כאן, אנו מציגים שיטה לביצוע הזרקת זרע עגולה (ROSI) בעכברים, טכניקה עם יישומים קליניים מבטיחים ותועלת לחקר המנגנונים העומדים בבסיס התפתחות עוברית.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
כאן, אנו מציגים שיטה לביצוע הזרקת זרע עגולה (ROSI) בעכברים, טכניקה עם יישומים קליניים מבטיחים ותועלת לחקר המנגנונים העומדים בבסיס התפתחות עוברית.
תאי זרע עגולים, המאופיינים בתכולתם הגנטית הפלואידית, מייצגים את התאים המקדימים לזרעונים בוגרים. באמצעות הטכניקה החדשנית של הזרקת זרע עגולה (ROSI), ניתן להפרות ביציות בהצלחה ולהתפתח לעוברים בני קיימא. באבן דרך פורצת דרך שהושגה בשנת 1995, נולד עובר העכבר הראשון באמצעות טכנולוגיית ROSI. ROSI התגלה מאז ככלי מרכזי לפענוח המנגנונים המורכבים השולטים בהתפתחות העוברית והוא טומן בחובו פוטנציאל משמעותי ביישומים שונים, כולל האצת ייצור עכברים וייצור עכברים מהונדסים גנטית. בשנת 1996 הושגה אבן דרך כאשר נולד העובר האנושי הראשון באמצעות טכנולוגיית ROSI. עם זאת, היישומים הקליניים של שיטה זו הראו דפוס משתנה של הצלחה וכישלון. עד כה, טכנולוגיית ROSI לא מצאה יישום נרחב בפרקטיקה הקלינית, בעיקר בשל יעילות הלידה הנמוכה שלה ותיקוף לא מספיק של בטיחות העובר. מאמר זה מספק תיאור מקיף של השיטות המדויקות לביצוע ROSI בעכברים, במטרה לשפוך אור חדש על מחקר בסיסי והיישומים הקליניים הפוטנציאליים שלו.
השלב הסופי של הזרע כולל את הפיכתו של זרע עגול לזרע מפותח, המאופיין במבני ראש, צוואר וזנב מוארכים1. טרנספורמציה זו כוללת שינויים משמעותיים במורפולוגיה של התא, כגון עיבוי הכרומטין בגרעין, החלפת היסטונים בפרוטמין, היווצרות אקרוזומים, התפתחות מעטפת מיטוכונדריאלית, נדידה ואובדן צנטריולים, היווצרות מבנה זנב וסילוק שאריות תאיות2.
בשנת 1992, העובר האנושי הראשון נולד בהצלחה באמצעות טכנולוגיית הזרקת זרע תוך ציטופלזמית (ICSI)3. מאז, חוקרים בוחנים את הפוטנציאל של שימוש בזרעונים עגולים, החולקים את אותו הרכב גנטי הפלואידי כמו זרעונים בוגרים, כדי להפרות ביציות ולקיים הריונות בני קיימא 2,4. לאחר מכן, בשנת 1996, העובר האנושי הראשון שנולד באמצעות טכנולוגיית הזרקת זרע עגולה (ROSI) נמסר 5,6. ראוי לציין כי מחקרים הכוללים ICSI ו- ROSI בעכברים פיגרו אחרי אלה בבני אדם בשל הרגישות של קרום ביצית העכבר לנזק במהלך תהליך ההזרקה. בעיה זו נפתרה בהצלחה עם כניסתו של מכשיר שבירת קרום Piezo. כתוצאה מכך, בשנת 1995, העכבר הראשון שהגה באמצעות טכנולוגיית ROSI נולד. בנוסף, מחקר על ROSI בבעלי חיים שונים אחרים נמצא גם הוא בעיצומו 7,8.
