Tutaj wprowadzamy metodę wykonywania okrągłych wstrzyknięć spermatyd (ROSI) u myszy, technikę o obiecujących zastosowaniach klinicznych i użyteczność do badania mechanizmów leżących u podstaw rozwoju embrionalnego.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Tutaj wprowadzamy metodę wykonywania okrągłych wstrzyknięć spermatyd (ROSI) u myszy, technikę o obiecujących zastosowaniach klinicznych i użyteczność do badania mechanizmów leżących u podstaw rozwoju embrionalnego.
Okrągłe plemniki, charakteryzujące się haploidalną zawartością genetyczną, reprezentują komórki prekursorowe dojrzałych plemników. Dzięki innowacyjnej technice iniekcji okrągłych plemników (ROSI) oocyty mogą być z powodzeniem zapłodnione i rozwinięte w zdolne do życia płody. Przełomowym kamieniem milowym osiągniętym w 1995 roku było narodziny pierwszego płodu myszy dzięki technologii ROSI. Od tego czasu ROSI stało się kluczowym narzędziem do odkrywania skomplikowanych mechanizmów rządzących rozwojem embrionalnym i ma znaczny potencjał w różnych zastosowaniach, w tym w przyspieszeniu generacji myszy i produkcji genetycznie zmodyfikowanych myszy. W 1996 roku osiągnięto kamień milowy, kiedy pierwszy ludzki płód urodził się dzięki technologii ROSI. Jednak kliniczne zastosowania tej metody wykazały zmienny wzorzec sukcesu i porażki. Do tej pory technologia ROSI nie znalazła szerokiego zastosowania w praktyce klinicznej, przede wszystkim ze względu na niską sprawność porodową i niewystarczającą walidację bezpieczeństwa płodu. Niniejszy artykuł zawiera wyczerpujące omówienie precyzyjnych metod wykonywania ROSI u myszy, mając na celu rzucenie nowego światła na badania podstawowe i ich potencjalne zastosowania kliniczne.
Końcowy etap spermatogenezy polega na przekształceniu okrągłego plemnika w pełnowartościowy plemnik, charakteryzujący się wyraźnymi strukturami głowy, szyi i wydłużonego ogona1. Transformacja ta obejmuje znaczące zmiany w morfologii komórki, takie jak kondensacja chromatyny w jądrze, zastąpienie histonów przez protaminę, tworzenie akrosomów, rozwój osłonki mitochondrialnej, migracja i utrata centrioli, tworzenie struktury ogona i usuwanie resztek komórkowych2.
W 1992 roku pierwszy ludzki płód został pomyślnie urodzony dzięki technologii iniekcji plemnika docytoplazmatycznego (ICSI)3. Od tego czasu naukowcy badają potencjał wykorzystania okrągłych plemników, które mają taki sam haploidalny skład genetyczny jak dojrzałe plemniki, do zapłodnienia oocytów i podtrzymania ciąż zdolnych do życia2,4. Następnie, w 1996 roku, dostarczono pierwszy ludzki płód poczęty za pomocą technologii okrągłego wstrzykiwania spermatydy (ROSI)5,6. Warto zauważyć, że badania z udziałem ICSI i ROSI u myszy pozostawały w tyle za badaniami na ludziach ze względu na podatność błony oocytów myszy na uszkodzenia podczas procesu iniekcji. Ten problem został pomyślnie rozwiązany dzięki wprowadzeniu urządzenia do łamania membrany piezoelektrycznej. W związku z tym w 1995 roku narodziła się pierwsza mysz poczęta w technologii ROSI. Dodatkowo, prowadzone są również badania nad ROSI u różnych innych zwierząt7,8.
