本文介绍了一种时间延时形态测量方案,用于追踪囊胚在玻璃化冷冻前干预过程中的收缩强度以及复温后重新扩张的过程。该方案可应用于 体外 配备延时显微镜的受精实验室,并建议将其用于优化囊胚玻璃化冷冻方法的开发。
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本文介绍了一种时间延时形态测量方案,用于追踪囊胚在玻璃化冷冻前干预过程中的收缩强度以及复温后重新扩张的过程。该方案可应用于 体外 配备延时显微镜的受精实验室,并建议将其用于优化囊胚玻璃化冷冻方法的开发。
本文介绍了一种基于延时显微摄影技术的囊胚形态测量非侵入性方法,用于精确监测囊胚在玻璃化冷冻前后各个阶段体积的动态变化。该方法可通过观察囊胚在不同冷冻前和冷冻后阶段的收缩与再扩张过程,有助于寻找囊胚暴露于不同浓度冷冻保护剂的最优时机,从而优化囊胚玻璃化冷冻方案。为更好地展示该形态测量法的应用价值,本文比较了两种不同的囊胚冷冻前处理方案:一种在冷冻前进行人工囊腔塌陷处理,另一种则不进行此干预。两种情况下囊胚的体积变化均通过延时显微摄影进行追踪,并利用图像编辑软件工具进行测量。测量在冷冻前阶段每20秒进行一次,在复温后阶段每5分钟进行一次。囊胚尺寸随时间的变化以折线图形式直观呈现。结果显示,在较长的平衡预冷冻阶段,完整囊胚首先发生收缩,随后缓慢重新充盈囊腔,最终以含有液体的囊腔状态进入玻璃化冷冻程序;而经人工塌陷的囊胚在整个平衡阶段始终保持收缩状态,在玻璃化冷冻阶段其体积亦无明显变化。由于形态测量结果表明,人工塌陷囊胚在预冷冻阶段体积保持稳定,提示该阶段可能可以缩短。本研究所述方案可提供多种额外的比较参数,用于评估囊胚在冷冻保存过程中及之后的行为特征,包括体积变化的速度与强度、部分囊腔收缩次数或完全囊胚塌陷次数、完全囊腔再扩张所需时间以及孵化所需时间等。
如今,在大多数体外受精(IVF)实验室中,对来自体外受精项目的人类着床前胚胎进行冷冻保存已成为常规操作。in vitro 胚胎慢速冷冻方法自1985年开始进入临床应用,当时引入了特定的冷冻保护剂和计算机控制的冷冻仪,可将胚胎在受控条件下逐步降温至-7 °C,并在此时诱导周围冷冻保护液中发生冰晶成核(即“播种”)1。随着持续降温,冰晶逐渐生长,导致剩余液相部分出现高渗状态,从而引起胚胎细胞脱水和收缩。当温度降至-30 °C或-80 °C时,胚胎被投入液氮中进行长期保存。在降温过程中胚胎或卵母细胞所发生的变化,只能通过特制的冷冻显微镜进行观察,这些设备有助于优化冷冻保存方案2。在当时,囊胚阶段的胚胎由于体积较大且含有较多液体,其冷冻效果临床结果并不理想3。
囊胚冷冻保存领域的突破在于玻璃化冷冻方法的引入,该方法在降温前通过使用高浓度的冷冻保护剂实现细胞脱水4。在玻璃化冷冻前,也可通过在两个滋养层细胞之间制造机械性开口来排出囊胚腔内的液体5。尽管玻璃化冷冻与复温后囊胚的即刻存活率超过90%,且将玻璃化冷冻/复温后的囊胚移植入子宫腔后的临床结局几乎与新鲜胚胎移植的结果相当,但该冷冻保存方法尚未实现标准化6,7。玻璃化冷冻方案在以下方面存在差异:(a)冷冻保护剂的种类和浓度;(b)玻璃化前处理步骤的数量;(c)各步骤的持续时间;(d)是否在玻璃化前人工塌陷囊胚腔;(e)塌陷方法;(f)囊胚的扩张阶段;以及(g)胚胎进行玻璃化冷冻时的平衡/玻璃化温度8。由于冷冻保护剂可能对细胞具有毒性,因此必须明确限定囊胚在这些溶液中的暴露时间。然而,一些冷冻保存培养基制造商提供的操作流程具有较大的灵活性。
科学家们通常关注研究囊胚的再扩张能力,旨在寻找能够更准确预测着床潜能的新生物标志物6,9,10。然而,人类囊胚在玻璃化冷冻前添加不同冷冻保护剂步骤中的脱水过程,以及在玻璃化冷冻和复温后、当需要将冷冻保护剂从细胞中去除时囊胚所发生的变化,还有复温后囊胚如何重新吸水并再扩张,这些过程目前尚未被充分描述和阐明。因此,建立一种对囊胚在不同冷冻保存步骤中行为进行客观且量化监测的方法学具有合理性。
利用不同制造商的延时显微镜,现在可以监测囊胚在玻璃化冷冻前和冷冻后的行为变化。结合额外的计算机工具,还可对囊胚的大小进行测量(形态计量)。通过测量胚胎在特定时间内的体积缩小或增大,可对胚胎在脱水和再水化过程中的形态动力学变化进行客观评估。
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本研究中所述所有方法均已于2016年4月19日获得国家医学伦理委员会批准(编号:0120–204/2016–2)。
1. 显微镜记录系统的设置
2. 囊胚的筛选与玻璃化冷冻前准备
3. 平衡阶段冷冻保护剂和培养皿的准备
4. 平衡溶液中囊胚的转移
5. 囊胚平衡阶段的记录
6. 囊胚玻璃化冷冻
7. 囊胚在平衡阶段录像的视频编辑
8. 囊胚在平衡阶段所获图像中的横截面积测量
9. 利用平衡阶段生成的图像中记录的囊胚横截面积编辑数据文件
10. 胚泡的复温
11. 囊胚解冻后复苏过程中重新扩张的延时成像记录
12. 冷冻复苏后囊胚重新扩张过程的录制视频编辑
13. 在延时录像软件生成的图像中,于视频分析软件内设置测量标尺
14. 复温后囊胚重新扩张期间所获图像中囊胚横截面积的测量
15. 编辑记录解冻后囊胚重新扩张过程中所获图像的囊胚横截面积数据文件
16. 创建线图
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在演示中,我们仅展示了一个玻璃化冷冻前和一个复温后的囊胚形态动力学过程。囊胚在平衡阶段结束时与在培养基中开始恢复时的体积差异,反映了胚胎收缩的程度,这实际上体现了胚胎抵抗冰晶形成的保存效果。
如从图中可观察到的那样 图1 和 视频 1,完整的囊胚在平衡液中并未完全塌陷。囊胚腔仅部分收缩,但在10分钟内缓慢重新扩张至原始体积的70%。与此相反,经人工激光塌陷的囊胚在激光处理后立即完全排空了囊胚腔,但在平衡液中其体积不再发生任何变化图2, 视频 2)。囊胚腔在复苏培养基中的重新扩张情况(图3 和 图4) 结合显微照片与线...
