目次
皆さんこんにちは。生殖医療クリニック錦糸町駅前院の胚培養士川口 優太郎です。
「今回の受精卵は元気ですか？」「順調に成長していますか？」
高度生殖医療を経験されている方なら誰もが一度は胚培養士に尋ねたことがある質問ではないでしょうか？
痛みに耐えた自己注射や採卵が無事に終わっても、採れた卵子が精子と受精し、受精卵が育たなければ胚移植というステップには進むことができません。胚盤胞に育ったか、凍結が出来たかどうか、結果が分かるまでの培養期間に当たる一週間は多くの患者様が不安や期待が入り混じる複雑な感情を抱く期間かもしれません。
今回のコラムでは、精子・卵子・受精卵を取り扱う専門の技術者である胚培養士として15年以上従事してきた経験から、受精卵の成長、細胞分裂について、できるだけわかりやすくそして皆様の不安に寄り添いながらお伝えしたいと思います。
受精卵の細胞分裂とは？基本的なメカニズムを胚培養士が解説
受精から最初の分割までの重要な24時間
卵子と精子の受精は受精卵が成長していく過程のスタートとなります。高度生殖医療においては大きく以下の２つの媒精（※卵子と精子を受精させること）方法が存在します。
| 体外受精(cIVF) | 採卵された卵子に精製した精子を振りかけるように受精させる |
| 顕微授精(ICSI) | 極細のガラス針を使って精子を直接卵子の細胞内に注入する |
いずれかの方法によって媒精し正常に卵子と精子の受精が成立すると、翌日に受精卵の細胞内に前核（PN；Pronucleus）が確認できるようになります。前核とは簡単に言えば遺伝情報を含む核のことで、正常に受精した場合では雌性前核（卵子由来の遺伝情報を持つ核）、と雄性前核（精子由来の遺伝情報を持つ核）という2つの前核が観察されます。
反応の早いものでは媒精してから6～8時間程度で細胞内に前核が確認できるようになり、20時間程度が経過すると細胞内から前核が消失し見えないようになります。
我々胚培養士は採卵の翌日、媒精からおおよそ16～20時間前後に受精卵の観察を行い、この2つの前核の確認をすることで正常に受精しているか否かの判断をしています。
受精卵はインキュベーターと呼ばれる機械の中で培養・管理されます。インキュベーターは、温度や気層環境などが母体の卵管や子宮内の環境に近い条件下で調節されています。そのためわずかな環境の変化、例えば我々が暮らしているインキュベーターの外の環境は受精卵にとってはストレスとなるため、なるべくインキュベーターから取り出すことなく観察時間や回数も最小限に抑えています。
正常な細胞分裂のタイミング
細胞内から前核が消失し見えなくなると細胞の分裂（分割）が開始します。約24～26時間が経過すると1つの細胞が2個に分割して2細胞期となり、その後4細胞期、8細胞期へと分割していきます。
この規則正しい分割リズムは受精卵の質を評価する重要な指標の一つなのですが、厳密には2細胞→4細胞→8細胞といった具合に完全に規則正しく分裂していくわけではなく、それぞれの細胞が分割するタイミングは少しズレることもよくあります。
ある程度の範囲内のズレであれば正常と判断されますが、分割のタイミングに大きなズレが生じたりフラグメント化が見られたりする場合にはその後の発育に影響が出ることも多くあります。
また分割のタイミングは早ければ良いというわけではなく早すぎる分割も、遅すぎる分割も受精卵に何かしらの異常（染色体異常など）が認められるリスクが高まります。
体外受精における受精卵の成長過程を日ごとに解説
Day1（受精確認）：前核期の観察ポイント
採卵日の翌日（Day1）、媒精を行ってから約16～20時間後に受精しているかどうかの確認である「受精確認」を行います。
卵子と精子が正常に受精していれば2日目以降に長く培養を継続していくことになりますが、受精が認められない場合や異常な受精の反応が認められた場合にはその時点で培養を中止するため胚の培養においてはいわば“第一関門”となる観察ポイントでもあります。
先述した通り卵子と精子の受精は雌性前核・雄性前核の2つの前核（2PN）を確認することで正常な受精か否かを判断しています。
よく観察される反応として3つ以上の前核が認められる場合（3PN以上）や、前核が1つしか確認できない場合（1PN）があります。3つ以上の前核が認められた場合、考え得る原因としては体外受精(cIVF)を行った際に1個の卵子に対して2個以上の精子が侵入する多精子受精が考えられます。
