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11 Gleicher N, Vidali A, Braverman J, et al.

Accuracy of preimplantation genetic screening (PGS) is compromised by degree of mosaicism of human embryos.

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12 *Rubio C, Bellver J, Rodrigo L, et al. In vitro fertilization with preimplantation genetic diagnosis for aneuploidies in advanced maternal age: a randomized, controlled study. Fertil Steril 2017;107:1122-9.

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14 Shahine LK, Marshall L, Lamb JD, Hickok LR. Higher rates of aneuploidy in blastocysts and higher risk of no embryo transfer in recurrent pregnancy loss patients with diminished ovarian reserve undergoing in vitro fertilization. Fertil Steril 2016;106:1124-8.

15 Forman EJ, Hong KH, Ferry KM, et al.

In vitro fertilization with single euploid

blastocyst transfer: a randomized controlled trial. Fertil Steril 2013;100:100-107.e1.

16 *Ubaldi FM, Capalbo A, Colamaria S, et al. Reduction of multiple pregnancies in the advanced maternal age population after implementation of an elective single embryo transfer policy coupled with enhanced embryo selection: pre- and post-intervention study. Hum Reprod 2015;30:2097-106.

17 **Technology PC of the AS for RM and the S for ARTE address: A org and PC of the AS for RM and the S for AR. The use of preimplantation genetic testing for aneuploidy (PGT-A): a committee opinion. – PubMed – NCBI [Internet].

[cited 2018 Oct 24];Available from: www.

ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=practice +committee+PGT-A

18 Kuznyetsov V, Madjunkova S, Antes R, et al. Evaluation of a novel non-invasive preimplantation genetic screening approach. PLoS One 2018;13:e0197262.

* à lire

** à lire absolument Entrée en vigueur de la nouvelle LPMA le 1^er septembre 2017 permettant la réalisation d’un test préimplantatoire des embryons ainsi que le dépistage des aneuploïdies

Le testing génétique des aneuploïdies ou PGT-A consiste en une biopsie de 5-10 cellules du trophectoderme au stade blastocyste puis la réalisation d’un comprehensive chromosome screening (analyse de l’ensemble des 23 paires de chromosomes)

Identification nécessaire des patientes susceptibles de bénéficier d’un PGT-A

Il existe des incertitudes concernant les issues néonatales ainsi que les aspects de coût/efficacité

Un counseling pour chaque couple est nécessaire IMPLICATIONS PRATIQUES