Prognostic value of morphokinetic parameters of human donor embryos for assessing chromosomal status: comparative analysis of embryonic development during culture in a TIME-LAPSE incubator

Cover Page


Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND: Despite the widespread use of preimplantation genetic testing for aneuploidies, its high cost and limited applicability stimulate the search for non-invasive methods for assessing the chromosomal status of embryos. Morphokinetic parameters of embryonic development recorded using TIME-LAPSE incubators are considered potential prognostic markers of embryo “competence,” but their diagnostic value requires further study, particularly in the context of Russian domestic culture systems.

AIM: The aim of this study was to conduct a comparative analysis of morphokinetic parameters of human donor embryos during culture in a TIME-LAPSE embryonic development incubator to identify temporal patterns associated with different chromosomal statuses.

METHODS: This prospective observational study included donor embryos obtained by fertilization of donor oocytes with donor sperm between June 2023 and March 2025. Embryos were cultured in an EmbryoVisor incubator (Westtrade LTD, Russia) with recording of key morphokinetic events: time of pronuclei fading (tPNf); two to nine discrete cells (t2–t9); first evidence of compaction (tSc); morula formation (tM); initiation of blastulation (tSB); full blastocyst formation (tB); and expanded blastocyst formation (tEB). The chromosomal status of the embryos was determined by array comparative genomic hybridization (aCGH) after trophectoderm biopsy. Statistical analysis was performed using the Mann–Whitney, Kruskal–Wallis, and ANOVA tests.

RESULTS: The development of 28 donor embryos was analyzed. Embryos from zygotes with abnormal ploidy (3PN/0PN) demonstrated earlier first divisions (t2–t6, p < 0.05) than from those with normal ploidy (2PN). Euploid embryos reached the morula (tM) and blastocyst (tB) stages faster than aneuploid and mosaic embryos (p = 0.03 and p = 0.037, respectively). Embryos with the 46, XY karyotype had a shorter cc2b interval (p = 0.022) compared to those with the 46, XX karyotype.

CONCLUSION: Morphokinetic parameters, particularly the time of early divisions and first evidence of compaction, are associated with the chromosomal status of embryos. The data obtained may be used to develop non-invasive algorithms for embryo selection.

About the authors

Mariia A. Ishchuk

The Research Institute of Obstetrics, Gynecology and Reproductology named after D.O. Ott

Author for correspondence.
Email: mashamazilina@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4443-4287
SPIN-code: 1237-6373

MD

Russian Federation, Saint Petersburg

Elena A. Lesik

The Research Institute of Obstetrics, Gynecology and Reproductology named after D.O. Ott

Email: lesike@yandex.ru

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Saint Petersburg

Olga V. Malysheva

The Research Institute of Obstetrics, Gynecology and Reproductology named after D.O. Ott

Email: omal99@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8626-5071
SPIN-code: 1740-2691

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Saint Petersburg

Yanina M. Sagurova

The Research Institute of Obstetrics, Gynecology and Reproductology named after D.O. Ott

Email: yanina.sagurova96@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4947-8171
SPIN-code: 8908-7033
Russian Federation, Saint Petersburg

Valeria Yu. Zhiliaeva

The Research Institute of Obstetrics, Gynecology and Reproductology named after D.O. Ott

Email: lera.zhilyaeva.03@mail.ru
ORCID iD: 0009-0008-2701-0598
SPIN-code: 8861-8743
Russian Federation, Saint Petersburg

Ksenia V. Ob’edkova

The Research Institute of Obstetrics, Gynecology and Reproductology named after D.O. Ott

Email: obedkova_ks@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2056-7907
SPIN-code: 2709-2890

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Saint Petersburg

Evgeniia M. Komarova

The Research Institute of Obstetrics, Gynecology and Reproductology named after D.O. Ott

Email: evgmkomarova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9988-9879
SPIN-code: 1056-7821

