W naszym laboratorium osiągnęliśmy wskaźnik zapłodnienia na poziomie 89,57% oraz wskaźnik rozwoju do stadium 2 komórek na poziomie 87,38%, stosując metodę ICSI z wykorzystaniem plemników z ogona najądrza u myszy. Wskaźnik urodzeń potomstwa po transferze embrionów (ET) wynosi około 42,50%. Co istotne, wszystkie wskaźniki zapłodnienia, wskaźniki rozwoju do stadium 2 komórek oraz wskaźniki urodzeń potomstwa są porównywalne z poziomami osiąganymi w ludzkiej medycynie wspomaganej prokreacji (ART), co umożliwia kompleksową symulację różnych etapów technik ludzkiej ART na modelu mysim. Dalsze szczegóły przedstawiono w Tabeli 1 i Tabeli 2. Podczas procesu wzrostu i rozwoju nie odnotowano istotnych wahań poziomu glukozy we krwi na czczo między myszami urodzonymi naturalnie a myszami uzyskanymi metodą ICSI (Rysunek 2). Jednakże samce myszy ICSI wykazywały stale wysokie poziomy glukozy we krwi na czczo przez cały okres trwania eksperymentu (Rysunek 3), co wskazuje na zaburzenie homeostazy glikemii na czczo. Co ciekawe, u samic myszy ICSI nie zaobserwowano zmian w porównaniu z grupą kontrolną. W teście tolerancji glukozy (GTT) poziom glukozy we krwi wykazał istotną różnicę między samcami myszy ICSI a grupą kontrolną (Rysunek 4), natomiast u samic nie stwierdzono takiej różnicy. Wyniki te sugerują, że potomstwo uzyskane za pomocą technologii ICSI może cierpieć na cukrzycę, a wynik ten jest powiązany z płcią. Chociaż samice myszy nie wykazały fenotypu cukrzycowego, fenotyp nadwagi był spójny zarówno u samców, jak i samic myszy ICSI (Rysunek 5).
Stosując opisany tutaj protokół wstrzykiwania plemników do cytoplazmy (ICSI), osiągnęliśmy wysoki poziom zapłodnienia i rozwoju embrionów u myszy. W reprezentatywnym eksperymencie 89,57% oocytów zostało zapłodnionych po zabiegu ICSI, co potwierdzono poprzez obecność dwóch jąder komórkowych. W 24 h po ICSI 87,38% zygot rozwinęło się do stadium embrionu dwukomórkowego. Po transferze embrionów do samic biorców wskaźnik urodzeń żywych młodych wyniósł 42,50% (wyniki pozytywne). Wykorzystując zoptymalizowany protokół wstrzykiwania plemników do cytoplazmy (ICSI) opisany w niniejszej pracy, efektywnie uzyskaliśmy potomstwo z mysich oocytów i plemników. Co istotne, dokładna charakterystyka zwierząt uzyskanych drogą ICSI wykazała zaburzenia metaboliczne przy braku wyraźnych wad rozwojowych.
W porównaniu z kontrolnymi myszami z naturalnego rozrodu, samce, ale nie samice myszy ICSI, wykazywały zaburzenia homeostazy glukozy, co objawiało się podwyższonym poziomem glukozy we krwi na czczo (Rysunek 3) oraz zmniejszoną tolerancją glukozy w testach tolerancji glukozy przeprowadzonych poprzez podanie domięśniowe (Rysunek 4). Zmiany te mogą wynikać z niedoborów reprogramowania podczas zapłodnienia za pomocą metody ICSI lub subtelnych anomalii genetycznych/epigenetycznych powstałych w wyniku manipulacji plemnikami.
