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Developmental Biology

人类囊胚活检和细胞化

Published: July 26, 2019 doi: 10.3791/59625

Summary

需要进行胚泡活检和保并口授,以便有效地进行植入前基因检测。一种方法,导致在授精后的第5-7天连续打开区域细胞和检索7-8个营养细胞,限制了所需的操作次数和胚胎在次优环境条件下的暴露。

Abstract

在IVF周期内进行胚泡活检,通过植入前基因测试获得可靠的基因诊断。然后,理想的工作流程需要一个安全有效的牙化协议,由于诊断技术的周转时间,并在下面的自然周期中在生理子宫内膜上移植选定的胚胎。活检方法包括连续打开区域细胞和检索5-10个营养细胞(理想情况下为7-8)限制所需的操作数量和胚胎在次优环境条件下的暴露。经过适当的训练后,该技术在不同的操作者之间可重复活检的时间(±8分钟,根据每盘的胚胎数量进行活检3-22分钟),获得结论性诊断(+97.5%)和玻璃化加热的花体胚泡转移后活产率(>40%)。活检、硝化和变暖后的存活率高达99.8%。气候变暖后1.5小时的再膨胀率高达97%,主要取决于活检和抗化(理想情况下为±30分钟)、胚泡形态质量和活检日之间的时间。一般来说,最好对坍塌的胚泡进行压化;因此,在非PGT周期中,可以进行激光辅助人工收缩,以诱导胚胎在冷冻保存前崩溃。最有希望的未来观点是,在胚泡培养后对IVF培养基进行非侵入性分析,作为胚胎DNA的假定来源。然而,这种潜在的前卫仍在调查之中,还需要定义和验证一个可靠的协议。

Introduction

现代人类胚胎学的主要目标是使每个刺激周期的活产数量最大化,并降低成本、时间和实现怀孕的努力。为了实现这一目标,应采用经验证的胚胎选择方法,在IVF周期中获得的一组胚胎中确定具有生殖能力的胚胎。根据最新证据,胚泡培养1结合全面的染色体检测和玻璃化加热的幼倍体胚胎移植(ET)是提高IVF效率的最有效框架2。显然,非倍体试验需要胚胎标本,目前主要代表从营养素(TE)中检索到的细胞,即囊胚中给予妊娠期间胚胎附件(例如胎盘)来源的部分.除了核类型分析,还可以从TE活检中评估单个基因突变,作为称为植入前基因测试的临床策略的一部分(PGT;-A用于非倍体,-SR用于结构染色体重组,-M用于单源性疾病)。其他卵母细胞/胚胎活检方法在过去几十年中已被进行解剖和临床采用,即极性身体活检和卵波粒活检。然而,现在减少了它们的使用,因为它们的程序性缺陷(例如,更高的工作量和生殖影响的风险)和诊断限制(例如单细胞分析问题)隐含地阻碍了成本、风险和好处(有关审查,请参阅3)。

在本文中,对TE活检的主要方案之一以及随后所需的保质化、加热和转移程序进行了详尽描述。此处概述的工作流非常适合繁忙的 PGT 单元。

如我们组4,5前面所述,该过程涉及完全扩张的胚泡的分子的连续打开和去除少数TE细胞(平均7-8)。与第3天激光辅助孵化为基础的胚泡活检方法6相比,这个程序可以简化IVF单元的日常时间表,其中必须及时执行诸如胚泡活检和葡萄光化等精细程序。一旦胚泡达到其完全膨胀,活检可以通过选择TE细胞进行去除,从而防止内细胞质量(ICM)的增生风险,否则会使手术具有挑战性。在文献中,也描述了胚泡活检的第三个方案,即一旦胚胎到达胚泡阶段,在手术5、7前几个小时进行激光辅助孵化。然而,这种方法更耗时,主要适合在经验有限的操作员手中实施TE活检的IVF单元,并且考虑到日工作量适中。

如果旨在进行IVF中的遗传分析,则细胞内体精子注射(ICSI)8应该是一种综合技术。同样,一个适当的培养系统,安全地将胚胎收获到胚泡阶段,对于实施TE活检策略也至关重要。足够数量的培养箱,以及使用低氧张力是这个目的的关键先决条件,不损害胚泡率9。同时,需要一个有效的冷冻保存程序来安全地管理PGT周期。在过去的十年中,牙化的实施提高了胚胎的存活率,甚至高达>99%10,11。这提供了足够的时间进行基因测试,并将胚胎移植推迟到下面的月经周期,在非刺激和可能更容易接受的子宫内膜12。

TE 活检和 Vitaita 化都是要求严格技能的任务,其有效性可能因经验不足的操作员而异。因此,在允许每个操作员临床执行这些程序之前,提倡一个特定的培训期;此外,应定期通过监测冷冻保存和活检程序的关键绩效指标(KPI)来评估操作人员技能的维持情况。每个IVF诊所应为此设置内部KPI,其中必须近似于国际财团公布的KPI和/或参考实验室公布的结果。

TE 活检、保质化加热和见证程序是我们部门验证的技术,这些技术已在之前三份出版物 11、13、14 中报告的所有操作员中标准化.

