本方案旨在提供一种用于成年和幼年绵羊卵母细胞玻璃化冷冻的标准方法。该方案涵盖了从体外成熟培养基的制备到复苏后培养的全部步骤。卵母细胞在MII期采用Cryotop法进行玻璃化冷冻,以确保使用最小必要体积。
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本方案旨在提供一种用于成年和幼年绵羊卵母细胞玻璃化冷冻的标准方法。该方案涵盖了从体外成熟培养基的制备到复苏后培养的全部步骤。卵母细胞在MII期采用Cryotop法进行玻璃化冷冻,以确保使用最小必要体积。
在畜牧业中,由于可以从屠宰场方便地获取大量卵巢和卵母细胞,体外胚胎生产系统得以建立并维持。成年动物的卵巢始终带有多个腔状卵泡,而在未成年供体中,4周龄时可获得的卵母细胞数量最多,此时卵巢中的腔状卵泡数量达到峰值。因此,尽管未成年卵母细胞的发育潜能低于成年个体的卵母细胞,4周龄的羔羊仍被认为是良好的供体。
成功冻存来自成年和青春期前供体的玻璃化卵母细胞,将有助于推动基础研究和商业应用的发展。对青春期前供体所采集卵母细胞进行玻璃化保存,还可缩短世代间隔,从而提高育种计划中的遗传增益。然而,冻存后发育潜能的下降使得哺乳动物卵母细胞成为最难冻存的细胞类型之一。在现有的冻存技术中,玻璃化法已广泛应用于动物和人类卵母细胞的保存。尽管该技术近年来已有进步,但高浓度冷冻保护剂的暴露以及冷损伤和渗透压应激仍会引发多种结构和分子水平的改变,降低哺乳动物卵母细胞的发育潜能。本文介绍了一种对来自未成年和成年供体、经体外成熟后的绵羊卵母细胞进行玻璃化冻存的实验方案。该方案涵盖了从卵母细胞体外成熟、玻璃化冻存、复温到复温后培养的全部操作步骤。处于MII期的卵母细胞经玻璃化冻存和复温后确实可以受精,但在受精前需要额外的培养时间,以修复冻存过程造成的损伤并提升其发育潜能。因此,复温后的培养条件和培养时间对于恢复卵母细胞发育潜能至关重要,尤其是在卵母细胞来源于未成年供体的情况下。
雌性配子的长期保存具有广泛的应用前景,例如通过遗传选育项目改良家畜育种,通过异地野生动物保护计划促进生物多样性保护,以及利用可储存的卵母细胞开展体外胚胎生产或核移植项目,从而推动体外生物技术的研究与应用1,2,3。对幼年个体的卵母细胞进行玻璃化冷冻还可通过缩短育种过程中的世代间隔,提高遗传增益4。目前,通过超快速降温与复温实现卵母细胞玻璃化已被视为家畜卵母细胞冷冻保存的标准方法5。在反刍动物中,通常在从屠宰场获取的卵巢卵泡中采集卵母细胞后,先进行体外成熟,再实施玻璃化冷冻2。成年动物、尤其是未成熟前的幼龄动物的卵巢4,6,实际上可提供近乎无限数量的可用于冷冻保存的卵母细胞。
近十年来,多个实验室普遍报道,牛卵母细胞经玻璃化冷冻及复温后,囊胚发育率通常可超过>10%3。然而,在小型反刍动物中,无论是幼龄还是成年个体的卵母细胞,玻璃化冷冻技术仍相对较新,绵羊卵母细胞的标准化玻璃化冷冻方法尚未建立2,5。尽管近年来取得了一些进展,但经玻璃化冷冻和复温的卵母细胞确实存在多种功能和结构上的改变,限制了其发育潜能7,8,9。因此,仅有少数研究报道了玻璃化冷冻/复温后绵羊卵母细胞的囊胚发育率达到或超过10%2。为减少上述不利改变,研究人员已探索了多种策略:优化玻璃化冷冻液和复温液的成分10,11;尝试使用不同的冷冻载具8,12,13;以及在体外成熟(IVM)期间4,14,15和/或复温后的恢复阶段6施加特定处理措施。
本文描述了一种对来自未成年和成年供体且经体外成熟培养的绵羊卵母细胞进行玻璃化冷冻保存的方案。该方案涵盖了从卵母细胞体外成熟、玻璃化冷冻、复温到复温后培养的全部操作步骤。
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以下所述的动物实验方案及实施步骤均符合萨萨里大学现行的伦理准则,并遵守欧盟指令86/609/EC以及欧洲共同体委员会2007/526/EC建议书的规定。
1. 卵母细胞操作培养基的制备
2. 卵母细胞的采集与成熟
3. 精液采集、冷冻与解冻操作步骤
4. 体外受精与胚胎培养
5. 卵母细胞玻璃化冷冻与复温
注意:采用最小必需体积(MEV)法,使用Cryotop装置进行玻璃化冷冻17.
