Криоконсервация как вспомогательная репродуктивная технология

Введение. По данным Всемирной организации здравоохранения, бесплодие возникает примерно у каждого шестого человека в течение репродуктивного возраста. Вспомогательные репродуктивные технологии (ВРТ), в частности экстракорпоральное оплодотворение (ЭКО), существуют уже более трех десятилетий, и благодаря им в мире родились миллионы детей. Криоконсервация позволяет хранить большое количество клеток и тканей, и применяется в медицине для разных целей, включая ЭКО. 

Цель: на основании литературных данных проанализировать физические принципы, методы и перспективы криоконсервации в репродуктивной медицине.

Материалы и методы. Анализ научных публикаций отечественных и зарубежных авторов проводился в базах данных PubMed/MEDLINE, Google Scholar и eLibrary за период с 1953 г. по сентябрь 2024 г. Были использованы ключевые слова и их английские эквиваленты: «бесплодие», «вспомогательные репродуктивные технологии», «экстракорпоральное оплодотворение», «криоконсервация», «криопротекторы», «криопротективные агенты», «витрификация», «отбор половых клеток», «криоконсервация спермы», «криоконсервация женских половых клеток», «криоконсервация эмбрионов», «infertility», «assisted reproductive technologies», «in vitro fertilization», «cryopreservation», «cryoprotectants», «cryoprotective agents», «vitrification», «gamete selection», «sperm cryopreservation», «female gamete cryopreservation», «embryo cryopreservation». В обзор преимущественно включались полнотекстовые статьи на русском и английском языках, опубликованные в рецензируемых научных журналах, содержащие оригинальные данные или систематизированный анализ, а также сведения об эффективности, безопасности и биологическом воздействии методов криоконсервации. Для исторического и контекстуального освещения темы также были использованы отдельные монографии, обзоры, нормативные документы и материалы научных конференций при условии их значимости для раскрытия исследуемых вопросов. Такие источники не включались в оценку эффективности методов, но рассматривались в контексте исторического развития технологий и этико-правовых аспектов. Всего проанализировано 5876 публикаций, из которых в итоговый обзор отобраны 74.

Результаты. Систематизированы физико-химические принципы криоконсервации, классификация криопротекторов (англ. cryoprotective agents, CPA), а также сравнительная эффективность различных методов замораживания: медленного, быстрого, мгновенного и витрификации. Установлено, что витрификация обеспечивает наивысшую выживаемость ооцитов и эмбрионов по сравнению с традиционным замораживанием, особенно при использовании высококонцентрированных CPA в комбинации с непроникающими агентами. Проанализированы альтернативные носители и биоматериалы (например, гиалуронан-фенольные микрокапсулы, Volvox globator), демонстрирующие потенциал для криоконсервации единичных сперматозоидов. Обобщены подходы к оценке качества гамет после оттаивания, включая новые перспективные методы, такие как анализ свободной внеклеточной ДНК и применение искусственного интеллекта для морфологической оценки эмбрионов. Выявлены нерешенные вопросы, связанные с высокой токсичностью CPA, отсутствием унифицированных клинических протоколов, а также этическими и правовыми аспектами обращения с криоматериалом. Установлена необходимость дальнейших исследований, направленных на разработку безопасных и эффективных протоколов криоконсервации в рамках вспомогательных репродуктивных технологий.

Заключение. В ходе анализа были выявлены пробелы, касающиеся оптимизации клинических протоколов криоконсервации эмбрионов и женских половых клеток. На сегодняшний день предпочтительным методом остается витрификация, обеспечивающая наилучшие показатели выживаемости биологического материала. 

1. Zegers-Hochschild F., Adamson G.D., de Mouzon J. et al. The International Committee for Monitoring Assisted Reproductive Technology (ICMART) and the World Health Organization (WHO) Revised Glossary on ART Terminology, 2009. Hum Reprod. 2009;24(11):2683–7. https://doi.org/10.1093/humrep/dep343.

2. Bártolo A., Reis S., Monteiro S. et al. Psychological adjustment of infertile men undergoing fertility treatments: an association with sperm parameters. Arch Psychiatr Nurs. 2016;30(5):521–6. https://doi.org/10.1016/j.apnu.2016.04.014.

3. Тювина Н.А., Николаевская А.О. Бесплодие и психические расстройства у женщин. Неврология, нейропсихиатрия, психосоматика. 2019;11(4):117–24. https://doi.org/10.14412/2074-2711-2019-4-117-124.