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Protocol

这里描述的人类胚泡活检方案遵循了G.EN.E.R.A.人类研究伦理委员会的指导方针。

注:有关所需材料,请参阅材料表。所需材料包括实验室鞋类和服装、外科面罩、头发罩、手术手套、永久无毒标记物、钳子和消毒剂。使用手术服,一次性手术手套,面罩,头发盖是强制性的,以防止污染的风险。在开始任何程序之前,必须使用实验室消毒剂(例如 Oosafe)彻底清洁所有工作区域以及涉及流程的设备。使用的所有消耗品和介质应无菌,并单独包装或无损。建议使用专用工作站进行活检和管道检查,并限制仅对参与手术的操作员(胚胎学家和证人)进入该区。

1. 在活检程序前一天的准备

  1. 准备活检后文化菜。
    1. 将6滴20μLIVF培养基(材料表)放入IVF培养皿中,并覆盖6 mL的预热矿物油,用于胚胎培养(材料表)。
    2. 在每个滴中再添加 10 μL IVF 培养基。在受控大气中在37°C下孵育过夜(5% O2,6% CO2)。
  2. 准备一个IVF盘4孔盘,用于活检后洗刷胚泡。
    1. 将600μL的IVF培养基放在前两口井中,并覆盖300μL的预加热矿物油,用于胚胎培养。
    2. 在受控大气中在37°C下孵育过夜(5% O2,6% CO2)。
  3. 在每个 PCR 管中分配 1.5 μL 的加载溶液 (材料表),用于 TE 细胞管,旋转,并将其保持在 4°C。

2. 活检程序日的准备工作

  1. 准备活检盘。
    1. 在IVF培养盘中连续放置3滴10μL HEPES缓冲培养基(辅以人血清白蛋白)(材料表)。
    2. 根据可用的胚泡数量(每盘最多4个胚泡)重复步骤1.1.1,并覆盖6 mL的预加热矿物油,用于胚胎培养。
    3. 在进行活检手术之前,在37°C下孵育该菜至少1小时。

3. 胚泡选择和分级

  1. 根据其膨胀和ICM和TE的形态外观对胚泡进行分级(图1)。
    注:
    评分标准改编自加德纳和学校工艺15,以前由卡帕尔博等人和西马多莫等人4,11描述。
    1. 定义大小和扩张等级为:A 表示完全孵化的胚泡,B 表示孵化胚泡,C 表示完全膨胀的胚泡,D 表示未膨胀的胚泡(这些胚胎只有在直到第 7 天未进一步扩张时才进行活检)。
    2. 定义 ICM 等级:1 表示具有多个严格包装的单元的显著 ICM;2 用于可识别多个但包装大致的细胞;3为难以区分与极少数低质量细胞。
    3. 定义 TE 等级如下:1 表示具有多个细胞的组织良好的上皮;2 用于细胞很少的松散上皮;3 用于少数和/或大型低质量细胞。

4. 营养学活检

  1. 对所有可行的完全膨胀的胚泡(最好是尺寸和膨胀的 C 级)执行 TE 活检。
  2. 为每个活检程序设置固定和活检移液器。活检移液器的建议如下:30 μm 内径、35° 弯曲角度、0.75 mm 距离尖端弯曲。
  3. 用病人的详细信息(妇女的姓名、出生日期和身份证)给活检盘贴上标签,然后用胚胎和循环ID对每滴进行编号。使用永久无毒标记。
  4. 用300μm剥离移液器将胚泡转移到活检盘的第一滴,并冲洗,以去除培养基的过剩。然后在活检盘的第二滴中移动胚泡。
  5. 将培养皿移到倒置显微镜上,将活检移液器从活检盘的第三滴中吸出一些介质。
  6. 以 20 倍的放大倍率,定向胚泡,以便清晰查看 ICM。当它在7点钟(与要移除TE细胞的区域相反)可视化时,将胚胎固定在保持移液器上(图2a)。
  7. 聚焦在zona的盆腔上,确定移液器和胚泡都在同一个焦点平面上。
  8. 切换到激光目标(脉冲时间 0.3 ms,6.5 μm),并将激光笔定位在 ICM 对一侧的 zona pellucida 上。通过 2⁄3 激光脉冲钻取子状球(图2b)。
  9. 轻轻地将活检移液器压在 zona pelucida 上,并吹一些介质穿过断裂,将 TE 细胞从内部表面分离,并加速胚泡崩溃(图 2c)。
  10. 一旦TE分离(图2d),通过孔进入(如果需要,用最后一个激光脉冲使其更宽),并吸出少数TE细胞(理想情况下为7+813,16)进入活检移液器与温和的吸力(图2e)。
  11. 在施加适度吸力以拉伸目标细胞时,稍微向后移动活检移液器(图2f)。
  12. 将激光定向到吸气细胞最薄的部分,并在细胞之间的结处发射2+5个激光脉冲,将目标细胞与胚胎体分离(图2g)。激光脉冲的时序和脉冲数可根据胚泡的质量进行调整;然而,尽量减少它们,以避免细胞外小孔。
  13. 在TE片段从胚泡中分离出来(图2h)后,将其释放到远离胚泡的相同活检滴中。这是需要防止他们再次被吸入活检移液器(图2i)。
  14. 从保持移液器中释放胚泡,并迅速升起两个移液器,以防止碎片粘附在液器上。
  15. 为质量控制目的拍摄活检片段的图片(图3)。
    注:如果每个程序要活检一个以上,每个活检盘最多4个,用新活检移液器更换,以防止胚胎之间的交叉污染。
  16. 重复步骤 4.1_4.13。
  17. 将活检盘移回层流罩。
  18. 用夫妇ID标记活检后培养皿,每滴都带有胚胎和周期ID。
  19. 在证人在场的情况下,用干净的IVF介质冲洗胚泡,最后将其移动到活检后盘的相应滴。
  20. 在受控环境中(37°C,6% CO 2,5% O2)活检后培养皿移到培养箱,直至进行硝化。建议在活检程序后 30 分钟内进行葡萄化,以防止胚泡重新膨胀。

