Réalisations et défis après un quart de siècle d'Assistance Médicale à la Procréation

ANDRé VAN STEIRTEGHEM*

Introduction

La stérilité doit être considérée comme un problème de santé publique.
C'est même un des problèmes de santé chroniques parmi les plus fréquents, affectant des adultes jeunes. Ce problème peut être présent pendant une longue durée et a également des implications financières non négligeables.
La stérilité s'observe dans toutes les classes sociales et concerne toutes les races. Sa prévalence est importante puisqu'au moins 10 % des femmes âgées de 18 à 44 sont concernées. Au moins un quart des femmes mariées ou cohabitantes seront confrontées au moins une fois durant leur vie à un problème de stérilité. Les partenaires masculins ou féminins des couples stériles représentent donc une part substantielle de la population dans les pays développés.

Une revue de la littérature concernant l'étiologie de la stérilité donne des résultats similaires pour les années 1960 et 1970 (6 814 couples) ou pour les années 1980 et 1990 (9100 couples), indiquant que les causes de stérilité sont restées sensiblement les mêmes : troubles de l'ovulation : 24 à 28 %, anomalies du sperme : 27 à 23 %, stérilité tubaire : 25 à 20 %, stérilité d'origine inconnue : 17 à 22 % et endométriose ou autres causes de stérilité : 7 %.

Les connaissances en science et en médecine de la reproduction se sont accrues considérablement au cours des quarante dernières années grâce à plusieurs nouveaux développements. D'une manière schématique, les années soixante sont caractérisées par l'essor de l'endocrinologie de la reproduction, notamment suite à l'apparition des radio-immunodosages. La microchirurgie se développe dans les années soixante-dix et permet la correction de certaines anomalies masculines ou féminines. Louise Brown naît le 25 juillet 1978 après fécondation in vitro (FIV) et la pratique de cette technique se répand partout dans le monde au cours des années quatre-vingt. Il est bien établi que la FIV est devenue le traitement de choix des stérilités d'origine tubaire ou idiopathique [1]. Une solution similaire pour le traitement de la stérilité d'origine masculine fut l'introduction de l'ICSI (IntraCytoplasmic Sperm Injection) [2]. Depuis la première naissance, à la VUB le 14 janvier 1992, l'ICSI s'est avérée être pour la stérilité d'origine masculine ce que la FIV était déjà pour la stérilité d'origine féminine. Les années quatre-vingt-dix connurent également le développement du diagnostic génétique préimplantatoire (DPI). Il est probable que les travaux sur les cellules souches embryonnaires domineront les premières décades du XXIe siècle.

Réalisations actuelles de l'AMP

FIV et ICSI

Les cycles de traitement FIV ou ICSI peuvent se résumer aux étapes suivantes :

1)   la sélection des couples en vue d'un traitement FIV ou ICSI ;

2)   en accompagnement le plus complet possible pour les couples soumis à de tels traitements ;

3)   le protocole de stimulation ovarienne contrôlée par monitorage échographique et hormonal. Ces protocoles consistent généralement en l'association des agonistes ou des antagonistes de la GnRH avec des gonadotrophines recombinantes ou d'origine urinaire, ainsi que de l'administration de l'HCG pour l'induction de l'ovulation ;

4)   la ponction échoguidée par voie vaginale des follicules ovariens ;

5)   la recherche des complexes cumulo-ovocytaires dans le liquide folliculaire et l'incubation de ces complexes dans un milieu de culture approprié, dans des conditions physico-chimiques adéquates de pH, O2, CO2 et osmolarité ;

6)   la préparation du sperme en vue de l'insémination en FIV conventionnelle ou la microinjection d'un seul spermatozoïde en ICSI ;

7)   l'évaluation de la fécondation et du clivage embryonnaire au cours des jours suivants ;

8)   le transfert d'un nombre limité d'embryons au jour 3 ou au jour 5 ;

9)   la congélation des embryons surnuméraires [3].