4. Beke A. Genetic causes of female infertility. Exp Suppl. 2019;111:367–83. https://doi.org/10.1007/s11934-019-0942-0.

5. Жураев И.И., Хайдаров О.Л., Бобокулов Н.А. Мужское бесплодие. Proceedings of International Conference on Scientific Research in Natural and Social Sciences.2023;2(3):163–70.

6. Tschudin S., Bitzer J. Psychological aspects of fertility preservation in men and women affected by cancer and other life-threatening diseases. Hum Reprod Update. 2009;15(5):587–97. https://doi.org/10.1093/humupd/dmp016.

7. Kenney L.B., Antal Z., Ginsberg J.P. et al. Improving male reproductive health after childhood, adolescent, and young adult cancer: progress and future directions for survivorship Research. J Clin Oncol. 2018;36(21):2160–8. https://doi.org/10.1200/JCO.2017.76.3839.

8. Dishuck C.F., Perchik J.D., Porter K.K. et al. Advanced imaging in female infertility. Curr Urol Rep. 2019;20(11):77. https://doi.org/10.1007/s11934-019-0942-0.

9. Bala R., Singh V., Rajender S. et al. Environment, lifestyle, and female infertility. Reprod Sci. 2021;28(3):617–38. https://doi.org/10.1007/s43032-020-00279-3.

10. Mustafa M., Sharifa A.M., Hadi J.E. et al. Male and female infertility: causes, and management. IOSR J Dent Med Sci. 2019;18(9):27–32. https://doi.org/10.9790/0853-1809132732.

11. Арипова Т.У., Мусаходжаева Д.А., Файзуллаева Н.Я., Ярмухамедов А.С. Различные аспекты бесплодия у мужчин (обзор литературы). Журнал теоретической и клинической медицины. 2020;(4):141–5.

12. Галимов Ш.Н., Божедомов В.А., Галимова Э.Ф. и др. Мужское бесплодие: молекулярные и иммунологические аспекты: моногафия. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2020. 204 с.

13. Киракосян Е.В., Назаренко Т.А., Павлович С.В. Поиск причин формирования нарушений репродуктивной системы: обзор научных исследований. Акушерство и гинекология. 2021;(11):18–25. https://doi.org/10.18565/aig.2021.11.18-25.

14. No C.O. Female age-related fertility decline. Fertil Steril. 2014;101(3):633–4. https://doi.org/10.1016/j.fertnstert.2013.12.032.

15. Сонголова Е.Н. Контроль учета ЭКО по ОМС. Материалы Второго съезда медицинских статистиков Москвы «Статистика здравоохранения нового времени». М., 2020. 84–6.

16. Sidorova T.F. Philosophical analysis of procreation in the value dimension. Population and Economics. 2020;4(4):57–66. https://doi.org/10.3897/popecon.4.e58271.

17. Шевлюк Н.Н. Фундаментальные основы, биологические, медицинские и социальные аспекты вспомогательных репродуктивных технологий: история создания, современное состояние и перспективы. Журнал анатомии и гистопатологии. 2024;13(2):100–9. https://doi.org/10.18499/2225-7357-2024-13-2-100-109.

18. Walters E.M., Benson J.D., Woods E.J. et al. The history of sperm cryopreservation. In: Spermbanking: Theory and practice. Cambridge University Press, 2009. 1–10.

19. Castellani C. Spermatozoan biology from Leeuwenhoek to Spallanzani. J Hist Biol. 1973;6:37–68. https://doi.org/10.1007/BF00137298.

20. Lovelock J.E. The haemolysis of human red blood-cells by freezing and thawing. Biochim Biophys Acta. 1953;10(3):414–26. https://doi.org/10.1016/0006-3002(53)90273-X.

21. Jang T.H., Park S.C., Yang J.H. et al. Cryopreservation and its clinical applications. Integr Med Res. 2017;6(1):12–8. https://doi.org/10.1016/j.imr.2016.12.001.

22. Shenfield F., de Mouzon J., Scaravelli G. et al. ESHRE Working Group on Oocyte Cryopreservation in Europe. Oocyte and ovarian tissue cryopreservation in European countries: statutory background, practice, storage and use. Hum Reprod Open. 2020;2020:hoaa016. https://doi.org/10.1093/hropen/hox003.

