여기서는 핵자기공명(NMR) 분광법을 이용해 사용된 인간 배아 배양지를 수집, 준비 및 분석하는 프로토콜을 제시하여, 일상적인 임상 배양 조건에서 마이크로리터 크기의 샘플에서 저분자량 대사산물을 재현 가능하게 검출할 수 있게 합니다.
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여기서는 핵자기공명(NMR) 분광법을 이용해 사용된 인간 배아 배양지를 수집, 준비 및 분석하는 프로토콜을 제시하여, 일상적인 임상 배양 조건에서 마이크로리터 크기의 샘플에서 저분자량 대사산물을 재현 가능하게 검출할 수 있게 합니다.
사용된 인간 배아 배양 배지는 저분자량 대사산물을 포함하고 있어 착상 전 배아 생리학을 비침습적으로 확인할 수 있습니다. 그러나 핵자기공명(NMR) 기반 대사체 분석은 일상적인 배아 배양 조건이 마이크로리터 용량, 단백질 보충, 그리고 배경 신호를 생성하고 스펙트럼 품질을 저하시키는 파라핀 오일 오버레이를 포함하기 때문에 기술적으로 어렵습니다. 여기서는 오일 오염을 최소화하기 위해 통제된 방울 수집을 포함한 폐용 배아 배양 배지에 최적화된 NMR 대사체학 워크플로우, 마이크로리터 부피를 수용하면서 외부 기준점(TMSP)으로부터 시료를 화학적으로 분리하는 플루오린화 에틸렌프로필렌(FEP) 튜브 라이너, 그리고 고분자 배경 신호를 억제하는 Carr-Purcell-Meiboom-Gill 펄스 서열을 이용한 획득 방식을 제시합니다. 이 프로토콜은 개별 배양된 인간 배아에서 저분자량 대사산물의 일관된 검출과 정량을 가능하게 하며, 일상적인 실험실 조건에서 재현 가능한 분석을 지원합니다. 수많은 기술적 도전 과제로 인해, 이 방법은 연구나 임상 목적으로 사용하기 전에 반드시 검증되어야 합니다.
시험관 착상 전 발달 동안 배아는 저분자량 대사산물을 지속적으로 섭취하고 주변 배지에 방출합니다. 따라서 사용한 배아 배양 배양지(SECM)의 구성은 배아의 대사 활동을 반영하며, 배아 생리학과 발달 능력에 대한 비침습적 기능적 판독을 제공합니다 1,2. 이 대사 발자국 분석은 기존 평가 방법을 보완하고 보조생식 기술에서 배아 선택 전략을 개선할 수 있습니다 3,4. 특히, 아미노산과 탄수화물 회전의 변화가 배아 발달 잠재력과 생존력과 연관되어 있습니다 5,6,7.
핵자기공명(NMR) 분광법은 사용한 배아 배양 배지 8,9,10을 포함한 다양한 생물학적 샘플의 비표적 대사물 프로파일링에 널리 사용됩니다. 그러나 이 샘플들의 분석은 여전히 분석적으로 어려운과제입니다. 일상적인 임상 실무에서는 배아가 생리학적 조건을 모방하도록 설계된 정의된 미세 환경에서 배양됩니다. 배양 배지는 삼투압을 안정화하고 독성 화합물을 결합하며 지질과 성장 인자를 운반하는 분자를 제공하여 삼투압을 안정시키고, 독성 화합물을 결합하며, 정상 발달을 지원하기 위해 단백질, 주로 알부민으로 보조됩니다. 증발을 방지하고 용질 농도를 일정하게 유지하기 위해 배양 방울에 멸균 파라핀 오일13을 덮습니다.
오버레이 오일과 단백질 성분에서 유래한 지질은 포도당, 피루빈산, 아미노산과 같은 저분자량 대사산물의 좁은 공명을 가리는 광범위한 배경 신호를 생성합니다. 더불어, 표준 5mm NMR 튜브에서 마이크로리터 샘플 부피를 분석하려면 RF 코일의 활성 부피에 도달하기 위해 상당한 희석이 필요합니다. 이 분석 물질 농도의 감소는 신호 대 잡음비(S/N)를 심각하게 감소시켜 저함량 대사산물을 가리고 재현 가능한 정량화를 방해합니다. 수많은 연구가 NMR 기반 대사체학을 사용한 인간 배아 배양 배지에 적용했으나, 표준화되고 재현 가능한 채집 및 준비 프로토콜의 부재로 인해 재현성과 연구 간 비교 가능성이 제한되었습니다 8,9,11.
여기서는 인간 배아 배양 배지 샘플링 및 분석과 관련된 기술적 도전을 극복하기 위해 설계된 NMR 기반 대사체 워크플로우(그림 1)를 제시합니다. 이 접근법은 오일 운반을 줄이기 위한 통제된 방울 수집, 희석 인공을 피하기 위해 플루오린화된 에틸렌프로필렌(FEP) 라이너를 이용한 마이크로리터 부피 획득, 그리고 Carr-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG) 펄스 서열을 이용한 고분자 신호 감쇠를 결합한 것입니다.
