El medio nutritivo para embriones ( medio de cultivo para embriones ) es una solución acuosa de composición compleja para mantener embriones tempranos (preimplantación) de mamíferos (incluidos los humanos) en cultivo in vitro .
El medio de cultivo de embriones se utiliza en agricultura, medicina veterinaria e investigación científica para trabajar con embriones de mamíferos fuera del cuerpo de la madre, ya que los embriones de mamíferos deben mantenerse en un entorno acuático en todo momento. En medicina, los medios de cultivo embrionario se utilizan en programas de fertilización in vitro para mantener embriones humanos en cultivo in vitro .
La composición de los medios de cultivo modernos para embriones incluye alrededor de 40 sustancias diferentes, incluidas "sales fisiológicas", componentes de soluciones tampón , sustratos energéticos (glucosa, piruvato, lactato), aminoácidos, vitaminas, suero sanguíneo o sus sustitutos y otras sustancias. El medio de cultivo a menudo contiene antibióticos y un indicador de color de acidez, rojo fenol . Históricamente, los medios de cultivo embrionario aparecieron como una modificación de los medios de cultivo celular . En los primeros días de la medicina reproductiva (años 70-80 del siglo XX), los embriones humanos a menudo se cultivaban en medios de cultivo celular.
De acuerdo con los fines de uso, los medios de cultivo se pueden dividir en tres categorías:
1) Los medios de cultivo reales están destinados al mantenimiento a largo plazo de embriones en cultivo (desde varias horas hasta varios días). Estos medios siempre contienen un tampón de bicarbonato y requieren un alto contenido de dióxido de carbono en la atmósfera (5-7 %), por lo que los medios de esta categoría solo se pueden usar junto con una incubadora de CO2 (un dispositivo que mantiene una determinada composición de gas) .
2) Los medios de manipulación están diseñados para realizar manipulaciones con embriones fuera de la incubadora de CO2 (por ejemplo, para realizar el procedimiento de inseminación artificial de un óvulo mediante el método ICSI ). Estos medios suelen contener un tampón de hidroxietilpiperazinaetanosulfonato (HEPES) para mantener el pH fisiológico fuera de la atmósfera de la incubadora con CO2.
3) Los entornos especiales son entornos de manipulación, que incluyen algún componente utilizado para tareas especiales. Por ejemplo, se utiliza un medio con hialuronidasa para limpiar el óvulo de las células foliculares antes del procedimiento de inseminación artificial ICSI. O, por ejemplo, las soluciones para la crioconservación -medios de manipulación que contienen crioprotectores- se utilizan para congelar embriones.
Es costumbre distinguir 4 generaciones de medios de cultivo para embriones: 1) soluciones salinas simples; 2) medios enriquecidos; 3) medios de dos etapas (dos pasos, secuenciales); 4) medios de una sola etapa (un solo paso) basados en KSOM (K+ Simple Optimized Medium). Las soluciones salinas simples se utilizaron para el cultivo de embriones animales en 50-80 años. Siglo XX, y todavía se utilizan para procedimientos simples en medicina reproductiva (por ejemplo, procesamiento de semen), en base a ellos, a menudo se crean entornos especiales. Los medios enriquecidos tienen una composición compleja e incluyen una cantidad excesiva de componentes, muchos de los cuales, como se demostró en la década de 1990, tienen un efecto supresor sobre el desarrollo de los embriones. Los medios enriquecidos se utilizaron para cultivar embriones humanos desde la década de 1980 hasta mediados de la década de 2000. Los medios de dos etapas son un par de medios de composición similar, el primero de los cuales se usa en los primeros 2 días del desarrollo del embrión humano, el segundo, de 3 a 5 días del desarrollo del embrión humano. El principio de los medios de dos etapas se basa en el concepto de diferencias en las necesidades de los embriones de diferentes edades en la concentración de glucosa y aminoácidos. Los medios de dos etapas son superiores a los medios enriquecidos en términos de eficiencia de cultivo, y su uso en medicina comenzó a mediados de la década de 2000 y continúa hasta el presente. John Biggers, desarrollador del medio KSOM, niega la existencia de diferentes necesidades de los componentes del medio en embriones de los primeros dos días de desarrollo y 3-5 días de desarrollo. Argumenta que los experimentos que indican los efectos tóxicos del exceso de glucosa y ciertos aminoácidos son el efecto de medios imperfectos. El medio KSOM desarrollado por él, en el que se cambian las proporciones de las sales fisiológicas, no muestra el efecto de la glucosa y la toxicidad de los aminoácidos en los embriones tempranos. Por lo tanto, los entornos basados en KSOM son igualmente adecuados para todas las etapas y son universales (de un solo paso). Los medios basados en KSOM se han utilizado en medicina reproductiva desde principios de la década de 1910. Actualmente, los medios de dos pasos y los basados en KSOM compiten entre sí en términos de efectividad, pero existe una tendencia hacia el desplazamiento gradual de los medios de dos pasos de la medicina reproductiva.