23. Calhaz-Jorge C., de Geyter C., Kupka, M.S. et al. European IVF-Monitoring Consortium (EIM) for the European Society of Human Reproduction and Embryology (ESHRE). Assisted reproductive technology in Europe, 2012: results generated from European registers by ESHRE. Hum Reprod. 2016;31(2):233–48. https://doi.org/10.1093/humrep/dex264.

24. Одинцова И.А., Русакова С.Э., Шмидт А.А., Тимошкова Ю.Л. Криоконсервация половых клеток: история и современное состояние вопроса. Гены и клетки. 2021;16(3):44–51. https://doi.org/10.23868/202110005.

25. Öztürk A.E., Bucak M.N., Bodu M. et al. Cryobiology and cryopreservation of sperm. In: Cryopreservation – Current Advances and Evaluations. Ed. M. Quain. IntechOpen, 2019. 1–52 https://doi.org/10.5772/intechopen.89789.

26. AbdelHafez F., Bedaiwy M., El-Nashar S.A. et al. Techniques for cryopreservation of individual or small numbers of human spermatozoa: a systematic review. Hum Reprod Update. 2009;15(2):153–64. https://doi.org/10.1093/humupd/dmn061.

27. Di Santo M., Tarozzi N., Nadalini M, Borini A. Human sperm cryopreservation: update on techniques, effect on DNA integrity, and implications for ART. Adv Urol. 2012;2012:854837. https://doi.org/10.1155/2012/854837.

28. Rios A.P., Botella I.M. Description and outcomes of current clinical techniques for sperm cryopreservation. EMJ Reprod Health. 2019;7(1):79–92. https://doi.org/10.33590/emjreprohealth/10310343.

29. Liu S., Li F. Cryopreservation of single-sperm: where are we today? Reprod Biol Endocrinol. 2020;18(1):41. https://doi.org/10.1186/s12958-020-00600-5.

30. Just A., Gruber I., Wöber M. et al. Novel method for the cryopreservation of testicular sperm and ejaculated spermatozoa from patients with severe oligospermia: a pilot study. Fertil Steril. 2004;82(2):445–7. https://doi.org/10.1016/j.fertnstert.2003.12.050.

31. Tomita K., Sakai S., Khanmohammadi M. et al. Cryopreservation of a small number of human sperm using enzymatically fabricated, hollow hyaluronan microcapsules handled by conventional ICSI procedures. J Assist Reprod Genet. 2016;33(4):501–11. https://doi.org/10.1007/s10815-016-0656-x.

32. Glander H.J., Schaller J. Hidden effects of cryopreservation on quality of human spermatozoa. Cell Tissue Bank. 2000;1(2):133–42. https://doi.org/10.1023/A:1010122800157.

33. Isachenko V., Isachenko E., Katkov I.I. et al. Cryoprotectant-free cryopreservation of human spermatozoa by vitrification and freezing in vapor: effect on motility, DNA integrity, and fertilization ability. Biol Reprod. 2004;71(4):1167–73. https://doi.org/10.1095/biolreprod.104.028811.

34. Maheshwari A., Bhattacharya S. Elective frozen replacement cycles for all: ready for prime time? Hum Reprod. 2013;28(1):6–9. https://doi.org/10.1093/humrep/des386.

35. Cohen J., Alikani M. The time has come to radically rethink assisted reproduction. Reprod Biomed Online. 2013;27(4):323–4. https://doi.org/10.1016/j.rbmo.2013.08.001.

36. Bosch E., De Vos M., Humaidan P. The future of cryopreservation in assisted reproductive technologies. Front Endocrinol (Lausanne). 2020;11:67. https://doi.org/10.3389/fendo.2020.00067.

37. McLaughlin M., Albertini D.F., Wallace W.H.B. et al. Metaphase II oocytes from human unilaminar follicles grown in a multi-step culture system. Mol Hum Reprod. 2018;24(3):135–42. https://doi.org/10.1093/molehr/gay002.

38. Gook D.A., Edgar D.H. Cryopreservation of female reproductive potential. Best Pract Res Clin Obstet Gynaecol. 2019;55:23–36.https://doi.org/10.18565/aig.2020.4.195-200.

39. Hussein R.S., Khan Z., Zhao Y. Fertility preservation in women: indications and options for therapy. Mayo Clin Proc. 2020;95(4):770–83. https://doi.org/10.1016/j.mayocp.2019.10.009.