5. 管状

注:整个过程必须在证人在场的情况下进行,并在室温下在层流罩内进行。在此过程中,将 PCR 管放在冰上的冷管架上(补充图 1)。

  1. 用永久无毒标记标记 PCR 管。
    注:标签应按照基因实验室的要求进行。一般来说,患者的姓名和姓氏(首字母缩写)、夫妇ID、胚胎和周期ID(例如:JD 12345 1.2,用于属于Jane Doe的二周期胚胎N.1,其夫妇ID为12345)。胚胎 ID 也应在管体上用字母报告。
  2. 将60 mm x 15 mm培养皿(管盘)的盖子与活检胚胎的标识(补充图1)贴上标签,并在其中制备两滴10μL的活检洗涤液(材料表)。
  3. 用一些活检洗涤液从管盘的第二滴中给140μm剥离移液器充油(补充图1)。
  4. 将活检盘置于立体显微镜下,轻松可视化 TE 片段。
  5. 在TE片段上轻轻释放一些活检洗涤溶液;然后,将其加载到剥离移液器中。
  6. 将 TE 片段移到管盘中第二滴活检洗涤溶液,并仔细冲洗 2⁄3 次。
  7. 使用装载溶液将 TE 片段转移到 PCR 管的底部(之前标记后),注意避免用剥离移液器的尖端接触其墙壁。
  8. 对每个 TE 片段重复步骤 5.3 到步骤 5.7 的过程,注意为每个 TE 片段使用新的毛细管。
  9. 在管道程序结束时,将所有 PCR 管放入小型离心机中,然后旋转几秒钟。
  10. 将样品储存在-20°C,直到将它们运送到转诊基因实验室进行检测。

6. 胚泡式化

  1. 在TE活检30分钟内,Vitrify崩塌的胚泡,以防止其再次扩张。
  2. 用女性的细节和必须玻璃化的胚泡的识别标记玻璃化板。
  3. 用妇女的姓名、夫妻身份证、将加载在它的胚胎的身份证以及手术日期,标记牙化支持。使用特殊的低温标签,即使在极低的温度下(-196 °C),也能保持其完整性。
  4. 在室温下,为每个将玻璃化的胚泡分配0.3 mL的平衡溶液(ES)(材料表)。
  5. 在证人在场的情况下,使用 300 μm 剥离移液器在 ES 中移动胚泡。
  6. 将胚泡留在 ES 中 13-15 分钟。在体积初始收缩后,将观察到逐渐的再膨胀。
  7. 用液氮 (LN2) 填充小型冷却架,并将其置于层流罩下。
  8. 在第二口井中分配300 μL的硝化溶液(VS)(材料表)。胚泡完全重新膨胀后,将其在VS溶液中转移1分钟,并冲洗以稀释ES。
  9. 在证人在场的情况下,将胚泡加载到硝化支架上,并注意去除 VS 的过剩。一个微妙的解决方案膜应该包围胚泡。
  10. 将硝化支撑插入 LN2并大力移动,以降低靠近试样气泡形成的风险。
  11. 放置保护盖,同时保持在 LN2中浸入的硝化支架。
  12. 在见证人在场的情况下,在长期 LN2储罐中移动保化支架。

7. 非活检的人工收缩

  1. 如果未进行 TE 活检,则在化化前立即人工折叠胚泡(图 4)。
    1. 将培养皿从培养箱移到倒置显微镜上,并聚焦在选定的胚胎上。
    2. 切换到激光目标(预设脉冲:0.3 ms,6.5 μm),将区域球位对准ICM的另一侧,然后将1⁄2激光脉冲定向到与ICM安全距离处的TE细胞之间的结处。胚泡应在5分钟内坍塌。
  2. 继续按照第 6 节所述对折叠的胚泡进行压化。