Obecnie badania nad ROSI koncentrują się głównie wokół następujących aspektów: zastosowania klinicznego, wyjaśnienia mechanizmów i strategii zwiększających efektywność rozwojową, wraz z szerszymi zastosowaniami technologii ROSI. W kontekście zastosowań klinicznych, pomimo narodzin pierwszego ludzkiego płodu ROSI przez ROSI w 1996 roku, postęp był naznaczony serią sukcesów i porażek9,10,11,12. Do tej pory technologia ROSI nie osiągnęła powszechnego wdrożenia klinicznego, głównie ze względu na jej niską skuteczność i potrzebę dalszej walidacji pod kątem bezpieczeństwa płodów poczętych za pomocą technologii ROSI. Niepełne statystyki wskazują, że na całym świecie urodziło się mniej niż 200 ludzkich płodów poczętych przez ROSI. Punkt zwrotny w zrozumieniu potencjału technologii ROSI nastąpił w 2015 roku, kiedy Tanaka i współpracownicy poinformowali o udanym narodzinach 14 płodów dzięki technologii ROSI, wzbudzając ponowne zaufanie do jej klinicznego zastosowania i wykonalności13,14. Technologia ROSI jest bardzo obiecująca, jeśli chodzi o rozwiązywanie problemów związanych z biologią rozrodu, szczególnie u pacjentów z azoospermią nieobturacyjną. Oprócz zastosowań klinicznych, ROSI służy jako cenne narzędzie do badania skomplikowanych mechanizmów rozwoju embrionalnego15,16,17.
Przeprowadzono liczne badania na zwierzętach w celu zbadania podstawowych czynników przyczyniających się do niskiej skuteczności ROSI w osiąganiu pełnego rozwoju embrionalnego. Czynniki te obejmują wybór metod wspomaganej aktywacji oocytów (AOA) i ich czas, nieprawidłowości w stabilności genomu, a w szczególności nieprawidłowości w modyfikacjach epigenetycznych. Ważne jest, aby zdać sobie sprawę, że okrągłe plemniki są niedojrzałymi komórkami rozrodczymi, znacznie różniącymi się od dojrzałych plemników pod różnymi względami fizjologicznymi. Mizuki Sakamoto i współpracownicy wskazali, że H3K27me3, pochodzący z okrągłych plemników, jest związany z chromatyną, która jest mniej dostępna i prowadzi do upośledzenia ekspresji genów w zarodkach ROSI18. W powiązanym badaniu przeprowadzonym przez Jing Wang i współpracowników, defekty przeprogramowania w zarodkach ROSI w stadium przedjądrowym były głównie związane z nieprawidłową ekspresją kohorty genów odpowiedzialnych za aktywację mniejszego genomu zygotycznego19. Odkryli również, że wprowadzenie selektywnego euchromatycznego inhibitora metylotransferazy lizyny histonowej 2, A366, może potencjalnie zwiększyć ogólne tempo rozwoju około dwukrotnie.
Mysz jest jednym z najcenniejszych zwierząt modelowych do badania rozwoju embrionalnego. W tym artykule omówiono, jak wykonać ROSI na myszach. Ten kompleksowy protokół obejmuje wybór odpowiednich myszy, szczegółowe procedury indukcji owulacji, techniki AOA, techniki iniekcji oraz przygotowanie myszy zastępczych. Ponadto przedstawiono analizę porównawczą wpływu dwóch schematów iniekcji na efektywność porodu: AOA, a następnie ROSI (A-ROSI; pierwszy schemat) i ROSI, po którym następuje AOA (ROSI-A; drugi schemat). Naszym celem jest zachęcenie badaczy do przeprowadzania eksperymentów ROSI na myszach z większą precyzją, oferując solidniejsze wsparcie dla ich zastosowania klinicznego i podstawowych badań nad mechanizmami rozwoju embrionalnego.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
B6D2F1 (C57BL/6 x DBA/2), C57BL/6 i myszy ICR użyte w tym eksperymencie zostały zakupione od Beijing Vital River Laboratory Animal Technologies Co. Ltd. (Pekin, Chiny). Wszystkie zabiegi na zwierzętach były zgodne z procedurami i standardami eksperymentalnymi zatwierdzonymi przez Komisję Etyki Zwierząt Doświadczalnych Pierwszego Szpitala Uniwersytetu Jilin (numer zgody: 20200435).