El concepto de colocar embriones en un medio de cultivo proviene de la agricultura. La tecnología de acelerar el crecimiento a través del remojo de semillas, para disolver los elementos químicos en la cubierta de la semilla, se utilizó en el antiguo Egipto . Posteriormente, se empezó a añadir humus a las soluciones, donde el elemento principal era el ácido húmico , que contenía ácido glutámico , que en el siglo XX empezó a utilizarse para experimentos sobre el desarrollo de embriones.
A fines del siglo XIX, las estadísticas observacionales se habían acumulado en la medicina, resumidas en el concepto Milieu intérieur "Entorno interno del cuerpo" del científico francés Claude Bernard . Afirmó que los fluidos en el cuerpo son tan importantes como los propios órganos, siendo de hecho órganos fluidos, funcionando como mediadores micromecánicos en la transferencia e intercambio de energía.
En la década de 1880, el farmacéutico inglés Samuel Ringer estableció que la solución de perfusión de corazón de rana debía contener sales de sodio, potasio y calcio en las proporciones que encontró para que el corazón de rana aislado siguiera latiendo durante mucho tiempo. La solución de Ringer se ha convertido en la base de experimentos con embriones animales en muchos países.
En 1910, el farmacéutico estadounidense Maurice Tyrode creó la solución de Tyrode (solución de tirode T6), una solución de Ringer mejorada para alimentar células somáticas animales .
En 1943, en el Instituto de Oncología de EE. UU., el citólogo y genetista William Earl creó la solución tampón de Earl, con un pH idéntico al de la sangre humana.
En 1963, el laboratorio del Dr. George Yerganan en la Boston Cancer Research Foundation desarrolló la solución de aceite y grasa Ham's F-10 (Hamster hamster, F - fluid, 10 - el número de versión desde el lanzamiento de la línea celular en 1957). La solución estaba destinada a alimentar a la inmortal línea celular de ovario de hámster chino Cricetulus griseus. En comparación con otros medios basales, F-10 contenía una gama mucho más amplia de componentes, incluidos zinc , hipoxantina y timidina . Este medio fue el primero en contener oligoelementos: cobre y zinc. La solución incluía 45 componentes: 20 aminoácidos, 10 vitaminas, 10 sales, dextrosa, hipoxantina , ácido lipoico , piruvato de sodio , como fuente adicional de energía celular, timidina para sincronizar las células en la fase de mitosis .
En 1978, Robert Advance utilizó la solución de Earl, la F10 de Ham y la solución T6 de Tyrode para la primera FIV.
Antes de la década de 1990, las clínicas de FIV preparaban sus propios medios de cultivo o compraban medios de cultivo celular listos para usar (por ejemplo, Ham's F10 o Medium-199).
En 1988, salió a la venta el primer medio embrionario comercialmente disponible desarrollado por MediCult (Dinamarca). Era una solución modificada de Earl.
Actualmente, hay alrededor de 20 tipos de medios de cultivo en el mercado de diferentes fabricantes. Los medios nutritivos para embriones en crecimiento se mejoran constantemente. Los principales elementos de los medios de cultivo modernos para embriones son:
Shafei R.A. Química y bioquímica de los medios de cultivo (webinar)
Medios de cultivo de FIV: pasado, presente y futuro. Elpiniki Chronopoulou1 y Joyce C. Harper
Producción de Malignidad in Vitro. Los cultivos de fibroblastos de ratón y los cambios observados en las células vivas. WILTON R. EARLE, EDWARD L. SCHILLING, THOMAS H. STARK, NANCY P. STRAUS, MARY F. BROWN, EMMA SHELTON Archivado el 22 de diciembre de 2018 en Wayback Machine .