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用于观察囊胚在冷冻保存期间及之后形态动力学的实验方案,也可使用其他厂商的类似仪器和软件工具来实施。适用于胚胎学研究的延时成像系统可实现对胚胎发育过程的连续监测。本研究的目的是引入一种量化方法,用于评估囊胚在玻璃化冷冻前准备阶段以及复温后的行为变化。该方法通过在时间尺度上对形态学变化进行客观测量来实现。这些测量所得结果可进行数学分析,并与其他结果进行比较。本方案可追踪的参数包括:在特定时间段内囊胚本身的大小、内细胞团、囊胚腔或透明带的变化。囊胚大小可表示为囊胚最大横截面的表面积、囊胚周长或直径,经过计算后亦可表示为其体积。
在以往使用延时成像系统的研究中,囊胚腔扩张速度的测量仅针对新鲜胚胎进行11。对于玻璃化冷冻/复温后的囊胚,仅在复温后立即及胚胎移植前测量其大小,或分析复温后囊胚重新扩张至透明带所需的时间9,10。更为详细的囊胚再扩张动态分析仅见于我们之前的研究8。在该研...
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作者无任何利益冲突需要披露。
本工作由斯洛文尼亚科学研究基金会资助,属于研究项目P3-0327和研究计划J3-7177的一部分。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 倒置显微镜 Eclipse TE2000-U | Nikon, 日本 | / | |
| Saturn 5 激光系统 | Research Instruments, Origio, 丹麦 | / | |
| 数码相机 DC1 | Research Instruments, Origio, 丹麦 | / | |
| 数码相机 DC2 | Research Instruments, Origio, 丹麦 | / | |
| Cronus 3.7 | Research Instruments, Origio, 丹麦 | / | 显微镜记录软件 |
| 含 6% CO2、5% O2 的培养箱 | Binder, 德国 | / | |
| Primo Vision 显微镜 | Vitrolife, 瑞典 | 16600 | |
| Primo Vision Capture 软件 | Vitrolife, 瑞典 | 16608 | 延时成像记录软件 |
| Adobe Photoshop CS6 扩展版软件 | Adobe Systems Incorporated, 美国 | / | 视频分析软件 |
| VirtualDub | Avery Lee | / | 视频编辑软件 |
| Microsoft Office Excel | Microsoft, 美国 | / | 电子表格编辑器 |
| PrimoVision 培养皿 | Vitrolife, 瑞典 | 16604 | |
| G2-plus 培养基 | Vitrolife, 瑞典 | 10132 | 囊胚阶段胚胎的培养基 |
| 人血清白蛋白 | Vitrolife, 瑞典 | 10064 | |
| 石蜡油 | Vitrolife, 瑞典 | 10029 | |
| 平衡液培养基 | Irvine Scientific, 爱尔兰 | 90131 | |
| 玻璃化冷冻液培养基 | Irvine Scientific, 爱尔兰 | 90132 | |
| 解冻液培养基 | Irvine Scientific, 爱尔兰 | 90134 | |
| 稀释液培养基 | Irvine Scientific, 爱尔兰 | 90135 | |
| 洗涤液培养基 | Irvine Scientific, 爱尔兰 | 90136 | |
| HSV 玻璃化冷冻吸管 | CryoBio System, 法国 | 025246, 025249, 025250, 025248 | |
| 液氮 | / | ||
| Cryo vessel Biosafe 120 MD β | Cryotherm, 德国 | 229286 | |
| 冷冻罐 | Cryotherm, 德国 | ||
| 镊子 | / | / | |
| 剪刀 | / | / | |
| 囊胚操作移液管 | Gynetics, 比利时 | ID275/10 | 直径 275 µm |
| 卵母细胞去颗粒细胞移液管 | Vitromed, 德国 | V-DEN-135 | 直径 135 µm |
| 移液器 EZ-Grip | Research Instruments | 7-72-2802 | |
| 数字间隔计时器 Assistent | Glaswarenfabrik Karl Hecht | 41977010 | |
| IBM SPSS Statistics 21 | IBM, 美国 | / | 统计分析软件 |
| 自调节导线剥皮钳 | Knipex, 德国 | 1262180 |
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