8. 可转移的胚泡加热

  1. 在 ET 当天,通过为每个孔放置 600 μL 的预平衡 IVF 培养基,准备 ET 4 孔板。在受控大气中(5%O 2,CO2)在37°C孵育,同时进行胚泡加热。
  2. 用妇女的名字和姓氏,夫妇ID,胚胎的ID,将加热在其中标记加热的加热菜。
  3. 在IVF单井盘中分配1mL的解冻溶液(TS)(材料表),在开始手术前在恒温器中加热至37°C至少1小时。
  4. 用 LN2填充小型冷却支架,并将其放置在靠近工作区的层流罩中。
  5. 在开始手术之前,请检查有关硝化支架报告的胚泡信息。所有的D应该匹配遗传报告和胚泡加热必须选择在可转移的。在手术过程中需要证人。
  6. 从恒温器中拿出含有加热TS的单井盘,放在立体显微镜下的加热舞台上。
  7. 使用钳子将保护盖拉过 LN2内。
  8. 快速将硝化支架的尖端插入 37 °C TS。
  9. 在微观观察下,轻轻移动葡萄光支撑,直到胚泡从尖端释放出来。
  10. 在 TS 中总共离开胚泡 1 分钟,注意将其保持在 TS 底部。
  11. 在室温下,在硝化板的第一口井上分配200 μL的稀释溶液(DS)(材料表)。
  12. 将胚泡转移到DS,并将其放置在井底,同时在井顶部释放一些TS,以创建一种梯度。保留 3 分钟。
  13. 在 2 个不同的井(WS1 和 WS2)中分配 200 μL 的洗涤溶液 (WS)。
  14. 将胚泡转移到 WS1 并将其放在井底,同时在井顶部释放一些 DS 介质。然后将胚泡转移到 WS2,使其不受干扰 1 分钟。
  15. 用女性的姓名、夫妻身份证、胚胎的身份证在加热后ET牌上贴上标签。
  16. 在证人在场的情况下,将加热的胚泡转移到加热后ET板中的预平衡培养基。
  17. 在 ET 板的第一个孔中冲洗胚泡并将其放在第二孔中。
  18. 在受控环境中(37°C,6% CO 2,5% O2)将加热后培养皿转移到培养箱,并在检查其存活和再膨胀之前将胚泡培养至少1.5小时。
    注:图 5显示了退化、低温生存但不重新膨胀和低温生存和完全膨胀的胚泡的示例。

9. 胚胎移植

  1. 要执行 ET,将培养皿放在层流罩的加热台上,这样胚胎在显微镜下以较低的放大倍率可见。
  2. 服用约0.4 mL的IVF培养基。将注射器尖端牢固地固定到内部导管的接收端,然后释放介质,至 0.1 mL。
  3. 吸气培养基,直到观察进入导管的胚胎(最小量的介质:10~15 μL)。
  4. 将导管放入塑料盒中,然后进入手术室,并将内部导管放入外部导轨中。
  5. 到达子宫后,推动注射器柱塞释放胚胎。非常缓慢地释放介质,直到柱塞读数为 0.1 mL。
  6. 把导管带回实验室,在显微镜下检查胚胎已经转移。

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Representative Results

图 6显示了活检程序的所有结果方案,可用于标准化协议并监控每个操作员的性能。主要程序结果是完成活检/活检的时间;主要技术结果是基因测试后产生的图的质量,可能导致结论性或无结论性诊断,后者要求对未诊断的胚泡进行重新活检;主要生物结果是变暖后的低温生存率和再膨胀率与退化率;最后,主要临床结果为玻璃化加热胚泡转移后的活产率。在以前的三项研究中,我们报告了在中心为技术、生物和临床结果11、13、16定义的KPI。下面,我们报告如何定义活检时间的 KPI。此外,还研究了活检和硝化时间对高倍体胚泡后行为的假定影响。

在2年内,7名操作者共进行了1,544次营养活检(表1)。然后,所有活检的胚泡被移回培养箱,进入活检后培养皿,直到进行点化。所有相关数据都在关系数据库中收集。活检的所有时间以及活检和Vitital之间的时间都是从IVF电子见证系统的软件中追溯获得的。然后导出数据并分析数据以进行统计。

营养活检和保质加热后,高倍体胚泡的低温存活率为N = 571/572,99.8%。变暖后1.5小时的再膨胀率为N = 556/571,97.4%。在15个未重新扩张的胚泡中,有1个在子宫内移植后导致活胎。玻璃化加热的幼倍体单胚泡转移后的活产率为N=227/572,39.7%。

活检的理想时间的定义

表1汇总了进行活检的相关数据。总体而言,1.89 × 1.03 (范围 1-4) 胚泡在 8.24 × 4.23 分钟 (范围 3-22) 中每程序进行活检。活检的平均时间各不相同,因为每个程序的胚泡活检次数各不相同,从在培养皿中只放置一个胚胎时至少5.78 ~2.94分钟(范围3-16),到胚胎顺序活检时最大12.93~4.43分钟(范围6-22)re 4.另一个相关的参数是参与该过程的操作员:最专业的(N = 443 程序)是最快的(7.41 × 3.6 分钟,范围 3-22),而经验最少的 (N = 42) 是最慢的 (14.19 = 4.24 分钟,范围 6-22)。事实上,一个广义的线性模型,包括"每个程序活检的胚泡数"和"操作者"变量,用R2 = 0.48和功率= 1完美地解释了"活检的定时"。此分析有助于定义,理想情况下 #6 分钟对于胚泡活检程序来说,当只在培养皿中放置胚胎时,则只需 9 分钟、+12 分钟和 13 分钟,分别为 2、3 和 4 个胚泡。显然,整个过程还需要将胚胎从培养皿转移到活检盘,从后一种活检培养皿转移到手术后的活检培养皿,以及改变连续活检之间的活检移液。