体外受精を行う場合1mlあたりに運動精子が10～20万個になるように調整をして卵子に精子を振りかけます。通常であれば精子が卵子に1個侵入するとそれ以上精子が侵入しないように卵子がバリアを張る反応が見られるのですが、その反応が上手くかからないと2個以上の精子が侵入してしまうことがあります。この現象を多精子受精といいます。
多精子受精の場合でもそのまま培養を継続すると胚盤胞まで成長することがあるのですが、染色体を正常なものよりも1セット多く持っている三倍体の胚であるため赤ちゃんに育つ確率は0％です。むしろ胞状奇胎などの極めてリスクの高い異常妊娠につながる恐れがあると考えられているため、この段階で正しく見極めることが重要なポイントになります。
当院では、3PN以上の場合も1PNの場合のいずれも異常な受精の反応であるためこの時点で培養を中止していますが、少ない例ではあるものの1PN由来胚から生児が誕生している報告もあるためクリニックによっては培養を継続して様子を見るという施設もあります。
Day2-3：初期胚（分割期胚）の観察ポイント
初期胚（分割期胚）の観察では➀分割のスピード、➁割球のサイズ（均等性）、➂フラグメントの量に焦点を当てて観察していきます。
まず➀分割のスピードですが、受精を確認した翌日、培養の2日目（Day2）にはおおよそ2～4細胞期胚、3日目（Day3）に8細胞期胚に分割します。これよりも割球の数が少ない、つまり分割した回数が少ないと成長のスピードとしては遅いと判断されます。ただしこれより早すぎても、遅すぎても発育に異常がある可能性があります。
次に、割球のサイズについては分割した際の細胞の割球サイズが大小不同（大きい細胞と小さい細胞が混在している状態）だと分割期胚の評価が低くなります。
分割期胚はVeeck分類と呼ばれる国際的な評価方法によってグレードを付けていきますが、評価を行う上で重要となるのが割球のサイズの均等性とフラグメントの量です。2細胞期、4細胞期、8細胞期時点での細胞の均等性は特に注視します。
しかし先述の通り2→4細胞、あるいは4→8細胞に分割する時にそれぞれの細胞が全く同時に分割するわけではなくタイミングが少しズレることはよくあります。例えば2→4細胞の場合では、先に分割して2個になった細胞とまだ分割していない残りの1個の細胞で3細胞期が観察されることがあり、この場合では大きい細胞と小さい細胞が混在するため必ずしも均等が良い評価になるわけでは無くVeeck分類の付け方は少し変わってきます。
最後に➂フラグメントの量ですが、受精卵の分割が進んでいく過程で割球からフラグメントと呼ばれる細胞断片が出てくることがあります。フラグメントは治療時の年齢や媒精方法にほとんど関係無く観察されます。フラグメントの発生はとにかく少なければ少ないほど良くVeeck分類の評価も高くなります。少量であれば受精卵の発育に与える影響は少ないのですが量が多くなるほどその後の発育に顕著に影響を与えます。
Day4：Compaction期から桑実期胚へ
培養の4日目になると受精卵は8～16細胞期以上に分割し、ある程度分割が進むと今度は細胞どうしが一つの塊へと融合し始めます。この段階をCompaction（コンパクション）期といいます。そして、細胞が完全に融合し個々の細胞の境界が見えにくくなってくると桑の実のような見た目になっていきます。その見た目からこのステージのことを桑実期（そうじつき）胚と呼びます。
綺麗にコンパクションが進んでいくか、桑実期胚となるかも胚盤胞に成長していく上では重要なのですが、インキュベーターから取り出す観察の回数が増えてしまうと受精卵にとってはストレスとなる環境に暴露させることになります。そのため観察回数を減らすことを考慮してDay３やDay4は観察を行わないという施設も多くあります。
Day5-6：胚盤胞への発育
培養の5～6日目になると受精卵は胚盤胞と呼ばれるステージへと成長をしていきます。桑実胚の内部に空洞が形成され（胞胚腔）、将来の胎児になる部分である内部細胞塊と胎盤になる部分である栄養膜細胞へと分化していきます。
胚盤胞は国際的な評価方法であるGardner分類によってグレードが付けられていきます。胚の大きさや発育段階を示す1～6の数字とA～Cまでの内部細胞塊の評価、Ａ～Ｃまでの栄養膜細胞の評価の組み合わせで表現されます。
例えば「4AB」という胚であれば、拡張した胚盤胞で内部細胞塊は細胞の数が多く密に塊を形成している。栄養膜細胞はやや細胞が薄い箇所が認められる。といった具合です。
