哺乳动物卵母细胞和胚胎冷冻保存研究进展:现存问题与未来展望

在过去的几十年中,哺乳动物卵母细胞和胚胎冷冻保存技术因在辅助生殖技术及实际生产中应用广泛,其研究发展尤为迅速.多个物种(包括人)的卵母细胞和胚胎冷冻保存研究获得了受孕和活产的成功佐证,为冷冻保存技术的临床应用提供了理论依据,并成为体外受精不可缺少的环节.尽管哺乳动物卵母细胞和胚胎的冷冻保存技术的研发和应用取得了巨大进展,例如为可能不育的患者贮藏生殖潜能、卵子冻存库的建立以及卵母细胞和胚胎的跨国运输,但成功率仍达不到使用新鲜卵母细胞和胚胎的水平,还存在许多难题有待解决.本文针对低温保存技术中制约冷冻效率和成功率的主要问题进行了综述,旨在解决技术研发中遇到的瓶颈,为改进技术提供借鉴和参考,鼓励低温生物学研究者继续开展深入研究,加快推进冷冻保存技术在人类和动物辅助生殖技术中的实际应用.     

影响哺乳动物卵母细胞玻璃化冷冻保存效果的因素

从屠宰场收集具有高遗传价值的卵母细胞进行冷冻保存,生产可移植胚胎,这为补充宝贵的种质资源以及物种遗传改良提供机会。虽然玻璃化冷冻技术已经成功保存了几种动物的卵母细胞,但由于卵母细胞对低温极其敏感,导致其进展十分缓慢。本文主要综述了卵母细胞脂质含量、卵丘细胞层、冷冻卵母细胞阶段、冷冻保护剂等因素对哺乳动物卵母细胞玻璃化冷冻保存效果的影响,为改善卵母细胞冷冻效果指引方向。     

牛卵母细胞玻璃化冷冻保存影响因素的研究

采用毛细玻璃管法对牛卵母细胞进行玻璃化冷冻保存,解冻后再进行体外受精（IVF）和早期胚胎的体外培养（IVC）。在此技术的基础上,分别对冷冻前平衡时间、解冻处理、卵丘细胞层数以及卵母细胞所处的减数分裂阶段等影响卵母细胞冷冻保存的因素进行研究,以期筛选出适合牛卵母细胞冷冻保存的方法。结果发现,处于MⅡ期卵母细胞在10％二甲基亚砜（DMSO）＋10％乙二醇（EG）液（VSl）中平衡1～3min,然后进行玻璃化冷冻保存。解冻时将卵母细胞先移入VS1液中处理15s,然后移入蔗糖稀释液中。另外发现,冷冻保存时部分卵丘细胞对卵母细胞有保护作用。而减数分裂阶段不影响解冻后卵母细胞形态正常率,但对胚胎发育率有严重影响。     

小鼠母源因子对早期胚胎发育的影响

在脊椎动物中发育过程中,卵母细胞要经历MII期停滞、受精、早期胚胎发育的启动、胚胎基因组的转录激活、并指导完成个体的发育过程。同时,核移植过程中,分化的细胞核在去核的卵母细胞中能够重编程到胚胎早期的状态并能完成个体的发育过程。在这些发育过程中母源因子都发挥了极其的重要作用。在小鼠胚胎发育研究中发现,小鼠的基因组激活发生在2细胞期,这一时期标志着合子的发育由卵母细胞控制向胚胎控制的过渡,期间发生一系列复杂的生化过程。体外培养的小鼠的胚胎的发育阻断也易发生的2细胞时期。因此对卵母细胞及早期胚胎母源因子的研究,将有利于了解早期体外培养胚胎和克隆胚胎发育失败的原因,为提高体外培养和克隆胚胎发育的成功率提供理论的基础。     