图 7绘制了每个操作员在研究三个月(从第 1st到 8)进行活检的平均时间。虚线红线表示平均总值 8.24 分钟。这样的图形对于监测每个从业者的平均表现非常有用。例如,最专业的运算符(1 和 2)显示此时间不断下降,这表明学习曲线的典型趋势。所有从 3 到 6 的运算符在三个月期的平均总体值周围的表现都足够稳定。每当它们在给定三个月的平均值中显示峰值时(例如,在 7三分之一的三分之一期中,操作员 3 在 6第三孕期,操作员 4 在 3rd trim),他们都会被警告以修正其性能。操作者7(即经验最少的)显示了刚刚完成训练胚胎学家的典型时间。可能,他/她将满足实验室内部的标准,因为专业知识将会增加。

重要的是,活检的时间在重新扩张时相似,在1.5小时从变暖时不重新扩张的花体胚泡(9.52 ± 4.23分钟,范围 3-22 对 10.5 ± 5.68 分钟,范围 4-22;t-test = 0.37)。可能,植入(N = 229)和未植入(N = 343)玻璃化加热的蛋白开体胚泡也显示可比活检时间(9.77 ± 4.15 分钟,范围 3-22 与 9.41 = 4.36 分钟,范围 3-22;t-test = 0.39)。可能的话,一个时间+22分钟活检多达4个胚泡不会影响胚胎在变暖后的行为。因此,我们将此值定义为最大阈值。

同样,正如先前已报告13(补充表1)所示,不同活检业者在活生生率方面没有差异。

监测每个操作员性能的另一个重要参数是诊断后无结论结果的发生率,这应该尽可能接近每个实验室的一般性能。理想情况下,这个比率不应超过2.5%,并可能随着时间的推移而减少,由于在活检和管道程序16的专业知识增加。根据前两项研究13、16,要检索的TE细胞的目标数量为7-8。为此,建议为质量控制目的拍摄活检片段的图片(参见图 3中的一些示例)。在诊断无定论的情况下,可以检查这种图像,以评估原因是否可归于片段的尺寸/质量(即分子分析的低质量)、管(即DNA扩增失败)或在基因实验室中处理样品。

活检和硝化之间理想时间的定义

在研究期间,572个蛋白开体胚泡在诊断出欧倍体后被加热进行胚胎移植。图8A显示,每个加热的胚泡呈黑色圆圈,分布在活检和抗比之间不断增加的时间,并根据调查结果分两组:在1.5小时内重新膨胀或未重新膨胀。变 暖。所有胚泡 (N = 117/117) 在 30 分钟内玻璃化, 97.6%(N = 245/251)的胚泡在31-90分钟之间,和95.1%(N = 194/204)的胚泡玻璃化超过90分钟重新膨胀(无再膨胀率:0%,2.4%和4.9%)。因此,我们设置 30 分钟和 90 分钟作为活检和 Vitaisa 化之间的早期和后期阈值。

图8B显示了三组(±30分钟、31-90分钟、>90分钟)的再扩增速率,根据胚泡质量和植入前发育日进一步分聚。尤其对于质量差和/或第7天胚泡,活检和伏化之间的时间对于在变暖后实现再膨胀似乎至关重要。具体来说,在活检与胚泡在90分钟以上被增生30分钟内,在胚泡中,在胚泡质量和活检日中,在加热后重新膨胀的赔率为3.05(95%CI 1.01-9.4,p=0.05)。相反,这两个阈值之间的时间段(31-90 分钟)表示一个灰色区域,可能产生影响,也可能没有影响。

15个未重新扩张的胚泡中只有1个在转移后导致活胎。因此,最后根据活检和抗化之间的时间,研究了在三组聚集的暖化单胚泡转移后实现的活产率。最高活产率是通过从营养素活检(N = 56/117,47.9%)转移蛋白胚泡细胞毒性±30分钟来实现的。然而,与在31至90分钟(N = 92/251,36.7%)之间被玻璃化的胚泡的相同结果相比,这一结果没有达到统计意义;费舍尔的精确测试 = 0.06),或与胚泡玻璃化 >90 分钟从活检 (N=81/204, 39.7%;费舍尔的精确测试 = 0.16)。因此,对胚泡生殖能力的负面影响可以忽略不计,或者此数据集(N = 572)中的样本大小不足以达到统计显著性。