Le résultat des cycles de traitement doit être suivi d'une manière appropriée jusqu'au moment de l'accouchement. Il est extrêmement important de se rendre compte de l'état de santé des enfants nés après AMP.

La FIV conventionnelle est appliquée à différentes causes de stérilité d'origine féminine : la stérilité tubaire (46 %), des problèmes de dysovulation ou cervicaux (13 %), l'endométriose (9 %) et la stérilité idiopathique (32 %).
Il est devenu rapidement évident que la FIV conventionnelle ne se montrait pas très efficace dans le traitement de la stérilité (sévère) d'origine masculine : le taux de fécondation était très réduit lorsque les paramètres séminologiques étaient altérés et environ 50 % de ces cycles ne conduisaient pas à un transfert d'embryon [4]. À la fin des années quatre-vingt, plusieurs méthodes de fécondation assistée furent proposées : le PZD (partial zona dissection), ensuite le SUZI (subzonal insemination) et finalement l'ICSI. Le premier enfant ICSI naquit le 14 janvier 1992. Il devint rapidement évident que les résultats de l'ICSI se montraient supérieurs à ceux du PZD ou du SUZI dans le traitement des stérilités d'origine masculine. L'ICSI fut introduite partout dans le monde vers la moitié des années quatre-vingt-dix [5, 6]. L'ICSI est actuellement le traitement de choix de la stérilité d'origine masculine au même titre que la FIV l'est dans le traitement de la stérilité d'origine féminine. L'ICSI peut être appliquée en utilisant des spermatozoïdes éjaculés dans les cas d'oligo-asthéno-tératozoospermie, des spermatozoïdes épididymaires en cas d'azoospermie excrétoire ou du sperme testiculaire en cas d'azoospermie excrétoire ou sécrétoire [7].

Comme indiqué dans les figures 1 et 2, les résultats de l'ICSI sont similaires pour les différents types de spermatozoïdes utilisés en ce qui concerne le taux d'ovocytes intacts après microinjection (entre 92 et 94 %), le taux de fécondation normale (entre 60 et 76 % des ovocytes intacts après microinjection) et le pourcentage d'embryons transférés ou congelés (entre 49 et 54 % des ovocytes injectés). Un transfert embryonnaire peut être effectué dans plus de 90 % des cycles utilisant des spermatozoïdes éjaculés (n = 2160), des spermatozoïdes épididymaires (n = 43) et des spermatozoïdes testiculaires frais (n = 122) ou congelés (n = 106). Les taux d'accouchement par transfert dans ces cycles sont respectivement 24 %, 28 %, 23 % et 25 % [7].

Figure 1

Figure 2

Résultats de la FIV et de l'ICSI

Le critère le plus important pour évaluer les résultats de la FIV et de l'ICSI est le nombre de couples qui auront un enfant sain à l'issue de leur(s) traitement(s). Tout comme dans les conceptions naturelles, le résultat final préféré est une grossesse unique aboutissant à la naissance d'un enfant en bonne santé. Dès le début de l'AMP, il apparut que le taux de grossesse
augmentait en relation avec le nombre d'embryons transférés. Ceci s'accompagnait malheureusement d'une augmentation du taux de grossesses multiples. La plus grande partie des grossesses multiples étaient des grossesses gémellaires, mais on observait également des triplés et même des quadruplés. La survenue des grossesses multiples après AMP, y compris celles obtenues après induction de l'ovulation, doit être considérée comme un effet secondaire majeur. Ce problème sera discuté ultérieurement dans ce chapitre.