哺乳动物雌性生殖细胞及早期胚胎基因敲除或敲减的方法

哺乳动物雌性生殖细胞为胚胎的形成和发育提供了大量母源性遗传物质。受精一旦实现,所形成的早期胚胎通过细胞分裂与分化逐渐形成具有复杂结构的全新个体。针对雌性生殖细胞(主要是卵母细胞)的相关研究既能解析其独有的生理学特性,又能为其他类型细胞的相关研究提供借鉴作用。然而,哺乳动物卵母细胞数量稀少,且不能在体外进行扩增培养,导致针对卵母细胞的相关研究难度极大。哺乳动物早期胚胎的研究也同样面临材料短缺的问题。在以卵母细胞和早期胚胎为材料的研究中,针对特定基因功能的失活或干扰是最常用的方法之一。本文将结合他人和本研究组在哺乳动物雌性生殖细胞及早期胚胎中进行的基因功能敲除或敲减实验,对条件性基因敲除、RNA干扰、Morpholino、Trim-Away和抗体介导的蛋白功能干扰这几类技术的主要方法原理、案例、优缺点和使用注意事项进行总结分析,并提出未来相关技术可能的改进方向,以期为从事卵母细胞及早期胚胎发育研究的科技工作者提供参考。     

家猫的胚胎工程

家猫是惟一一种没有被列为珍稀或濒危的猫科动物。通过家猫的胚胎工程研究,对保护其它濒危猫科物种有重要的借鉴意义。本文描述了家猫的一般生殖特点,着床前的胚胎在体内的发育概况;综述了近年来对家猫的超数排卵,卵母细胞的体外成熟,体外受精,胚胎的体外培养,胚胎移植,冷冻保存和胚胎克隆等方面的研究进展。     

我国体细胞克隆牛的研究进展

近年来,由于体细胞克隆技术在畜牧业生产、疾病治疗、生物学基础理论研究及濒危动物保护等诸多领域所蕴藏的巨大应用价值,克隆效率成为科学界研究的热点问题。本文对克隆技术的相关影响因素进行了综述,研究表明,不同细胞系影响到体细胞克隆牛效率,胎儿细胞和颗粒细胞重构胚的囊胚发育率、犊牛成活率比成年成纤维细胞高。关于卵母细胞和克隆胚胎冷冻保存的研究表明,玻璃化冷冻法可以用于克隆胚胎以及卵母细胞的冷冻保存。在此基础上,讨论了国际上哺乳动物体细胞克隆研究新进展和体细胞克隆的效率,指出体细胞克隆中亟待解决的问题。     

几种因素对牙鲆胚胎玻璃化冷冻保存的影响

鱼类胚胎冷冻保存技术还远没有成熟, 为了寻找最佳的鱼类胚胎玻璃化冷冻保存条件, 我们以牙鲆(Paralichthys olivaceus) 胚胎为例, 研究了影响鱼类胚胎玻璃化冷冻保存的几个主要因子: 玻璃化液、麦管直径、胚胎阶段、平衡时间及平衡温度、洗脱浓度和洗脱时间。发现: (1) 含有多种抗冻剂的玻璃化液PMDD(2% PVP), 玻璃化稳定, 脱玻璃化率较低, 适宜进行玻璃化冷冻; (2) 尾芽期胚胎较其他时期耐受力强, 平衡40 min就足以使玻璃化液渗透完全, 时间延长, 成活率显著降低, 各个时期的胚胎对温度都比较敏感, 0°C与4°C下平衡的成活率显著高于15°C; (3) 洗脱浓度和洗脱时间对胚胎成活率影响不大; (4) 根据优化的条件, 对牙鲆两个时期的胚胎进行超低温冷冻保存实验, 共成活4次, 获得成活胚胎8粒, 其中7粒孵化出健康的鱼苗。本文为鱼类胚胎冷冻保存技术的建立提供基础资料, 并显示了牙鲆胚胎玻璃化冷冻保存是可行的。     

微流控芯片用于卵母细胞冷冻保存的实验研究

低温保存对卵母细胞造成渗透损伤、毒性损伤和冰晶损伤,使得细胞冻后质量难以提高.本文首次提出将微流控法添加-去除保护剂分别与三种冷冻载体(OPS、QC及Cryotop)搭配使用,对猪卵母细胞进行冷冻保存,并与传统冷冻法进行比较;然后,首次选用透明陶瓷和玻璃制作集成一体化芯片,对猪卵母细胞进行冷冻保存,以冷冻保存后的细胞存活率和发育率为判断依据,筛选出较好的方案;最后,对冻后卵母细胞的早期凋亡情况、胞内活性氧水平和线粒体膜电位水平进行分析.结果表明,微流控添加-去除保护剂组卵母细胞冻后存活率以及卵裂率都显著高于传统冷冻组,可以有效降低卵母细胞的早期凋亡率和胞内活性氧水平,减小线粒体损伤,提高细胞的冻后质量.透明陶瓷一体化芯片保存卵母细胞得到的存活率和卵裂率与传统OPS冷冻的保存结果无显著差异.微流控芯片技术为卵母细胞的低温保存提供新的思路,有较好的应用前景.     