כיום, המחקר על ROSI מתמקד בעיקר בהיבטים הבאים: יישום קליני, הבהרת מנגנונים ואסטרטגיות לשיפור היעילות ההתפתחותית, יחד עם יישומים רחבים יותר של טכנולוגיית ROSI. בהקשר של יישומים קליניים, למרות לידתו של העובר האנושי הראשון ROSI באמצעות ROSI בשנת 1996, ההתקדמות סומנה על ידי סדרה של הצלחות וכישלונות 9,10,11,12. עד כה, טכנולוגיית ROSI לא השיגה יישום קליני נרחב, בעיקר בשל יעילותה הנמוכה והצורך בתיקוף נוסף לגבי בטיחות עוברים שנולדו באמצעות טכנולוגיית ROSI. נתונים סטטיסטיים חלקיים מצביעים על כך שברחבי העולם נולדו פחות מ-200 עוברים אנושיים שנולדו כתוצאה מ-ROSI. נקודת מפנה בהבנת הפוטנציאל של טכנולוגיית ROSI התרחשה בשנת 2015 כאשר Tanaka ועמיתיו דיווחו על לידה מוצלחת של 14 עוברים באמצעות טכנולוגיית ROSI, מה שהחדיר אמון מחודש ביישום הקליני שלה ואת היתכנות13,14. טכנולוגיית ROSI טומנת בחובה הבטחה משמעותית להתמודדות עם אתגרים בביולוגיה של הרבייה, במיוחד בחולי אזוספרמיה לא חסימתית. בנוסף ליישומים הקליניים שלה, ROSI משמש כלי רב ערך לחקר המנגנונים המורכבים של התפתחות עוברית 15,16,17.
מחקרים רבים בבעלי חיים נערכו כדי לחקור את הגורמים הבסיסיים התורמים ליעילות הנמוכה של ROSI בהשגת התפתחות עוברית מלאה. גורמים אלה כוללים את הבחירה של שיטות הפעלת ביציות בסיוע (AOA) ואת העיתוי שלהם, חריגות ביציבות הגנומית, ובמיוחד, חריגות בשינויים אפיגנטיים. חשוב להכיר בכך שזרעונים עגולים הם תאי נבט לא בשלים, השונים באופן משמעותי מזרעונים בוגרים בהיבטים פיזיולוגיים שונים. מיזוקי סקמוטו ועמיתיו ציינו כי H3K27me3, שמקורו בזרעונים עגולים, קשור לכרומטין שהוא פחות נגיש ומוביל לביטוי גנים לקוי בעוברי ROSI18. במחקר קשור של ג'ינג וואנג ועמיתיו, פגמים בתכנות מחדש בעוברי ROSI בשלבים הפרו-גרעיניים היו קשורים בעיקר לביטוי שגוי של עוקבה של הגנים האחראים להפעלת גנום זיגוטי מינורי19. הם גם מצאו כי החדרת מעכב היסטון ליזין מתילטרנספראז 2 סלקטיבי, A366, עשויה לשפר את קצב ההתפתחות הכולל בערך פי שניים.
העכבר עומד כאחד מחיות המודל החשובות ביותר לחקר התפתחות עוברית. מאמר זה מפרט כיצד לבצע ROSI על עכברים. פרוטוקול מקיף זה כולל בחירת עכברים מתאימים, הליכי השראת ביוץ מפורטים, טכניקות AOA, טכניקות הזרקה והכנת עכברים פונדקאיים. יתר על כן, אנו מציגים ניתוח השוואתי של ההשפעות של שני משטרי הזרקה על יעילות הלידה: AOA ואחריו ROSI (A-ROSI; משטר ראשון) ו- ROSI ואחריו AOA (ROSI-A; משטר שני). אנו שואפים לעודד חוקרים לבצע ניסויי ROSI בעכברים בדיוק רב יותר, ולהציע תמיכה איתנה יותר ליישום הקליני שלהם ולמחקר הבסיסי של מנגנוני התפתחות עובריים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
עכברי B6D2F1 (C57BL/6 x DBA/2), C57BL/6 ו-ICR ששימשו בניסוי זה נרכשו מחברת Beijing Vital River Laboratory Animal Technologies Co. Ltd. (בייג'ינג, סין). כל הטיפולים בבעלי חיים עמדו בנהלים ובסטנדרטים הניסיוניים שאושרו על ידי ועדת האתיקה של בעלי חיים ניסיוניים של בית החולים הראשון של אוניברסיטת ג'ילין (מספר אישור: 20200435).