Figure 1
图1:胚泡分级参数。膨胀: (A) 完全孵化, (B) 在孵化中, (C) 完全展开, 和 (D) 未展开.理想阶段为C,而胚泡D应给予更多时间实现完全扩展,除非第7天达到此阶段;内细胞质量 ( ICM)形态质量:1(明显与几个严格包装的细胞),2(可识别与几个,但大致包装的细胞)和3(难以区分与极少数低质量细胞);营养素 ( TE )形态质量:1(组织良好的上皮,具有多个细胞),2(细胞很少的松皮)和3(很少和/或大型低质量细胞)。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 2
图 2: 连续区(ZP) 的摘要开和营养器 ( TE)细胞检索方法为胚泡活检。(a) 将胚泡与内细胞质量 (ICM) 靠近保持移液器的位置定向,并远离将检索所选 TE 细胞的位置。将胚泡固定在保持移液器上;(b) 通过 2-3 次激光射击打开 ZP;(c) 吹一些文化介质通过孔;(d) 胚泡将从 ZP 分离;(e) 进入ZP,在活检移液器中吸吮5-10个TE细胞;(f) 用活检移液器向后移动,以拉伸所选片段并暴露细胞之间的结点;(g) 在细胞之间的交界处开火,并继续拉伸片段,直到TE细胞从胚泡体中释放出来;(h) TE 活检后发生胚泡;(i) 拍摄活检片段以进行质量控制,并将其传送至PCR管,送往基因实验室。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 3
图3:活检片段示例:(a-c) 理想的片段;(d) 裂化碎片;(e) 具有退化细胞的小片段;(f) 小的, 部分裂解和退化的碎片.请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 4
图4:人工收缩。(a) 定向胚泡,使内细胞质量 (ICM) 远离营养素 (TE) 的目标部分;(b) 在TE细胞与向外移动的交界处连续发射2-3次激光;(c) 等待胚泡坍塌,然后再开始硝化。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 5
图5:胚泡退化的例子(a),低温生存,但没有再膨胀(b)和低温生存和完全再膨胀(c)1.5小时后变暖。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 6
图6:营养素活检的不同结果摘要,可用于监测操作员的表现,并定义每个实验室内部的关键性能指标。主要程序结果是活检的时间。主要技术结果是获得结论性(双发体或非倍体)和无结论诊断(需要重新活检)的速率;后者可能是由DNA扩增或低质量的分子数据引起的,两者都导致无法解释的染色体拷贝数曲线图。主要的生物结果是活检、硝化和变暖后的低温生存率和再膨胀或退化。主要临床结果是在玻璃化加热胚泡转移后实现的活产率或阴性妊娠结果。值得注意的是,虽然程序结果完全取决于操作者和每个程序活检的胚泡数量,但所有其他结果可能不受独立于活检操作者的其他混淆的影响(例如,步骤和操作者参与分子分析,胚泡的形态质量,活检的当天),应该说明,以正确评估他/她的表现。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 7
图7:8个研究三个月每个操作者活检的平均时间。该表总结了相关程序数和每个操作者在8个研究三个月例中每个程序进行活检的平均次数。每个图形中的虚红色线表示活检的总体平均时间(8.24 分钟)。误差条是标准差。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 8
图8:在变暖后与活检和保化之间的时间重新膨胀。(A) 显示在变暖后 1.5 小时未重新膨胀和重新膨胀的胚泡。每个胚泡都由一个黑色圆圈表示,穿过增加的时间。垂直连续黑线表示 30 分钟设置为早期阈值,90 分钟设置为延迟阈值。(B) 显示三组(活检和抗性之间的时间:±30分钟、31-90分钟、>90分钟)的再膨胀率,根据胚泡质量和活检日进一步聚集。请点击此处查看此图的较大版本。

程序 N 每个程序进行 N 胚泡活检 活检的平均时间 = SD,范围(分钟)
操作员 1 443 2.01 × 1.09, 1-4 7.41 × 3.6, 3-22
195 1 4.75 × 1.96, 3-16
111 2 7.83 × 2.45, 3-18
71 3 10.27 × 2.41, 4-16
66 4 11.48 × 3.81, 6-22
操作员 2 290 1.81 × 0.98, 1-4 7.87 × 4.13, 3-22
142 1 5.69 × 3.32, 3-16
89 2 8.48 × 2.79, 3-18
30 3 11.37 × 3.72, 4-20
29 4 13.1 × 3.89, 9-22
操作员 3 287 1.98 × 1.05, 1-4 9.10 × 4.65, 3-22
121 1 6 × 2.19, 3-15
89 2 9.6 × 3.87, 3-22
38 3 12.66 × 4.55, 4-22
39 4 14.13 × 4.8, 6-22
操作员 4 217 1.66 × 0.87, 1-4 7.58 × 3.45, 3-22
118 1 5.58 × 1.96, 3-14
66 2 8.92 × 2.91, 4-22
21 3 11.48 × 2.34, 5-16
12 4 13 × 4.26, 6-19
操作员 5 144 2.03 × 1.08, 1-4 9.43 × 4.24, 3-22
59 1 6.15 × 2.5, 3-16
43 2 10.07 × 2.73, 6-16
20 3 12.6 × 2.89, 9-18
22 4 14.09 × 4.43, 6-22
操作员 6 121 1.67 × 0.94, 1-4 7.79 × 3.93, 3-22
70 1 6.19 × 2.95, 3-16
32 2 8.12 × 1.72, 3-11
9 3 12.78 × 3.31, 9-18
10 4 13.5 × 6.19, 6-22
操作员 7 42 1.62 × 0.94, 1-4 14.19 × 4.24, 6-22
27 1 11.85 × 5.53, 6-16
6 2 16.5 × 3.73, 11-22
7 3 19.86 × 3.34, 13-22
2 4 19 × 4.24, 16-22
1544 1.89 × 1.03, 1-4 8.24 × 4.23, 3-22
732 1 5.78 × 2.94, 3-16
436 2 8.85 × 3.14, 3-22
196 3 11.72 × 3.70, 4-22
180 4 12.93 × 4.43, 6-22