Il est par ailleurs surprenant de constater qu'au cours de la première décade de la FIV, il y ait eu peu d'articles rapportant des études systématiques bien conçues, sur les résultats (grossesses, accouchements et état de santé des enfants nés). Lorsque l'ICSI fut introduite à la VUB au début des années quatre-vingt-dix, beaucoup de questions furent posées concernant son innocuité. L'ICSI est une procédure invasive qui peut potentiellement endommager les organelles cellulaires de l'ovocyte, la plupart des étapes impliquées lors d'une fécondation normale sont court-circuitées et le spermatozoïde injecté est sélectionné par l'embryologiste ou le technicien qui effectue l'ICSI. Le spermatozoïde utilisé n'est en principe pas capable de féconder in vivo ou après FIV conventionnelle, et peut être porteur d'anomalies
génétiques ou autres. Des questions ont également été posées concernant l'empreinte génomique après l'utilisation de spermatozoïdes testiculaires. En outre, le devenir des mitochondries présentes dans le spermatozoïde est mis en question puisque la totalité du spermatozoïde est injectée dans l'ovocyte.

Dès le début du programme AMP à la VUB en 1983, nous avons entrepris une étude prospective de toutes les grossesses, jusqu'au moment de l'accouchement ainsi que de l'état de santé des enfants à la naissance et plus tard au cours de la vie. Cette étude se poursuit toujours actuellement et comprend des données accumulées sur plus de 10 000 enfants nés. Cette étude du suivi est un projet commun aux Centres de Génétique Médicale et de Médecine de la Reproduction. Le suivi est effectué avec l'accord des parents. Une information complète au sujet de la grossesse, de l'accouchement et du diagnostic prénatal éventuel est obtenu. L'état de santé des enfants est évalué à la naissance ou endéans les deux mois, à 1 an, 2 ans, 5 et 8 ans. Cette étude prospective continuera le plus longtemps possible.

Les observations les plus importantes accumulées suite à cette étude prospective, peuvent être résumées de la manière suivante. Le conseil génétique est indiqué chez les couples stériles présentant un risque plus élevé : âge de la patiente supérieur à 35 ans, si un des partenaires du couple est porteur d'une anomalie structurelle du caryotype (5,3 % des hommes stériles) et dans les situations où il existe un risque élevé d'une anomalie génétique. Un exemple de ce risque est l'association de mutations du gène CFTR (gène de la mucoviscidose) chez des patients mâles porteurs d'une agénésie congénitale bilatérale des canaux déférents.

Le caryotype prénatal de 1586 fœtus ICSI, obtenus après biopsie de villosités chorioniques ou amniocentèse montre que 97 % de ces caryotypes sont normaux et que 3 % sont anormaux : 1,4% de ces anomalies sont également présentes chez un des parents (le plus souvent le père) et 1,6 % représentent des anomalies de novo : 0,6% d'aneuploïdies des chromosomes sexuels et 1 % des anomalies des autosomes, concernant aussi bien le nombre que la structure de ces chromosomes (8). L'âge moyen des patientes au moment du diagnostic prénatal était 33,5 ans. Il n'existe pas de données systématiques concernant le diagnostic prénatal après FIV conventionnelle. L'augmentation (peu importante en nombre absolu) des anomalies chromosomiques de novo a été corrélée avec la concentration et la mobilité du sperme utilisé pour l'ICSI. Les données obtenues nous permettent de conseiller un diagnostic anténatal si la concentration du sperme est inférieure à 5 millions/ml ou si la mobilité du sperme est altérée.

L'analyse des résultats d'une cohorte de 2 995 enfants FIV et de 2 889 enfants ICSI a montré que le taux de grossesses multiples était similaire après FIV et ICSI [9]. Ce pourcentage élevé de grossesses multiples constitue un facteur de risque très important.