40. Rivas Leonel E.C., Lucci C.M., Amorim C.A. Cryopreservation of human ovarian tissue: a review. Transfus Med Hemother. 2019;46(3):173–81. https://doi.org/10.1159/000499054.

41. Taylor M.J., Weegman B.P., Baicu S.C. et al. New approaches to cryopreservation of cells, tissues, and organs. Transfus Med Hemother. 2019;46(3):197–215. https://doi.org/10.1159/000499453.

42. Pegg D.E. The history and principles of cryopreservation. Semin Reprod Med. 2002;20(1):5–13. https://doi.org/10.1055/s-2002-23515.

43. Torquato P., Giusepponi D., Bartolini D. et al. Pre-analytical monitoring and protection of oxidizable lipids in human plasma (vitamin E and ω-3 and ω-6 fatty acids): an update for redox-lipidomics methods. Free Radic Biol Med. 2021;176:142–8. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2021.09.012.

44. Pegg D.E. Principles of cryopreservation. Methods Mol Biol. 2007;368:39–57. https://doi.org/10.1007/978-1-59745-362-2_3.

45. Cobo A., García-Velasco J. A., Coello A. et al. Oocyte vitrification as an efficient option for elective fertility preservation. Fertil Steril. 2016;105(3):755–64. https://doi.org/10.1016/j.fertnstert.2015.11.027.

46. Ferraretti A.P., Gianaroli L., Magli C. et al. Elective cryopreservation of all pronucleate embryos in women at risk of ovarian hyperstimulation syndrome: efficiency and safety. Hum Reprod. 1999;14(6):1457–60. https://doi.org/10.1093/humrep/14.6.1457.

47. Shapiro B.S., Daneshmand S.T., Garner F.C. et al. Evidence of impaired endometrial receptivity after ovarian stimulation for in vitro fertilization: a prospective randomized trial comparing fresh and frozen-thawed embryo transfer in normal responders. Fertil Steril. 2011;96(2):344–8. https://doi.org/10.1016/j.fertnstert.2011.05.050.

48. Aghahosseini M., Aleyasin A., Sarfjoo F.S. et al. In vitro fertilization outcome in frozen versus fresh embryo transfer in women with elevated progesterone level on the day of HCG injection: an RCT. Int J Reprod Biomed. 2017;15(12):757–62.

49. Alteri A., Pisaturo V., Somigliana E. et al. Cryopreservation in reproductive medicine during the COVID-19 pandemic: rethinking policies and European safety regulations. Hum Reprod. 2020;35(12):2650–7. https://doi.org/10.1093/humrep/deaa210.

50. Christianson M.S., Stern J.E., Sun F. et al. Embryo cryopreservation and utilization in the United States from 2004-2013. F S Rep. 2020;1(2):71–7. https://doi.org/10.1016/j.xfre.2020.05.010.

51. Ladeira C., Koppen G., Scavone F. et al. The comet assay for human biomonitoring: eEffect of cryopreservation on DNA damage in different blood cell preparations. Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2019;843:11–7. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2019.02.002.

52. Guerif F., Bidault R., Cadoret V. et al. Parameters guiding selection of best embryos for transfer after cryopreservation: a reappraisal. Hum Reprod. 2002;17(5):1321–6. https://doi.org/10.1093/humrep/17.5.1321.

53. Якубец Ю.А., Дешко А.С., Голубец Л.В. и др. Эффективность криоконсервации эмбрионов, полученных в культуре in vitro. Международный вестник ветеринарии. 2020;(3):169–75.

54. Rienzi L.F., Iussig B., Dovere L. et al. Perspectives in gamete and embryo cryopreservation. Semin Reprod Med. 2018;36(5):253–64. https://doi.org/10.1055/s-0038-1677463.

55. Telfer E.E. Future developments: In vitro growth (IVG) of human ovarian follicles. Acta Obstet Gynecol Scand. 2019;98(5):653–8. https://doi.org/10.1111/aogs.13592.

56. Anderson R.A., Baird D.T. The development of ovarian tissue cryopreservation in Edinburgh: translation from a rodent model through validation in a large mammal and then into clinical practice. Acta Obstet Gynecol Scand. 2019;98(5):545–9. https://doi.org/10.1111/aogs.13560.