最大で培養6日目の夕方まで培養を継続して様子を見ていきますが、培養5日目に胚盤胞に成長した受精卵と比較して培養6日目にやっと胚盤胞になったものではやや妊娠率は低下します。
しかしながら全く可能性が無いというわけではなく培養6日目の胚であっても元気な赤ちゃんはたくさん誕生しています。
受精卵の細胞分裂と良好な胚発生を左右する要因
卵子側の年齢による影響と染色体異常の関係
患者様から最もよく聞かれる質問の一つに「年齢って受精卵の発育にどのくらい影響するんですか？」というものがあります。
残念ながら女性の治療時の年齢は受精卵の発育に非常に大きく影響します。
女性は年齢が35歳を過ぎると卵子の染色体異常の割合が上昇し始めます。そして40歳を過ぎると約70％以上に、42歳を過ぎると約80％以上の染色体異常があるとされています。
染色体異常のある受精卵では、
精子と受精しない
受精しても分割が進んでいかない
胚盤胞まで発育しても評価が低い
子宮内に移植をしても着床しない
着床しても流産・死産となる
といった予後となります。
最近では、受精卵の染色体異常による流産を避けることを目的として着床前遺伝学的検査（PGT-A）も行われるようになってきました。PGT-Aの導入により染色体異常（染色体異数性）を持つ胚を選別し、正倍数性の胚のみを移植するということが可能になりました。
精子側の状態とDFI・ORP検査との関連性
受精卵の発育は当然ながら卵子だけでは無く精子側の状態も非常に大きく影響します。上記の通り、卵子については年齢が非常に大きな影響を及ぼしますが精子においても年齢的な要因や生活習慣などによっていわゆる精子の“質”が下がることが報告されています。
近年では精子DNA断片化率を評価するDFI検査や精液の酸化ストレス値を評価するORP検査など、数や運動性などではなく精子の“質”を評価する検査が導入されるようになってきました。
このような検査によって精子の“質”が低いと判定された症例ではやはり胚の発生率は顕著に悪いということが多いです。
特に培養3日目以降の発育が悪いことが多く、綺麗なCompaction期にならなかったり全体がフラグメント化してしまったりすることもよく観察されます。これは精子側のDNA損傷の影響が胚発育の後半に現れるためです。
細胞分裂の異常パターンとは
分割速度の異常（早すぎる・遅すぎる・停滞する）
理想的な分割速度から外れる受精卵でも結果的に胚盤胞に成長することは多くありますが、その予後については慎重に判断していく必要があります。
例えば培養2日目の時点で既に8細胞以上に分割している胚は培養を継続すると綺麗な胚盤胞に成長することも多いのですが、近年の学術研究により分割スピードが早すぎる胚は染色体異常のリスクが高い可能性が示されています。
また、分割が遅い胚についても慎重な判断が必要であり、培養5日目に凍結基準を満たした胚と比較すると6日目に基準を満たした胚では着床率は低くなります。
分割のタイミングも重要で、4細胞期からなかなか8細胞期へと分割が進まず発育が停滞していたにも関わらず後半にかけて急激に発育が進む胚もあります。このような胚も正常に分割が進んだ胚と比較して移植後の着床率が低くなる傾向が示されています。
フラグメント（細胞の断片化）
フラグメントは細胞分裂の過程で生じる小さな細胞質の断片で、年齢や媒精方法に関わらず多くの受精卵で観察される現象です。
軽度（10％未満）であれば胚発育への影響は限定的なのですが量が増えるほど胚発育に影響を与え、胚盤胞発生率や着床率が低下することが知られています。
フラグメントが発生する要因は完全には解明されていませんが、卵子の“質”、精子の“質”、培養の環境、細胞の酸化ストレスなどが関与していると考えられています。
培養2日目の朝に観察を行いますがこのような分割の初期段階でかなりの量のフラグメントが認められている場合は卵子そのものに異常がある可能性が高く、次週期以降の卵巣刺激法や媒精方法、前培養から媒精までの時間などを工夫することもしばしば検討されます。
多核胚や不均等分割について
2細胞期や4細胞期の観察で1つの細胞割球内に複数の核が認められることがあります。これを多核胚と呼びます。培養2日目の分割確認時の多核胚は割と多い頻度で観察され、その後は正常に発育する胚も多くありますが核の数が著しく多い場合には胚盤胞へ発生や移植後の予後に影響が出ることも多くあります。
また、細胞割球が不均等の胚も頻繁に観察される現象です。例えば4細胞期で大きい細胞と小さい細胞が混在するような胚です。あまりにもサイズの差が顕著な場合は胚の発育が停止することがほとんどですが完全に胚盤胞に成長しないというわけではありません。