1. Przygotowanie odpowiednich odczynników
2. Przygotowanie oocytów
3. Przygotowanie okrągłych plemników i plemników
4. Okrągła iniekcja spermatydu (ROSI)
5. Docytoplazmatyczne wstrzyknięcie plemnika (ICSI)
6. Wspomagana aktywacja oocytów (AOA)
7. Transfer zarodków
8. Analiza statystyczna
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Badania rozpoczęliśmy od analizy wpływu AOA na zdolności rozwojowe zarodków. Schematyczny rysunek projektu doświadczalnego przedstawiono w Rycina 1APrzed wstrzyknięciem plemnika oocyty poddano albo AOA (A-ICSI), albo pozostawiono w stanie nieleczonym (ICSI). Szczegółowe dane dotyczące rozwoju embrionalnego przedstawiono w Tabela 1Wyniki nie wykazały istotnych różnic w odsetku podziałów, odsetku blastocyst ani odsetku urodzeń pomiędzy grupą A-ICSI a grupą ICSI (P >...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wspomagana aktywacja oocytów
Krytycznym warunkiem wstępnym ROSI jest AOA, ponieważ same okrągłe plemniki nie mogą zainicjować aktywacji oocytów. Obecnie najbardziej ugruntowaną metodą u myszy jest użycie chlorku strontu23,24, podczas gdy najbardziej zaawansowana aplikacja u ludzi wykorzystuje aktywację elektryczną13,14. Duże znaczenie ma również czas aktywacji oocytów. Jak podano w l...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy deklarują brak konfliktu interesów finansowych lub innych.
Wyrażamy naszą wdzięczność Wenjie Zhao za jej nieocenioną pomoc w sortowaniu plemników za pomocą cytometrii przepływowej oraz Fang Wang za jej ekspertyzę w transferze embrionów myszy. Prace te otrzymały częściowe wsparcie ze strony Fundacji Nauk Przyrodniczych Prowincji Jilin (nr 1). YDZJ202301ZYTS461). Dziękujemy firmie Bullet Edits Limited za redakcję językową i korektę manuskryptu.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| CaCl22H2O | Sigma | C7902 | Przygotowanie CZB |
| Glukoza | Sigma | G6152 | Przygotowanie CZB |
| HEPES-Na (podstawowy) | Sigma | H3784 | Przygotowanie CZB |
| Hoechst 33342 | Beyotime | C1025 | FACS |
| ludzka gonadotropina kosmówkowa (HCG) | Ningbo Second Hormone Company | HCG | Leki wspomagające owulację |
| Hialuronidaza | Sigma | H3506 | Usuwanie komórek ziarnistych wokół oocytu |
| KCl | Sigma | P5405 | Przygotowanie CZB |
| KH2PO4 | Sigma | P5655 | Przygotowanie CZB |
| KSOMaa | Caisson Labs | IVL04-100ML | Pożywka zoptymalizowana pod kątem optymalnego spalania potasu uzupełniona aminokwasami |
| L-glutaminą | Sigma | G8540 | Przygotowanie CZB |
| M2 | Sigma | M7167-50ML | Płyn eksploatacyjny |
| MgSO47H2O | Sigma | M1880 | Przygotowanie CZB |
| Na2-EDTA2H2O | Sigma | E5134 | Przygotowanie CZB |
| NaCl | Sigma | S5886 | Przygotowanie CZB |
| NaHCO3 | Sigma | S5761 | Przygotowanie CZB |
| Mleczan 60% syrop d = 1,32 g/L | Sigma | L7900 | Przygotowanie CZB |
| Na-pirogronian | Sigma | P4562 | Przygotowanie CZB |
| Końcówki do wierteł piezoelektrycznych (ICSI) | Eppendorf | piezoXpert | Pęknięcie błony piezoelektrycznej |
| gonadotropina surowicy klaczy w ciąży (PMSG) | Ningbo Second Hormone Company | PMSG | Leki wspomagające owulację |
| PVA | Sigma | P8136 | Przygotowanie CZB |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.