Les données néonatales après FIV ou ICSI montrent des résultats comparables pour ce qui concerne le poids de naissance, le nombre d'enfants de petit poids (< 2 500 g), le taux de mortalité périnatale et le nombre d'hospitalisations néonatales pour traitement médical ou chirurgical. Il est remarquable que pour des enfants uniques obtenus après FIV et ICSI, le taux de prématurité est plus élevé et le poids moyen de naissance plus faible que pour des enfants conçus naturellement. Les malformations congénitales majeures (définies comme menant au décès, entraînant des troubles fonctionnels ou demandant une chirurgie correctrice) sont observées avec une fréquence égale après ICSI (3,4 %) ou FIV (3,8 %). Lorsque les anomalies détectées pendant la grossesse ou les morts in utero sont incluses, le pourcentage d'anomalies est de 4,2 % après ICSI et 4,6 % après FIV. Ces pourcentages sont un peu plus élevés que ceux rapportés dans les Registres Nationaux, mais la méthodologie utilisée pour classifier les anomalies est différente. Ni la qualité du sperme utilisé, ni son origine ne semblent avoir une influence sur l'incidence des anomalies. Les anomalies congénitales sont plus fréquentes dans les grossesses multiples que dans les grossesses uniques. Il ne semble pas y avoir de différences entre FIV et ICSI quant à l'incidence des malformations dans les différents systèmes d'organes. Le développement des enfants obtenus après FIV ou ICSI a également été évalué à l'âge de deux ans en utilisant le test de Bayley, et les scores de développement mental se sont révélés similaires dans les deux groupes. Il y avait une corrélation avec la durée de la grossesse, la parité et le fait d'être un enfant provenant d'une grossesse unique ou gémellaire. Les garçons montraient des performances légèrement inférieures à celles des filles après ICSI ou FIV [10].

Dans l'état actuel des connaissances, le message aux futurs parents concernant l'ICSI devrait être que les grossesses multiples constituent un facteur de risque majeur, qu'il existe une petite augmentation du nombre des anomalies chromosomiques héritées ainsi que de novo, particulièrement en présence d'un sperme très anormal, qu'il y a un risque augmenté de prématurité et de plus faible poids de naissance même dans les grossesses uniques, qu'il y a probablement un peu plus de malformations congénitales majeures (3,5 % au lieu de 2,5 %), qui pourrait être en relation avec l'âge de la femme et avec la problématique d'infertilité. On peut également leur dire que leur développement psychomoteur est normal mais que le développement neurologique est influencé par les anomalies néonatales et qu'une augmentation de l'incidence de maladies rares liées à l'imprinting est possible.