表 1:根据活检操作员,活检的总平均时间值和每个程序中活生菌的平均次数。活检的平均时间也根据每个程序活检的胚泡顺序数显示。包括"活检算子"和"每个程序活检的胚泡数"变量的广义线性模型与"活检时间"(R2 = 0.48,功率 = 1)完全相关。

补充图1:该过程所需的主要设备和支持。请点击此处下载此文件。

补充表1:逻辑回归分析没有显示活检操作员与在玻璃化加热的花体胚泡转移后活产之间的任何显著关联。请点击此处下载此文件。

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Discussion

只有经验丰富的熟练胚胎学家谁完成了他们的训练期应进行TE活检和胚泡性牙菌。此外,需要证人监测程序,并保证在i期间有效追踪活检胚泡从活检盘(补充图1)到活检后盘的移动(补充图1)(补充图1)),然后到化板(补充图1),最后到硝化支持(补充图1);ii) 活检TE细胞从活检盘转移到PCR管(补充图1);iii) 诊断后的加热和转移步骤。有关所有见证步骤的详细说明,请参阅之前发布的14版故障模式和影响分析 (FMEA)。

本文中描述的所有方法都尊重当地法规(意大利法律 40/2004)。事实上,根据法律,这对夫妇可以要求被告知他们在IVF周期中产生的胚胎的健康状况。在这方面,双方必须签署PGT的详细知情同意书。

在本文中,我们描述了如何在繁忙的实验室常规中实现PGT的胚泡活检。胚泡活检方法的应用是近十年来IVF的重要进展。德布尔及其同事在2004年首次报告,17日,它很快被确认为一种更有效和翔实的程序相比,裂解阶段和极地身体活检方法3。这个程序的价值主要在于技术负担的减轻,但也在于在发育的这个阶段染色体马赛克的发生率较低18,19。此外,从胚泡中去除少数TE细胞被认为是一种比从裂解阶段胚胎中取出一个胚泡更安全的程序。事实上,在随机的非选择研究中,前一种方法并没有对胚胎植入潜力产生任何影响,而后者涉及显著+20%的减少20。

全世界主要采用的协议要求在授精后的第3天打开激光辅助区。迄今尚未进行随机对照试验,以比较不同的胚泡活检方法。然而 , 合理的是 , 生长的胚胎在环境条件下纵和暴露的次数越低 , 协议的潜在侵入性越低。此外,从发育的第3天起,在zona urlala中存在一个洞可能会影响胚泡扩张,并导致ICM细胞与TE细胞一起被舍离。出于这些原因,我们设置并实现了此处描述的协议,该协议要求一旦胚泡达到完全膨胀,就需要连续激光辅助区域破坏和 TE 细胞检索。此外,还存在不同的协议,需要一天 5 或 6辅助孵化 5,7。具体来说,在相对于ICM的植入前发育的第5天或第6天进行对子的钻孔;然后,胚泡被移回孵化器,等待TE细胞的自发性消灭。显然,必须在随后几个小时内对胚泡进行定期监测,一旦TE开始气喘,就进行活检,并防止胚胎完全孵化。如果一方面非熟练的从业人员可以容易地实施这种替代活检策略,另一方面,它不适合一个繁忙的实验室每天执行几个程序。此处描述的连续分期开放和胚泡活检协议更省时,允许更短的动手时间和更大的灵活性来安排实验室中的日常活动,以便协调专用的时间范围。活检和保并程序。

劣质胚泡可能更复杂活检,因为TE细胞可能是粘性的,但更多的激光拍摄与片段的拉伸相协调,以暴露细胞之间的结,足以将其从胚泡的身体中去除。完全孵化的胚泡可以像被封闭在zona的胚泡一样进行活检,但它们可能更难以成像和温暖。在活检后没有结论性诊断的情况下,迄今报告的数据是一致,似乎没有伤害似乎来自重新活检和随后的保质加热周期16,21。

目前,中心使用抗爆性冷冻法来执行胚泡冷冻保存,因为从对最新文献的回顾和荟萃分析中,它一直比缓慢冷冻协议更安全、更高效、更省时。10.