6. 卵母细胞复温后质量评估
7. 卵母细胞存活率评估
8. 通过共聚焦激光扫描显微镜评估线粒体活性和细胞内活性氧水平
9. 统计分析
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来自未成年供体的卵母细胞的冷冻耐受性低于成年供体。首先观察到的现象是,与成年卵母细胞相比,未成年卵母细胞在复温后的存活率较低(图1A;χ2检验 P<0.001)。未成年卵母细胞在复温后表现出较低的膜完整性(图1B)。在成熟培养基中添加海藻糖旨在验证这种糖是否能够减少未成年卵母细胞的冷冻损伤。已有研究数据23表明,添加海藻糖体外成熟24小时的卵母细胞,在玻璃化冷冻/复温后的存活率高于未处理组(表1:分别为85.7% vs 75.3%;χ2检验 P<0.05)。事实上,添加海藻糖与复温后更高的膜完整性相关(图2A)。因此,在未成年卵母细胞的体外成熟过程中使用海藻糖,使其玻璃化冷冻后的存活率(85.7%)提高到接近成年卵母细胞的水平(90.3%)。然而,海藻糖的添加并未提高未成年卵母细胞的卵裂率、受精率及发育率(表...
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家畜卵母细胞的冷冻保存不仅有助于雌性遗传资源的长期保护,还能推动胚胎生物技术的发展。因此,建立一种标准化的卵母细胞玻璃化冷冻方法将有利于畜牧业和科研领域。本方案提供了一种成年绵羊卵母细胞玻璃化冷冻的完整方法,可为建立高效的幼龄卵母细胞玻璃化冷冻体系提供可靠的起点。
该方法的主要优势之一在于,它涵盖了从卵母细胞采集、体外成熟、玻璃化冷冻到复温的全部步骤。此外,该方法还包括一段复温后的培养期,使卵母细胞在受精前能够从玻璃化冷冻过程中所受的损伤中恢复。最佳受精时间应根据冷冻保存方法、卵母细胞初始质量、患者年龄和物种进行个性化调整,同时必须兼顾恢复时间和卵母细胞老化两个方面25,26。因此,选择复温后孵育时间的长短具有挑战性,并可能影响卵母细胞玻璃化冷冻项目的最终结果。根据本方案所述条件下获得的卵裂率和胚胎发育结果,成年绵羊卵母细胞在玻璃化冷冻后,最佳受精时间为复温后孵育4小时(表4)6。这一...