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Kuliev A, Zlatopolsky Z, Kirillova I et al. Meiosis errors in over 20,000 oocytes studied in the practice of preimplantation aneuploidy testing. Reprod Biomed Online. 2011;22(1):2–8. doi: 10.1016/j.rbmo.2010.10.006
  2. Fragouli E, Alfarawati S, Spath K et al. The origin and impact of embryonic aneuploidy. Hum Genet. 2013;132(9):1001–1013. doi: 10.1007/s00439-013-1309-0 EDN: PQIGPY
  3. Arkhipova TS, Tatishcheva YA, Kalugina AS et al. Time-lapse microscopy in preimplantation assessment of human embryos. Doctor Ru. 2025;24(5):7–11. doi: 10.31550/1727-2378-2025-24-5-7-11 EDN: TDOCDG
  4. Barnes J, Brendel M, Gao VR, et al. A non-invasive artificial intelligence approach for the prediction of human blastocyst ploidy: a retrospective model development and validation study. Lancet Digit Health. 2023;5(1):e28–e40. doi: 10.1016/S2589-7500(22)00213-8 EDN: JXCTHE
  5. Pennetta F, Lagalla C, Sciajno R et al. The Association of Kinetic Variables with Blastocyst Development and Ploidy Status. J Reprod Infertil. 2021;22(3):159–164. doi: 10.18502/jri.v22i3.6716 EDN: WBLXTK
  6. Zou Y, Sui Y, Fu J, et al. The morphokinetic signature of human blastocysts with mosaicism and the clinical outcomes following transfer of embryos with low-level mosaicism. J Ovarian Res. 2024;17(1):10. doi: 10.1186/s13048-023-01324-w EDN: XUJUEJ
  7. Bamford T, Barrie A, Montgomery S, et al. Morphological and morphokinetic associations with aneuploidy: a systematic review and meta-analysis. Hum Reprod Update. 2022;28(5):656–686. doi: 10.1093/humupd/dmac022 EDN: AGLSOC
  8. Xin X, Wu S, Xu H, et al. Non-invasive prediction of human embryonic ploidy using artificial intelligence: a systematic review and meta-analysis. EClinicalMedicine. 2024;77:102897. doi: 10.1016/j.eclinm.2024.102897 EDN: SBYOEW
  9. Gardner D, Schoolcraft W. In vitro culture of human blastocysts. Towards Reprod Certainty. 1999:378–388.
  10. ESHRE Special Interest Group of Embryology and Alpha Scientists in Reproductive Medicine. Electronic address: coticchio.biogenesi@grupposandonato.it. The Vienna consensus: report of an expert meeting on the development of ART laboratory performance indicators. Reprod Biomed Online. 2017;35(5):494–510. doi: 10.1016/j.rbmo.2017.06.015
  11. Joergensen MW, Agerholm I, Hindkjaer J, et al. Altered cleavage patterns in human tripronuclear embryos and their association to fertilization method: a time-lapse study. J Assist Reprod Genet. 2014;31(4):435–442. doi: 10.1007/s10815-014-0178-3 EDN: AGLZEE
  12. Grossmann M, Calafell JM, Brandy N, et al. Origin of tripronucleate zygotes after intracytoplasmic sperm injection. Hum Reprod. 1997;12(12):2762–2765. doi: 10.1093/humrep/12.12.2762 EDN: IPGBTF
  13. Staessen C, Van Steirteghem AC. The chromosomal constitution of embryos developing from abnormally fertilized oocytes after intracytoplasmic sperm injection and conventional in-vitro fertilization. Hum Reprod. 1997;12(2):321–327. doi: 10.1093/humrep/12.2.321 EDN: IPIEWH
  14. Yu SL, Lee RK, Su JT et al. Distinction between paternal and maternal contributions to the tripronucleus in human zygotes obtained after in vitro fertilization. Taiwan J Obstet Gynecol. 2006;45(4):313–316. doi: 10.1016/S1028-4559(09)60249-7
  15. Macas E, Imthurn B, Rosselli M, et al. The chromosomal complements of multipronuclear human zygotes resulting from intracytoplasmic sperm injection. Hum Reprod. 1996;11(11):2496–2501. doi: 10.1093/oxfordjournals.humrep.a019147 EDN: YCQLHV
  16. Rosenbusch B, Schneider M, Sterzik K. The chromosomal constitution of multipronuclear zygotes resulting from in-vitro fertilization. Hum Reprod. 1997;12(10):2257–2262. doi: 10.1093/humrep/12.10.2257 EDN: IPFDFX
  17. Campbell A, Fishel S, Bowman N, et al. Modelling a risk classification of aneuploidy in human embryos using non-invasive morphokinetics. Reprod Biomed Online. 2013;26(5):477–485. doi: 10.1016/j.rbmo.2013.02.006