Dodatkowo, zarówno samce, jak i samice myszy poddanych ICSI wykazały zwiększoną masę ciała w porównaniu z grupami kontrolnymi (Rysunek 5), co sugeruje skłonność do otyłości. Chociaż technika ICSI u myszy wiarygodnie modeluje wyniki ICSI u ludzi, zaobserwowane fenotypy metaboliczne podkreślają potrzebę ostrożnej interpretacji wyników uzyskanych z modeli zwierzęcych ICSI. Kompleksowa ocena wzrostu, stanu zdrowia i zachowania jest niezbędna, aby określić przydatność myszy ICSI do dalszych zastosowań.
Wzięte razem, dane te ilustrują użyteczność protokołu ICSI u myszy w celu efektywnego pozyskiwania potomstwa do badań, jednocześnie podkreślając znaczenie dokładnej oceny wyników fenotypowych u zwierząt pochodzących z ICSI. Obserwowane w tym przykładzie specyficzne dla płci nieprawidłowości metaboliczne podkreślają potrzebę ostrożnej interpretacji wyników uzyskanych z modeli mysich ICSI.

Rysunek 1: Schemat przygotowania naczynia do wstrzyknięcia plemnika do cytoplazmy wewnątrzkomórkowej u myszy. Pokrywkę naczynia do hodowli komórek podzielono na połowę górną i dolną. Połowa górna zawierała krople 10% roztworu poliwinylopirolidonu do umieszczenia plemników. Połowa dolna zawierała krople medium M2 do przeprowadzenia procedury ICSI. Wszystkie krople zostały przykryte olejem mineralnym, aby zapobiec odparowaniu. Taki układ naczynia umożliwił sekwencyjny transfer plemników i oocytów między kroplami PVP a M2 w celu przeprowadzenia procesu ICSI. Rozdzielone obszary zapobiegały mieszaniu się mediów podczas procedury. Skróty: ICSI = wstrzyknięcie plemnika do cytoplazmy wewnątrzkomórkowej; PVP = poliwinylopirolidon. Aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku, kliknij tutaj.

Rycina 2: Cotygodniowe losowe poziomy glukozy we krwi u myszy kontrolnych z naturalnego rozrodu (n = 5) oraz myszy ICSI (n = 5) podczas rozwoju postnatalnego. Poziomy glukozy we krwi mierzono co tydzień po całonocnym poście z żyły ogonowej myszy kontrolnych i ICSI za pomocą glukometru. Dane przedstawiono jako średnia ± SEM. Istotność statystyczną oceniono za pomocą dwuczynnikowej analizy wariancji (two-way ANOVA), ns, P > 0.05. Skróty: SEM = standardowy błąd średniej; ICSI = wstrzyknięcie plemnika do cytoplazmy; ns = nieistotne; NM = kopulacja naturalna. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.

Rysunek 3: Tygodniowe poziomy glukozy w krwi na czczo u myszy kontrolnych z naturalnego rozrodu (n = 7 dla samców, n = 7 dla samic) oraz myszy poddanych procedurze ICSI (n = 7 dla samców, n = 7 dla samic) podczas rozwoju postnatalnego. Po całonocnym poście co tydzień mierzono poziom glukozy w krwi pobranej z żyły ogonowej myszy kontrolnych i myszy poddanych ICSI przy użyciu glukometru. Zaobserwowano, że samce poddane ICSI, ale nie samice, wykazywały znacznie podwyższone poziomy glukozy w krwi na czczo w porównaniu do dopasowanych pod względem płci kontroli, zaczynając od 8. tygodnia życia. Dane przedstawiono jako średnia ± SEM. Istotność statystyczną oceniono za pomocą dwuczynnikowej analizy wariancji ANOVA, ns, P > 0,05, ***P < 0,001, ****P < 0,0001). Skróty: SEM = błąd standardowy średniej; ICSI = wstrzyknięcie plemnika do cytoplazmy; ns = brak istotności; NM = naturalne zapłodnienie. Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 4: Dożylny test tolerancji glukozy u myszy samców z grupy kontrolnej z naturalnego rozrodu (n = 5) oraz myszy samców poddanych procedurze ICSI (n = 5) w wieku 16 tygodni.Po nocnym poście myszy otrzymały dożylny zastrzyk z glukozą (2 g/kg masy ciała). Poziomy glukozy we krwi mierzono następnie w 0, 30, 60 i 120 min po wstrzyknięciu. Samce poddane procedurze ICSI wykazały istotnie wyższe poziomy glukozy we krwi w 30, 60 i 120 min podczas IPGTT w porównaniu z grupą kontrolną z naturalnego rozrodu. Dane przedstawiono jako średnia ± SEM. Analizy przeprowadzono za pomocą dwuczynnikowej analizy wariancji (two-way ANOVA). ns, P > 0.05. *P < 0.05. Skróty: IPGTT = dożylny test tolerancji glukozy; SEM = standardowy błąd średniej; ICSI = wstrzyknięcie plemnika do cytoplazmy komórki jajowej; ns = nieistotne; NM = naturalny rozród. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 5: Monitorowanie masy ciała myszy z grupy kontrolnej rozmaniajanej naturalnie (n = 5 samców, n = 5 samic) oraz myszy poddanych procedurze ICSI (n = 5 samców, n = 5 samic) od 4. do 20. tygodnia życia. Pomiary tygodniowe wykazały, że zarówno samce, jak i samice myszy poddanych procedurze ICSI wykazywały znacząco zwiększoną masę ciała w porównaniu z odpowiadającymi im pod względem płci grupami kontrolnymi, poczynając od 8. tygodnia życia. Dane przedstawiono jako średnia ± SEM. Analizy przeprowadzono przy użyciu dwuczynnikowej analizy wariancji (two-way ANOVA). ***P < 0.001. ****P < 0.0001. Skróty: SEM = standardowy błąd średniej; ICSI = wewnątrzcytoplazmatyczne wstrzykiwanie plemników; ns = nieistotne statystycznie; NM = kopulacja naturalna. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
| Oocyty | Zygoty | Wskaźnik zapłodnienia (%) | Stadium 2-komórkowe | Wskaźnik stadium 2-komórkowego (%) | Stadium 4-8 komórkowe | Wskaźnik stadium 4-8 komórkowego (%) | Morula | Wskaźnik morula | Blastocysty | Wskaźnik blastocyst |
| Plemniki z ogona naskórka ICSI1 | 90 | 84 | 93.33 | 76 | 90.48 | 72 | 85.71 | 69 | 82.14 | 64 | 76.19 |
| Plemniki z ogona naskórka ICSI2 | 80 | 72 | 90 | 62 | 86.11 | 59 | 81.94 | 53 | 73.61 | 46 | 63.89 |
| Plemniki z ogona naskórka ICSI3 | 60 | 50 | 83.33 | 42 | 84 | 37 | 74 | 32 | 64 | 28 | 56 |
| Suma | 230 | 206 | 89.57 | 180 | 87.38 | 168 | 81.55 | 154 | 74.76 | 138 | 66.99 |
Tabela 1: Wyniki rozwojowe po ICSI u myszy.Skrót: ICSI = wstrzyknięcie plemnika do cytoplazmy komórki jajowej.
| Nie. | Liczba transferowanych embrionów | Liczba urodzeń (%) | Samiec | Kobieta | Współczynnik urodzeń (%) |
| 1 | 6 | 3 | 3 | 0 | |
| 2 | 6 | 1 | 1 | 0 | |
| 3 | 5 | 2 | 0 | 2 | |
| 4 | 8 | 4 | 2 | 2 | |
| 5 | 8 | 2 | 1 | 1 | |
| 6 | 7 | 5 | 3 | 2 | |
| Suma | 40 | 17 | 10 | 7 | 42.5 |
Tabela 2: Wyniki narodzin po transplantacji macicznej embrionów mysich uzyskanych metodą ICSI.Skrót: ICSI = wstrzyknięcie plemnika do cytoplazmy komórki jajowej.