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이 연구는 2023년 1월부터 4월까지 슬로베니아 마리보르 대학 의학센터 생식의학 및 부인내분비학과에서 수행되었습니다. NMR 분석은 슬로베니아 류블랴나에 위치한 국립화학연구소에서 수행되었습니다. 모든 참가자로부터 서면 동의를 받았습니다. 기관 윤리 위원회(번호: UKC-MB-KME-1/21)와 국가 의학 윤리 위원회(번호: 0120-37/2021/15) 모두로부터 승인을 받았습니다.
1. 연구 설계
참고: 이 연구는 NMR 기반 대사체학을 사용하여 인간 사용 배아 배양 배지를 분석하였습니다.
2. 샘플 채취
3. NMR 분석을 위한 샘플 준비
4. NMR 획득 및 스펙트럼 처리
5. 통계 분석
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사용한 배아 배양지의 비표적 NMR 대사체 프로파일링을 위한 분석 워크플로우는 그림 1에 요약되어 있습니다.
샘플링 중 오일 오염 제거
그림 2는 오버레이 오일 이리오버를 줄이기 위해 사용되는 순차적 방울 전달 절차를 보여줍니다. 신중한 피펫팅 없이 채취된 샘플은 스펙트럼의 지방산물 영역(δ 0.5–2.3 ppm)에 걸쳐 광범위한 탄화수소 공명을 보여 상당한 기준선 왜곡과 저분자량 대사물 신호를 가렸습니다(그림 3A, 녹색 추적). 반면, 최적화된 순차적 방울 전달 프로토콜을 사용한 샘플은 검출 가능한 파라핀 오일 오염이 거의 완전히 제거되어 기준선 안정성을 회복하고 관심 스펙트럼 영역 전역에서 잘 해명된 대사물 공명을 드러냈습니다(그림 3B...
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본 연구에서는 비표적 NMR 대사체학을 사용하여 사용한 배아 배양 배지에서 저분자량 대사산물을 식별하고 정량하는 데 관련된 주요 분석 과제를 다루었습니다. 우리의 결과는 최적화된 워크플로우가 저분자량 대사산물의 신뢰성 있는 검출에 적합한 고품질의 정보가 풍부한 스펙트럼을 획득할 수 있음을 보여줍니다.
신중한 순차적 방울 전달은 석유 오염을 줄이는 데 필수적이었으며, 그렇지 않으면 광범위한 공명이 발생해 관심 있는 저분자량 대사물 신호를 가렸다. 최적화된 샘플링 절차 도입 전후로 획득한 스펙트럼 비교 결과, 검출 가능한 파라핀 오일 신호가 거의 완전히 제거되어 대사물 공명을 가리는 광범위한 탄화수소 배경을 효과적으로 제거했습니다. 주로 알부민 단백질에서 기래하는 고대분자 간섭은 신뢰할 수 있는 스펙트럼 해석을 더욱 제한했습니다. 문헌에서 검증된 유효 T₂ 필터 지속 시간 64ms를 사용하여 구현된 CPMG 펄스 시퀀스는 ...
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저자들은 경쟁하는 재정적 이해관계가 없다고 선언합니다.
이 작업은 슬로베니아 연구혁신청(ARIS) [프로젝트 번호 P3-0327]의 지원을 받았습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 5 mm FEP 튜브 라이너 | SP Wilmad-LabGlass | 4682701 | 동축 NMR 내부 삽입물 |
| 5 mm NMR 튜브 | SP Wilmad-LabGlass | 535-PP-7-SB | 외부 튜브 |
| 6웰 배양 플레이트 | Oosafe | OOPW-SW02 | 배아 배양 접시 |
| 극저온 액체 질소 | Messer | 제조업체에 문의 | 샘플 급속 동결 |
| 중수산화물(D2O) | Eurisotop | D214L | NMR 용매 |
| 마이크로피펫(10–100 µL) | Eppendorf | 4924000053 | 조절 가능한 볼륨의 피펫 |
| 마이크로센트리퓨지 튜브, 1.5 mL, RNase 프리 | Eppendorf | N216966N | 샘플 수집 및 저장 |
| 미네랄 오일 | Vitrolife | VTL-10029 | 배양 액적 오버레이 |
| NMR 분광계, 600 MHz | Bruker | https://www.bruker.com/en/products-and-solutions/mr/nmr/avance-nmr-spectrometer.html | 스펙트럼 획득 |
| 파스퇴르 피펫 | Falcon | FAL-357575 | 액적 이동 |
| 단일 채널 기계식 피펫 | Sartorius | 728060 | 샘플 처리 |
| 무균 피펫 팁 | Eppendorf | 22491148 | 마이크로피펫과 호환 |
| 무균 필터 피펫 팁 | Sartorius | 790201F | 에어로졸 장벽 |
| 순차적 G-시리즈 배양 배지 | Vitrolife | VTL-10143 | 배아 배양 배지 |
| TMSP-d4 (나트륨 3-트리메틸실릴프로피오네이트-d4) | Cambridge Isotope Laboratories | DLM-48-1 | 화학 시프트 참조 |
| Safe-Lock 튜브 | Eppendorf | 0030121589 | 저장 튜브 |
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