  18. Chavez SL, Loewke KE, Han J, et al. Dynamic blastomere behaviour reflects human embryo ploidy by the four-cell stage. Nat Commun. 2012;3:1251. doi: 10.1038/ncomms2249
  19. Minasi MG, Colasante A, Riccio T, et al. Correlation between aneuploidy, standard morphology evaluation and morphokinetic development in 1730 biopsied blastocysts: a consecutive case series study. Hum Reprod. 2016;31(10):2245–2254. doi: 10.1093/humrep/dew183
  20. Meseguer M, Herrero J, Tejera A, et al. The use of morphokinetics as a predictor of embryo implantation. Hum Reprod. 2011;26(10):2658–2671. doi: 10.1093/humrep/der256
  21. Wong CC, Loewke KE, Bossert NL, et al. Non-invasive imaging of human embryos before embryonic genome activation predicts development to the blastocyst stage. Nat Biotechnol. 2010;28(10):1115–1121. doi: 10.1038/nbt.1686 EDN: NYNYVT
  22. Zhu J, Tsai HJ, Gordon MR et al. Cellular Stress Associated with Aneuploidy. Dev Cell. 2018;44(4):420–431. doi: 10.1016/j.devcel.2018.02.002
  23. Högnäs G, Tuomi S, Veltel S, et al. Cytokinesis failure due to derailed integrin traffic induces aneuploidy and oncogenic transformation in vitro and in vivo. Oncogene. 2012;31(31):3597–3606. doi: 10.1038/onc.2011.527
  24. Bielanska M, Tan SL, Ao A. Chromosomal mosaicism throughout human preimplantation development in vitro: incidence, type, and relevance to embryo outcome. Hum Reprod. 2002;17(2):413–419. doi: 10.1093/humrep/17.2.413 EDN: IPGKPP
  25. Huppertz B, Herrler A. Regulation of proliferation and apoptosis during development of the preimplantation embryo and the placenta. Birth Defects Res C Embryo Today. 2005;75(4):249–261. doi: 10.1002/bdrc.20056 EDN: MCSNYZ
  26. Sills ES, Li X, Frederick JL, et al. Determining parental origin of embryo aneuploidy: analysis of genetic error observed in 305 embryos derived from anonymous donor oocyte IVF cycles. Mol Cytogenet. 2014;7(1):68. doi: 10.1186/s13039-014-0068-5 EDN: SDNUWM
  27. Munné S, Alikani M, Ribustello L, et al. Euploidy rates in donor egg cycles significantly differ between fertility centers. Hum Reprod. 2017;32(4):743–749. doi: 10.1093/humrep/dex031
  28. Gao J, Yan Z, Yan L, et al. The effect of sperm DNA fragmentation on the incidence and origin of whole and segmental chromosomal aneuploidies in human embryos. Reproduction. 2023;166(2):117–124. doi: 10.1530/REP-23-0011 EDN: FFEKQM
  29. Capalbo A, Poli M, Rienzi L, et al. Mosaic human preimplantation embryos and their developmental potential in a prospective, non-selection clinical trial. Am J Hum Genet. 2021;108(12):2238–2247. doi: 10.1016/j.ajhg.2021.11.002 EDN: JCFRWK
  30. Huang B, Ren X, Zhu L, et al. Is differences in embryo morphokinetic development significantly associated with human embryo sex? Biol Reprod. 2019;100(3):618–623. doi: 10.1093/biolre/ioy229
  31. Luna M, Duke M, Copperman A, et al. Blastocyst embryo transfer is associated with a sex-ratio imbalance in favor of male offspring. Fertil Steril. 2007;87(3):519–523. doi: 10.1016/j.fertnstert.2006.06.058
  32. Petropoulos S, Edsgärd D, Reinius B, et al. Single-Cell RNA-Seq Reveals Lineage and X Chromosome Dynamics in Human Preimplantation Embryos. Cell. 2016;165(4):1012–1026. doi: 10.1016/j.cell.2016.03.023
  33. Okamoto I, Patrat C, Thépot D, et al. Eutherian mammals use diverse strategies to initiate X-chromosome inactivation during development. Nature. 2011;472(7343):370–374. doi: 10.1038/nature09872
  34. Moreira de Mello JC, Fernandes GR, Vibranovski MD, et al. Early X chromosome inactivation during human preimplantation development revealed by single-cell RNA-sequencing. Sci Rep. 2017;7(1):10794. doi: 10.1038/s41598-017-11044-z EDN: CEUWGW

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Eсо-Vector

License URL: https://eco-vector.com/for_authors.php#07

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».