1. הכנת ריאגנטים רלוונטיים
2. הכנת ביציות
3. הכנת זרעונים עגולים וזרעונים
4. הזרקת זרע עגולה (ROSI)
5. הזרקת זרע תוך ציטופלזמית (ICSI)
6. הפעלת ביציות בסיוע (AOA)
7. החזרת עוברים
8. ניתוח סטטיסטי
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
התחלנו את החקירה שלנו על ידי בחינת ההשפעה של AOAעל היכולת ההתפתחותית של עוברים. המחשה סכמטית של תכנון הניסוי מוצגת באיור 1A. לפני הזרקת הזרע, הביציות עברו AOA (A-ICSI) או נותרו ללא טיפול (ICSI). נתונים מפורטים על התפתחות העובר מוצגים בטבלה 1. התוצאות לא הראו הבדלים משמעותיים בשיעורי המחשוף, הבלסטוציסט או הילודה בין קבוצות A-ICSI ו- ICSI (P > 0.05; איור 1B). ממצאים אלה מצביעים על כך ש- AOA באמצעות 10 mM SrCl2 במשך 20 דקות ל...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הפעלת ביציות בסיוע
תנאי מוקדם קריטי עבור ROSI הוא AOA מכיוון שזרעונים עגולים לבדם אינם יכולים ליזום הפעלת ביציות. כיום, השיטה המבוססת ביותר בעכברים כוללת שימוש בסטרונציום כלוריד23,24, בעוד היישום האנושי המתקדם ביותר משתמש בהפעלה חשמלית13,14. גם לעיתוי הפעלת הביציות יש משמעות רבה. כפי שדווח בספרות, גישת ההפעלה האופטימלית ביותר בעכברים כוללת תחילה הפעלה ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים כי אין ניגודי עניינים כספיים או אחרים.
אנו מודים לוונג'יה ג'או על עזרתה רבת הערך במיון זרעונים עגולים באמצעות ציטומטריית זרימה ולפאנג וואנג על מומחיותה בהחזרת עוברי עכבר. עבודה זו קיבלה תמיכה חלקית מהקרן למדעי הטבע של מחוז ג'ילין (No. YDZJ202301ZYTS461). אנו מודים ל-Bullet Edits Limited על העריכה הלשונית וההגהה של כתב היד.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| CaCl22H2O | סיגמא | C7902 | הכנת CZB |
| גלוקוז | סיגמא | G6152 | הכנת CZB |
| HEPES-Na (בסיסי) | סיגמא | H3784 | הכנת CZB |
| Hoechst 33342 | Beyotime | C1025 | FACS |
| גונדוטרופין כוריוני אנושי (HCG) | חברת ההורמון השני של נינגבו | HCG | תרופות מקדמות ביוץ |
| Hyaluronidase | Sigma | H3506 | הסרת תאי גרנולוזה סביב הביצית |
| KCl | Sigma | P5405 | הכנת CZB |
| KH2PO4 | סיגמא | P5655 | הכנת CZB |
| KSOMaa | Caisson Labs | IVL04-100ML | אשלגן סימפלקס מדיום אופטימלי בתוספת חומצות אמינו |
| L-גלוטמין | סיגמא | G8540 | הכנת CZB |
| M2 | Sigma | M7167-50ML | נוזל הפעלה |
| MgSO47H2O | סיגמא | M1880 | הכנת CZB |
| Na2-EDTA2H2O | סיגמא | E5134 | הכנת CZB |
| NaCl | Sigma | S5886 | הכנת CZB |
| NaHCO3 | Sigma | S5761 | הכנת CZB |
| סירופ Na-lactate 60% d = 1.32 גרם/ליטר | Sigma | L7900 | הכנת CZB |
| דגם | סיגמא | P4562 | הכנת CZB |
| טיפים למקדחת פייזו (ICSI) | אפנדורף | piezoXpert | קרע בקרום פיזואלקטרי |
| בסרום סוסה בהריון גונדוטרופין (PMSG) | חברת ההורמון השני של נינגבו | PMSG | תרופות מקדמות ביוץ |
| PVA | סיגמא | P8136 | הכנת CZB |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.