牛卵母细胞及着床前胚胎发育的蛋白质组学研究进展

蛋白质组学作为一种能够全景式展示特定生物学过程的蛋白质表达谱的高通量研究手段,正被应用到越来越多的研究领域。牛的卵子发生以及着床前胚胎的生长发育都离不开蛋白质的一系列变化,通过蛋白质组学的研究手段可对牛卵母细胞成熟以及胚胎发育分子机制进行研究。前人通过构建成熟前后的卵母细胞或不同时期的着床前胚胎等的蛋白质组表达谱,来获得与卵母细胞成熟相关的标志蛋白,并对这些标志物进行验证和分析,将有利于理解牛卵母细胞成熟、体外受精及着床前胚胎发育的分子机制,为提高牛卵母细胞的成熟率以及胚胎的发育率及提高牛繁殖率等奠定基础。主要从双向聚丙烯酰胺凝胶电泳、色谱技术以及质谱技术等蛋白质组学研究手段为切入点,对蛋白质组学在牛卵母细胞和着床前胚胎发育过程中的研究进展进行综述,为进一步研究牛卵母细胞及附植前胚胎提供参考。     

Ghrelin在绵羊体内卵母细胞和早期胚胎的表达

为了明确ghrelin是否参与了卵母细胞成熟及胚胎早期发育进程,本研究利用免疫荧光技术和实时定量RT-PCR技术检测了绵羊卵母细胞和体内早期胚胎中ghrelin蛋白的表达定位和ghrelin mRNA水平相对表达变化规律。免疫荧光染色结果表明,ghrelin蛋白主要分布于卵母细胞胞质内;实时定量RT-PCR结果揭示绵羊卵母细胞和早期胚胎ghrelin mRNA的相对表达量依据发育阶段的不同而呈现一定变化规律,即在成熟卵母细胞,2细胞胚胎期和8细胞胚胎期显著高于未成熟卵母细胞和4细胞胚胎期(P<0.05),囊胚期表达量最高。卵母细胞和早期胚胎中ghrelin蛋白的表达及ghrelin mRNA特定的表达模式,揭示这一新型分子在绵羊卵母细胞成熟以及胚胎早期发育过程中具有潜在的调控作用。     

人类卵母细胞和早期胚胎发育异常的遗传学研究进展

卵母细胞和早期胚胎的正常发育是获得健康后代的关键,遗传因素在卵母细胞成熟和早期胚胎发育过程中发挥重要作用。调控卵母细胞和早期胚胎发育的关键基因突变可导致卵母细胞成熟障碍、受精失败或早期胚胎发育停滞,进而导致不孕或早期流产等。随着全基因组测序和全外显子组测序技术的广泛应用,越来越多的致病基因突变被发现,为不孕患者提供了可靠的诊疗靶点。该文系统回顾了导致人类卵母细胞成熟、受精和早期胚胎发育异常的致病基因,以期促进其在辅助生殖遗传咨询中的应用。     

猪卵母细胞玻璃化冷冻的研究进展

配子冷冻保存技术在动物繁殖育种中具有重要的意义,但猪卵母细胞的冷冻保存目前还很困难,主要表现为冻后继续发育能力低。这与影响卵母细胞玻璃化冷冻效果因素众多有关,如脂滴的存在使猪卵母细胞对冷冻非常敏感。冷冻保护剂的使用同时也产生了毒性作用。针对猪卵母细胞冷冻保存的特点,研究人员已研究出了一些新的方法来提高冷冻效果,如细胞骨架稳定剂的使用减少了冷冻对猪卵母细胞造成的损伤,通过改进冷冻载体提高了冷冻速率,从而提高了冷冻效果。     

猪胚胎常规冷冻及其去脂冷冻研究

1.引言 自1972年小鼠胚胎冷冻首次取得成功以来,胚胎的冷冻技术已逐渐应用到很多种哺乳动物。现在包括牛、绵羊在内的多种家畜物种的胚胎冷冻保存已经成为一种常规的技术。然而利用冷冻保存的胚胎生产出活的仔猪仍然处在摸索阶段,并且仅仅是孵出囊胚的冷冻保存获得成功。这种局限性以及胚胎移植后很低的存活率严重阻碍了猪胚胎冷冻保存技术的发展。     