Le diagnostic génétique préimplantatoire

Le DPI devint possible lorsque des embryons furent obtenus in vitro et que les techniques de génétique moléculaire permirent un diagnostic effectué sur une cellule telle qu'un blastomère issu d'un embryon préimplantatoire. Le DPI est une technique diagnostique génétique appliquée à un embryon avant son transfert dans l'utérus, c'est-à-dire avant l'implantation. Le premier DPI fut effectué au Hammersmith Hospital en 1991 [11]. Il peut être considéré comme une forme précoce de diagnostic prénatal, qui est effectué sur un embryon in vitro, alors que le diagnostic prénatal est effectué sur un fœtus in vivo. Le DPI peut être réalisé chez des couples présentant un haut risque de récurrence d'une maladie génétique, par exemple chez des porteurs d'une maladie génétique spécifique, des porteurs d'une maladie liée au sexe ou des porteurs d'une anomalie chromosomique. Ce diagnostic génétique peut également s'effectuer pour des anomalies chromosomiques sporadiques : cette approche a été appelée DPI avec screening d'aneuploïdie (PGD-AS ; European Society of Human Reproduction and Embryology), Preimplantation Genetic Screening - PGS (UK Human Fertilization and Embryology Authority) et PGD (USA). Le PGD-AS est pratiqué en vue de tenter d'accroître le taux de succès de la FIV ou de l'ICSI dans les cas suivants : femmes âgées (plus de 37 ans) ; échecs répétés de FIV ou d'ICSI ; fausses couche à répétition ou facteur masculin sévère, par exemple lorsqu'on fait usage de sperme testiculaire de patients présentant une azoospermie non obstructive. Le rôle thérapeutique exact du PGD-AS demande à être précisé par des études contrôlées [12, 13]. L'opinion des auteurs est qu'il devrait à ce stade être considéré comme un outil de recherche clinique. Le DPI au sens strict demande une collaboration étroite entre le centre de génétique médicale (CGM) et un centre de reproduction humaine (CRH). La plupart des couples seront référés au CGM, où le diagnostic génétique devra être confirmé, ainsi que la possibilité d'effectuer un diagnostic clair, fiable et efficace sur une seule cellule. Un conseil adéquat devrait être également fourni au patient. Si le couple accepte le DPI, il est adressé au CRH, qui lui offre une approche similaire à celle des autres patients AMP. Les cliniciens sont responsables de la mise en route du traitement, de la stimulation ovarienne et du prélèvement des ovocytes ; les embryologistes effectuent le plus souvent une ICSI, pour éviter la contamination par le DNA exogène, une biopsie embryonnaire est effectuée en utilisant du Tyrode acide ou une technique laser sur un embryon au jour 3 (idéalement au stade 8 cellules). Au CGM, le diagnostic génétique sera alors effectué en utilisant la technique d'hybridisation fluorescente in situ (FISH) ou la technologie de polymerase chain reaction (PCR). Un ou deux embryons non affectés seront ensuite transférés au CRH. Il est actuellement possible par DPI d'effectuer le diagnostic de plusieurs dizaines d'affections monogéniques différentes ainsi que d'aberrations chromosomiques. Tout comme on a observé dans d'autres centres pratiquant le DPI, le nombre de cycles de DPI et de PGD-AS a augmenté considérablement dans le laboratoire de l'auteur au cours des dernières années. Le DPI est une option nouvelle offerte au couple présentant un haut risque de récurrence de mettre au monde un enfant présentant une affection donnée. Des couples qui choisissent le DPI comme forme de diagnostic prénatal sont ceux qui doivent avoir recours à l'ICSI ou à la FIV, ou ceux qui refusent l'idée d'une interruption de grossesse après amniocentèse ou CVS. Le DPI n'est possible que lorsque la mutation de l'ADN ou l'aberration chromosomique sont connues, et lorsqu'un diagnostic fiable sur une seule cellule est possible [14)].

Challenges pour le futur

Prévention de toutes les grossesses multiples
en reproduction médicalement assistée

On estime, qu'après 25 ans de FIV et 12 ans d'ICSI, plus de 1,5 million d'enfants sont nés, ce qui peut être considéré comme un résultat positif et un soulagement pour de nombreux couples présentant une stérilité de longue durée. Cependant, environ la moitié de ces enfants ne sont pas issus de grossesses uniques ; en d'autres termes, environ 750 000 enfants proviennent de jumeaux, triplés ou de grossesses de plus haut rang. Les risques de la FIV ou de l'ICSI mentionnés plus haut sont, en terme de prévalence peu importants en comparaison de la morbidité générée par les grossesses multiples. Il n'est pas exceptionnel que la survenue des jumeaux après AMP soit considérée comme une bonne nouvelle par les couples infertiles. Cependant, les jumeaux présentent plus de problèmes que les enfants uniques, les cas de paralysie cérébrale sont plus fréquents ainsi que tout type de problèmes médicaux, et les coûts pour la communauté sont nettement plus élevés.
Au Royaume-Uni, on estime que le coût de la prise en charge des enfants issus de grossesses multiples après FIV ou ICSI excède £50 ¥ 106 par an (environ 75 ¥ 106 euro ou $). Il est permis de poser la question de savoir pourquoi une telle épidémie de grossesse multiple a pu se développer, alors que les cliniciens et les autres agents de santé devaient être concernés au premier degré par le bien-être des patients infertiles et de leurs enfants. De trop nombreux embryons sont replacés in utero, le but premier étant d'obtenir une grossesse et non d'obtenir une grossesse unique. Obtenir des taux élevés de grossesse reste dans de nombreux pays une priorité et s'inscrit dans le cadre d'une compétition professionnelle intense. Obtenir une grossesse à tout prix peut être également influencé par le coût élevé de l'AMP dans des nombreux pays, en particulier aux USA. En théorie, la solution pour éviter la grossesse multiple, y compris les jumeaux est simple : il suffit de replacer un seul embryon. Ceci est illustré par ce que dit notre confrère Nygren de Suède : « Vous pouvez avoir autant d'embryons replacés que vous le souhaitez, mais seulement un à la fois ». Il est évident que dans un futur proche, la pratique du transfert d'embryon unique sera inévitable. Cette politique est déjà en application dans un certain nombre de pays scandinaves, ainsi qu'en Belgique. Les étapes suivantes sont nécessaires pour encourager la pratique du transfert d'embryon unique :