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作者声明不存在任何竞争性经济利益。
作者未获得本研究的专项资助。谨此感谢Maria Grazia Cappai教授和Valeria Pasciu博士为视频配音以及在视频制作期间协助实验室的搭建工作。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 2′,7′-二氯荧光素二乙酸酯 | Sigma-Aldrich | D-6883 | |
| 牛血清白蛋白V组分,无蛋白酶 | Sigma-Aldrich | A3059 | |
| 双苯并咪唑H 33342三盐酸盐(Hoechst 33342) | Sigma-Aldrich | 14533 | |
| 氯化钙(CaCl2 2H20) | Sigma-Aldrich | C8106 | |
| 柠檬酸 | Sigma-Aldrich | C2404 | |
| 共聚焦激光扫描显微镜 | Leica Microsystems GmbH, Wetzlar | TCS SP5 DMI 6000CS | |
| Cryotop Kitazato | Medical Biological Technologies | ||
| 半胱胺 | Sigma-Aldrich | M9768 | |
| D-(-)果糖 | Sigma-Aldrich | F0127 | |
| D(+)-海藻糖无水物 | Sigma-Aldrich | T0167 | |
| 二甲基亚砜(DMSO) | Sigma-Aldrich | D2438 | |
| 杜氏磷酸盐缓冲液 | Sigma-Aldrich | D8537 | |
| 蛋黄 | Sigma-Aldrich | P3556 | |
| 乙二醇(EG) | Sigma-Aldrich | 324558 | |
| FSH | Sigma-Aldrich | F4021 | |
| 谷氨酸 | Sigma-Aldrich | G5638 | |
| 戊二醛 | Sigma-Aldrich | G5882 | |
| 甘油 | Sigma-Aldrich | G5516 | |
| 甘氨酸 | Sigma-Aldrich | G8790 | |
| 肝素 | Sigma-Aldrich | H4149 | |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H4034 | |
| 次黄嘌呤 | Sigma-Aldrich | H1384 | |
| 倒置显微镜 | Diaphot, Nikon | ||
| L-丙氨酸 | Sigma-Aldrich | A3534 | |
| L-精氨酸 | Sigma-Aldrich | A3784 | |
| L-天冬酰胺 | Sigma-Aldrich | A4284 | |
| L-天冬氨酸 | Sigma-Aldrich | A4534 | |
| L-半胱氨酸 | Sigma-Aldrich | C7352 | |
| L-胱氨酸 | Sigma-Aldrich | C8786 | |
| L-谷氨酰胺 | Sigma-Aldrich | G3126 | |
| LH | Sigma-Aldrich | L6420 | |
| L-组氨酸 | Sigma-Aldrich | H9511 | |
| L-异亮氨酸 | Sigma-Aldrich | I7383 | |
| L-亮氨酸 | Sigma-Aldrich | L1512 | |
| L-赖氨酸 | Sigma-Aldrich | L1137 | |
| L-甲硫氨酸 | Sigma-Aldrich | M2893 | |
| L-鸟氨酸 | Sigma-Aldrich | O6503 | |
| L-苯丙氨酸 | Sigma-Aldrich | P5030 | |
| L-脯氨酸 | Sigma-Aldrich | P4655 | |
| L-丝氨酸 | Sigma-Aldrich | S5511 | |
| L-酪氨酸 | Sigma-Aldrich | T1020 | |
| L-缬氨酸 | Sigma-Aldrich | V6504 | |
| 七水合氯化镁(MgSO4.7H2O) | Sigma-Aldrich | M2393 | |
| Makler计数板 | Sefi-Medical Instruments ltd. Biosigma S.r.l. | ||
| Medium 199 | Sigma-Aldrich | M5017 | |
| 矿物油 | Sigma-Aldrich | M8410 | |
| MitoTracker Red CM-H2XRos | ThermoFisher | M7512 | |
| 新生小牛血清,热灭活(FCS) | Sigma-Aldrich | N4762 | |
| 青霉素G钠盐 | Sigma-Aldrich | P3032 | |
| 酚红 | Sigma-Aldrich | P3532 | |
| 聚乙烯醇(87-90%水解,平均分子量30,000-70,000) | Sigma-Aldrich | P8136 | |
| 氯化钾(KCl) | Sigma-Aldrich | P5405 | |
| 磷酸二氢钾(KH2PO4) | Sigma-Aldrich | P5655 | |
| 碘化丙啶 | Sigma-Aldrich | P4170 | |
| 羊血清 | Sigma-Aldrich | S2263 | |
| 叠氮化钠 | Sigma-Aldrich | S2202 | |
| 碳酸氢钠(NaHCO3) | Sigma-Aldrich | S5761 | |
| 氯化钠(NaCl) | Sigma-Aldrich | S9888 | |
| DL-乳酸钠溶液糖浆 | Sigma-Aldrich | L4263 | |
| 丙酮酸钠 | Sigma-Aldrich | P2256 | |
| 精子分类分析仪 | Microptic S.L. | S.C.A. v 3.2.0 | |
| 统计软件 Minitab 18.1 | 2017 Minitab | ||
| 体视显微镜 | Olympus | SZ61 | |
| 硫酸链霉素 | Sigma-Aldrich | S9137 | |
| 牛磺酸 | Sigma-Aldrich | T7146 | |
| TRIS | Sigma-Aldrich | 15,456-3 |
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