哺乳动物卵母细胞和胚胎的低温保存

超排技术的应用,可以得到几倍于正常排卵的卵母细胞或胚胎,为体外卵母细胞或胚胎的操作提供了丰富的材料。淘汰母畜或屠宰母畜的卵巢更是卵母细胞的一个重要研究资源。然而,如果供大于求,则需要一种较为满意的短期保存过剩卵母细胞或胚胎的方法。超低温(-196℃)冷冻固然是长期保存胚胎的良好方法,但对于只需短期(几个小时到几天)保存的胚胎而言,冷冻过程是烦琐的,且设备昂     

卵母细胞冷冻保存损伤机制的研究进展

卵母细胞冷冻保存后不易成活的主要由于冷冻对细胞造成损伤所致.冷冻对卵母细胞造成的损伤主要表现在微管微丝透明带变化和皮质颗粒外排超微结构变化及染色体畸变.     

食蟹猴和恒河猴卵母细胞及早期胚胎玻璃化冻存

为了节省经费和使转基因模型动物品种资源得到妥善保存,该研究利用自制的梯度浓度冷冻液和解冻液结合玻璃化方式分别冷冻和解冻了非人灵长类动物的183个卵母细胞（GV期、MI期和MII期）、114个卵裂期胚胎（2-细胞期、4-细胞期和8-细胞期）及25个桑椹期胚胎。其中食蟹猴卵母细胞67个,卵裂期胚胎45个,桑椹期胚胎11个;恒河猴卵母细胞116个,卵裂期胚胎69个,桑椹期胚胎14个。复苏后存活率分别为56/67（83.58%）、36/45（80.00%）、9/11（81.82%）、102/116（87.93%）、55/69（79.71%）和11/14（78.57%）。结果表明,快速玻璃化冷冻法简便且胚胎存活率高,是一种较好的冷冻食蟹猴和恒河猴卵母细胞及胚胎的方法。     

卵母细胞成熟调控的分子机制及进展

卵母细胞的成熟是人类配子发育成熟,进而形成胚胎的必然阶段。目前已知有多种因素调控卵母细胞的成熟。成熟促进因子(MPF)是卵母细胞成熟调控的最重要分子,它通过CDK1亚基的磷酸化及cyclin B累积合成调节卵母细胞的成熟。MAPK/Mos及cAMP均可通过影响MPF的活性从而间接调控卵母细胞成熟。这三者之间又存在相互影响相互作用,形成一个复杂的调控网络。阐明卵母细胞成熟的分子机制有利于为治疗女性不孕症及卵母细胞体外培养成熟提供可靠的理论依据。     

小鼠8细胞期胚胎超低温(—196℃)冷冻保存

1972年Whittingham和Wilmut在超低温条件下冷冻保存小鼠早期胚胎分别取得成功。由于这项工作的理论意义和实用价值,国际上一些实验室相继开展了研究工作。迄今,家兔、羊和牛早期胚胎冷冻保存都已成功,其中牛的胚胎冷冻已发展到商业规模。用胚胎冷冻保存技术保存小鼠近交系、突变系等遗传资源有其特殊意义,因而受到普遍重视。用这一方法维持重要品系可以避免因意外事件造成遗传资源丢失和遗传污染,可减轻由于日益增加的     

牛体内,外受精胚胎玻璃化冷冻保存技术的研究初报

利用３种培养液即输卵管合成液（ＳＯＦ）、ＴＣＭ１９９和ＣＲｌａａ对牛体外受精后的卵母细胞进行培养,结果卵裂率分别达８５％、６７％和７２％,囊胚发育率分别为３７％、２１％和３０％。对所获得的囊胚利用ＥＦＳ玻璃化溶液进行冷冻保存。在１０％ＥＧ中预处理５ｍｉｎ后再移入ＥＦＳ４０平衡３０ｓ二步法冷冻保存的胚胎,其１解冻后继续发育率高达８６％,与对照组９１％相比无显性差异（Ｐ＞０．０５）。而ＥＦＳ３０二步