当院では胚移植を行う際に患者様に胚の成長過程を説明し、そのリスクと可能性の両面についてご理解をいただいた上で移植をするようにしています。
タイムラプスで見る最新の受精卵観察技術
従来の観察方法との違い
従来、胚の観察を行う際には受精卵をインキュベーターから取り出し顕微鏡下で観察を行っていました。先述の通りインキュベーターの外の環境は胚の発育にとっては負荷となるため、なるべく胚を取り出さずに観察を行う必要がありました。そのため観察にかける時間や回数は限定的なものでした。
しかしながら近年、タイムラプスインキュベーターの登場により観察手法は大きく変わりました。タイムラプスインキュベーターはインキュベーターの中にカメラが内蔵されており10～20分ごとに自動的に受精卵の観察・撮影を行います。これによりパラパラ漫画のように動画で胚の成長過程を振り返ることが可能となりました。
タイムラプスインキュベーターの最大のメリットはなによりも受精卵を外に取り出すことなく継続的に培養と観察を行えることであり、温度や気相環境の変化によるストレスを完全に排除して安定した環境下で培養を継続できることにあります。
また、従来の観察では見逃してしまうような一時的な現象も動画で振り返ることが可能となったため捉えることができます。
AIを活用した胚評価システム
最新のタイムラプスシステムでは、AI（人工知能）を活用した自動評価機能が搭載されています。数十万～数百万個の受精卵の発育データと妊娠転帰を機械学習させたAIシステムで胚のグレードとは別に妊娠の可能性が高い胚を予測することができます。
ただし、現状としてAI評価はあくまで補助的なツールであり、最終的な判断は経験豊富な医師や胚培養士が患者様の背景（年齢、既往歴、過去の治療歴など）を考慮して行います。機械によるAIシステムと人間による経験を組み合わせることでより高い精度で胚を選択することが可能になっています。
よくある質問：受精卵の細胞分裂について
Q1．分割が遅い受精卵でも妊娠できますか？
A1．分割のスピードが遅い胚は統計的に見ると妊娠率が低下する傾向があります。分かりやすいところで言えば、培養5日目に凍結が出来た胚と6日目に凍結が出来た胚では5日目胚盤胞の方が着床率は高いです。
しかしながら成長スピードの遅い胚が必ずしも妊娠できない胚というわけではありません。分割速度が遅い胚であっても健康な赤ちゃんが誕生した症例は数多くありますし、私自身も数多く経験しています。
Q2．胚盤胞グレードが良くないと妊娠できませんか？
A2．胚盤胞の形態的なグレードと胚移植対着床率には相関がありますが、形態的なグレードだけでは判断することはできません。例えば移植胚の評価が4AAであっても母体の年齢が高齢の場合は着床率や出産率は低くなってしまいますし、年齢の若い患者様であればBCやCBなど評価にCが入る場合でも妊娠例は多くあります。また、4AAであってもPGT-Aによって異数性胚という結果が返ってくることもあります。重要なのは見た目の評価では無く中身のポテンシャルです。
Q3．複数の凍結胚がありどの胚を戻したらいいのかわかりません
A3．基本的には発育ステージ（胚盤胞か？初期胚か？）とグレード（良好なもの）を優先して選択していきます。胚盤胞ではAAが最も優先度が高くCCが最も低いです。初期胚（分割期胚）ではVeeckグレード1が最も優先度が高くVeeckグレード5が最も低いです。
それ以外にタイムラプスインキュベーターによるAIシステムを用いた評価を参考にしたり、PGT-Aを実施した場合では正倍数性の胚を選択的に移植していきます。
分からない場合には必ず医師、胚培養士などに相談するようにしてください。
まとめ
受精卵が細胞分裂を進め胚盤胞へと成長していく過程はまさにヒトの“生命”の始まりでもあります。胚培養士として毎日のように受精卵を観察していますが、人の顔や性格が異なるように受精卵にもその成長過程や評価にひとつひとつ個性があるな‥‥と感じることがあります。
採卵を終えてからの一週間は不安やストレスを感じることも多いかもしれませんが、私たち胚培養士が毎日皆さんの胚と向き合い大切にお世話をしています。是非安心してお任せいただけたらと思います。
胚の成長についてわからないことがあれば、いつでも当院ににご相談ください。
当院は朝8時から夜21時まで、土日祝も診療しています。お仕事前やお仕事帰りに、まずは相談だけでもいらしてください。（錦糸町駅徒歩4分）