57. Hong B., Hao Y. The outcome of human mosaic aneuploid blastocysts after intrauterine transfer: a retrospective study. Medicine (Baltimore). 2020;99(9):e18768. https://doi.org/10.1097/MD.0000000000018768.

58. Gleicher N., Orvieto R.J. Is the hypothesis of preimplantation genetic screening (PGS) still supportable? A review. J Ovarian Res. 2017;10(1):21. https://doi.org/10.1186/s13048-017-0318-3.

59. Whaley D., Damyar K., Witek R.P. et al. Cryopreservation: an overview of principles and cell-specific considerations. Cell Transplant. 2021;30:963689721999617. https://doi.org/10.1177/09636897219996.

60. Raju R., Bryant S.J., Wilkinson B.L. et al. The need for novel cryoprotectants and cryopreservation protocols: Insights into the importance of biophysical investigation and cell permeability. Biochim Biophys Acta Gen Subj. 2021;1865(1):129749. https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2020.129749.

61. Bojic S., Murray A., Bentley B.L. et al. Winter is coming: the future of cryopreservation. BMC Biol. 2021;19(1):56. https://doi.org/10.1186/s12915-021-00976-8.

62. Erol O.D., Pervin B., Seker M.E. et al. Effects of storage media, supplements and cryopreservation methods on quality of stem cells. World J Stem Cells. 2021;13(9):1197–214. https://doi.org/10.4252/wjsc.v13.i9.1197.

63. Crisol M., Wu K., Laouar L. et al. Antioxidant additives reduce reactive oxygen species production in articular cartilage during exposure to cryoprotective agents. Cryobiology. 2020;96:114–21. https://doi.org/10.1016/j.cryobiol.2020.07.008.

64. Manchester L.C., Coto-Montes A., Boga J.A. et al. Melatonin: an ancient molecule that makes oxygen metabolically tolerable. J Pineal Res. 2015;59(4):403–19. https://doi.org/10.1111/jpi.12267.

65. Marcantonini G., Bartolini D., Zatini L. et al. Natural cryoprotective and cytoprotective agents in cryopreservation: a focus on melatonin. Molecules. 2022;27(10):3254. https://doi.org/10.3390/molecules27103254.

66. Len J.S., Koh W.S.D., Tan S.X. The roles of reactive oxygen species and antioxidants in cryopreservation. Biosci Rep. 2019;39(8):BSR20191601. https://doi.org/10.1042/BSR20191601.

67. Trounson A., Wood C., Kausche A. In vitro maturation and the fertilization and developmental competence of oocytes recovered from untreated polycystic ovarian patients. Fertil Steril. 1994;62(2):353–62. https://doi.org/10.1016/S0015-0282(16)56891-5.

68. Полякова М.В. Криоконсервация сперматогониальных стволовых клеток: возможности клинического применения для сохранения фертильности у пациентов предпубертатного возраста. Журнал медико-биологических исследований. 2017;5(3):33–42. https://doi.org/10.17238/issn2542-1298.2017.5.3.33.

69. Белова Д.А. Актуальные проблемы криоконсервации и хранения репродуктивного биоматериала человека. Lex Genetica. 2024;3(3):26–43. https://doi.org/10.17803/lexgen-2024-3-3-26-43.

70. Schulz M., Risopatrón J., Uribe P. et al. Human sperm vitrification: a scientific report. Andrology. 2020;8(6):1642–50. https://doi.org/10.1111/andr.12847.

71. Shah D., Rasappan, Shila, Gunasekaran K. A simple method of human sperm vitrification. MethodsX. 2019;6:2198–204. https://doi.org/10.1016/j.mex.2019.09.022.

72. Кравчук Я.Н., Калугина А.С., Быстрова О.В. и др. Эффективность и исходы программ cкриоконсервацией эмбрионов в протоколах вспомогательных репродуктивных технологий. Журнал акушерства и женских болезней. 2014;6(4):39–46. https://doi.org/10.17816/JOWD63439-46.

73. Краснопольская К.В., Сесина Н.И., Бадалян Г.В. и др. Медленное замораживание и витрификация эмбрионов. Сравнение эффективности. Проблемы репродукции. 2015;21(1):48–53. https://doi.org/10.26442/2079-5696_2018.5.59-62.

74. Пурге А.Р. Криоконсервация эмбрионов: к вопросу о понятии. Юридические исследования. 2022;9:1–9. https://doi.org/ 10.25136/2409-7136.2022.9.38707.