一旦程序建立良好,操作人员经过适当培训,我们进行了回顾性分析,以定义胚泡活检和曲化程序的理想程序时间(此处总结为代表性结果)。作为最终结果,我们评估了在变暖后1.5小时评估的花体胚泡的再扩张率和在玻璃化加热的欧倍体单胚胎移植后实现的活产率。活检后未发现胚泡变性病例,在变暖后仅报告0.2%(N = 1/572)的变性率,证实了采用的活检和viting方法的可靠性。根据分析,进行胚泡活检所需的时间不会影响暖化后幼倍体胚泡的生存能力,定义为再扩张率,或生殖潜力定义为活产率。尽管具有不同专业知识的操作员可以观察到各种时间,但我们可以考虑在手术约 8 分钟内完成,根据每个程序的胚胎数量(但没有数据)在 3 到 22 分钟内完成,因此可以考虑胚泡活检是安全的可用于以较长的间隔执行活检程序)。应定期(至少每三个月一次)监测每个操作员的胚泡活检的平均时间(至少每三个月一次)。此外,还应解决玻璃化暖性花体胚泡转移后无结论诊断率和活产率问题。最后,我们概述了活检和硝化之间的理想时间。由于我们在从活检30分钟内观察到,当胚泡在30分钟内被玻璃化时,在变暖后,我们观察到了最高的再膨胀速率,我们建议该值作为理想的阈值。具体来说,活检和保鲜之间的时间越长,活检的胚泡在被冷冻保存之前会重新膨胀。这可能有害于低温生存,特别是当处理质量差和/或第7天胚泡11。然而,即使硝化延迟超过90分钟,也未观察到对临床结果的显著影响。因此,在偶发情况下,可能允许这种时间。

选择为PGT采集标本的方法不应影响胚胎的存活性,应涉及可靠且信息丰富的结果,应具有临床有效性,且易于实施,从而降低成本和实验室工作量。囊胚活检满足所有这些先决条件。然而,它仍然是一个侵入性的程序,必须由熟练操作人员在设备完善的实验室中执行。目前,非侵入性PGT(niPGT)方法的前卫正在接受调查。也许,在未来,IVF之后的废培养培养体可能会被分析,以进行染色体和/或基因测试。这是一个耐人寻味的未来前景,因为IVF诊所的成本将较低,胚胎活检涉及的所有工作量都将被回避。然而,用于基因检测的废介质分析的可靠性和可重复性仍有待评估 22、23、24,因此必须投入更多精力来定义和验证一种可以适合全球所有执行 PGT 的 IVF 诊所。

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Disclosures

作者没有什么可透露的。

Acknowledgments

AG 和 RM 收集了数据并起草了手稿。DC 分析数据,起草代表性结果,进行统计并修订稿件。FMU 和 LR 对结果和整个手稿进行了批判性讨论。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Equipment
Cold tube rack Biocision XTPCR96
Electronic pipette controller Fisher Scientific 710931
Flexipet adjustable handle set Cook G18674 Stripper holder
Gilson Pipetman Gilson 66003 p20
IVF Electronic Witness System CooperSurgical Fertility & Genomic Solutions RI Witness ART Management System
Inverted microscope Nikon Eclipse TE2000-U
Laminar Flow Hood IVF TECH Grade A air flow
Laser objective RI Saturn 5
Microinjectors Nikon Narishige NT-88-V3
Mini centrifuge for PCR tubes Eppendorf CSLQSPIN for 0.2 mLl PCR tubes
Stereomicroscope Leica Leica M80
Thermostat Panasonic MCO-5AC-PE
Tri-gas incubator Panasonic MCO-5M-PE 02/CO2
Consumables
Biopsy pipette RI 7-71-30FB35720 30 µm ID, flat 35 °C
Cryolock Cryolock CL-R-CT
CSCM complete Irvine Scientific 90165 IVF culture medium supplemented with HSA
Embryo Transfer Catheter Cook G17934
Flexipet pipette Cook G26712 140µm stripping pipette tip
Flexipet pipette Cook G46020 300µm stripping pipette tips
Holding pipette RI 7-71-IH35/20 30 µm ID, flat 35 °C
Human Serum Albumin Irvine Scientific 9988
IVF One well dish Falcon 353653
Mineral Oil for embryo culture Irvine Scientific 9305
Modified HTF Medium Irvine Scientific 90126 Hepes-Buffered medium
Nuclon Delta Surface Thermofisher scientific 176740 IVF dish 4-well plate with sliding lid
Primaria Cell culture dish Corning 353802 60 mm x15 mm
Reproplate Kitazato 83016
Serological pipette Falcon 357551 10ml
Sterile disposable Gilson tips Eppendorf 0030 075.021 200 µL
Tubing Kit Provided by the genetic lab PCR tubes (0.2 mL), loading solution, biopsy washing solution
Vitrification media Kitazato VT801 Equilibration and vitrification solutions
Warming media Kitazato VT802 Thawing and dilution solutions

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References

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发育生物学,第149期,植入前基因检测(PGT),胚泡,营养病活检,关键性能指标(KPI),化化,变暖,人工收缩
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Maggiulli, R., Giancani, A.,More

Maggiulli, R., Giancani, A., Cimadomo, D., Ubaldi, F. M., Rienzi, L. Human Blastocyst Biopsy and Vitrification. J. Vis. Exp. (149), e59625, doi:10.3791/59625 (2019).

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