1)   expliquer la nécessité du transfert unique aux praticiens, aux patients et aux autorités sanitaires ;

2)   fournir une information complète aux couples infertiles sur les risques liés aux grossesses multiples, y compris les jumeaux ;

3)   développer de meilleures méthodes pour choisir l'embryon à transférer, porteur des meilleures chances d'implantation ;

4)   tenter d'améliorer les protocoles de congélation et de décongélation des embryons surnuméraires. On peut se demander si le PGD-AS pourrait jouer un rôle additionnel dans l'évaluation de la morphologie de l'embryon à transférer. Des études contrôlées randomisées seront nécessaires pour répondre à une telle question. Cet aspect sera abordé de manière plus approfondie dans d'autres chapitres.

Les cellules souches humaines embryonnaires

Un intérêt croissant se manifeste actuellement à l'égard des cellules souches, qu'elles soient d'origine somatique ou embryonnaire (Embryonic Stem Cells - ESC), entre autres en vue de transplantation cellulaire à visée thérapeutique. En utilisant la large expérience accumulée en production de cellules souches de souris, il fut possible pour la première fois d'établir une lignée de cellules souches humaines en 1998. Ces cellules souches sont dérivées du bouton embryonnaire de blastocystes surnuméraires générés par FIV ou ICSI et dont les patients ont fait don à la recherche. L'isolation et la dérivation de ESC peuvent être résumées comme suit. La première étape consiste en isolation de l'amas cellulaire interne par immunochirurgie. La zone pellucide est éliminée en utilisant la pronase. Les cellules trophoblastiques sont lysées, après incubation avec l'anti-2,4-dinotrophénol et du complément.
Ce qui reste de l'amas cellulaire sera mis en culture sur une couche de fibroblastes embryonnaires de souris. Après 9-15 jours, une masse centrale est obtenue qui sera dissociée et remise en culture. Des colonies sont obtenues, à partir desquelles des colonies cellulaires indifférenciées peuvent être isolées en vue d'un usage ultérieur. à intervalles réguliers, la stabilité du caryotype et l'activité télomérase sont contrôlées. Après environ 10 passages, les marqueurs de cellules souches seront déterminés : la phosphatase alcaline, différents marqueurs de la surface cellulaire et l'expression de Oct-4. Le potentiel de différentiation des cellules souches ou des ESC est déterminé après formation des « embryoid bodies » dans lesquels les trois couches germinatives sont présentes. La présence d'a-foetoprotéine est un marqueur de l'endoderme, et l'HCG est un marqueur de la différentiation trophoblastique. La capacité de ces cellules à générer des tumeurs est évaluée après injection dans des souris SCID.

Les lignées cellulaires sont cryopréservées après caractérisation. Avant utilisation thérapeutique de ces lignes cellulaires, un certain nombre de critères de qualité doivent être remplis, tels qu'un contrôle adéquat du matériel de départ. Les essais cliniques de phase 1 doivent être précédés par une série de tests précliniques [16]. À ce jour, au sein du laboratoire de l'auteur, 4 lignées de cellules souches ont été établies, deux provenant de blastocystes normaux, une provenant d'un blastocyste atteint par la dystrophie myotonique et une provenant d'un blastocyste atteint de mucoviscidose.

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* Centre de Médecine de la Reproduction - Centre de Recherche en Reproduction et Génétique - Université Libre Néerlandophone de Bruxelles (Vrije Universiteit Brussel - VUB)

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