Waiting
로그인 처리 중...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Developmental Biology
Click here for the English version

Developmental Biology

במבחנה תרבות אסטרטגיה עבור Oocytes מ זקיק אנטרל מוקדם בבקר

Published: July 8, 2020 doi: 10.3791/61625
Automatic Translation
1, 1, 1, 1
1Reproductive and Developmental Biology Laboratory, Department of Health, Animal Science and Food Safety, University of Milan

Summary

אנו מתארים את ההליכים לבידוד של גידול oocytes מזקיקי השחלות בשלבים מוקדמים של פיתוח, כמו גם את ההתקנה של מערכת תרבות מבחנה אשר יכול לתמוך בצמיחה ובידול עד לשלב הבוגר במלואו.

Abstract

העתודה המוגבלת של אוציטים בוגרים ותו לא מהווים מחסום מרכזי להצלחת הרבייה בסיוע ליונקים. בהתחשב בכך שבמהלך תוחלת החיים של הרבייה רק כ 1% של oocytes בשחלה בוגרת ומבייצת, מספר טכניקות פותחו כדי להגדיל את הניצול של שמורת השחלות לאוכלוסייה הגדלה של זקיקים שאינם מבייצים. טכנולוגיות כאלה אפשרו התערבויות של שימור פוריות, תוכניות בחירה במשק החי ושימור מינים בסכנת הכחדה. עם זאת, הפוטנציאל העצום של שמורת השחלות עדיין לא נופק ברובו. בפרות, למשל, נעשו כמה ניסיונות לתמוך בתרבות המבחנה של אוציטים בשלבים התפתחותיים ספציפיים, אך פרוטוקולים יעילים ואמינים עדיין לא פותחו. כאן אנו מתארים מערכת תרבות השוחזרת את התנאים הפיזיולוגיים של שלב הזקיקים המתאים, המוגדרת להתפתח במבחנה הגדלה oocytes שנאספו מזקיקי אנטרל מוקדם של צב ים לשלב הבוגר במלואו, המקביל זקיק אנתלי בינוני ב vivo. שילוב של הורמונים ופוספודיסטרז 3 מעכב שימש כדי למנוע חידוש מיוטי בטרם עת כדי להנחות את ההבידול של oocyte.

Introduction

במהלך תוחלת החיים של הרבייה, רק חלק קטן של oocytes הנוכחיים בשחלה בוגרת, משתחררים בחצוצרות בעת הביוץ, והם זמינים להיות מופרית ולפתחלעובר קיימא 1. מצד שני, רוב האוציטים בתוך השחלה עוברים אטרזיה ולעולם לא מביצים. במבחנה עובר ייצור (IVP) טכנולוגיות ניסו להגדיל את הניצול של שמורת השחלות2,,3. עד כה, טכנולוגיות כאלה אפשרו התערבויות של שימור פוריות, תוכניות בחירה במשק החי ושימור מינים בסכנת הכחדה. אף על פי כן, רוב הפרוטוקולים להשתמש oocytes כי בעצם השלימו את שלב הצמיחה בתוך זקיק השחלות antral, ולכן מכונים oocytes גדל במלואו. בבקר, שבו טכנולוגיות IVP נמצאות בשימוש נרחב, oocytes גדל באופן מלא להגיע קוטר סופי של כ 120 μm נאספים זקיקים המשתרעים מ 2 עד 8 מ"מ קוטר (זקיקי אנטרל בינוני)1. עם הבידוד מהזקיקים, אוציטים כאלה הם במבחנה התבגרו ומופריים. הזיגוטים מתהתרבות לאחר מכן עד לשלב blastocyst או מועברים לנמען או cryopreserved. בבקר, כמו גם מינים רבים אחרים, למרות הפוטנציאל המוצע על ידי IVP, מספר העובר המיוצר במבחנה לכל פרה לא השתפר במידה רבה ב-40 השנים האחרונות. זאת בין היתר בשל המספר המוגבל של oocytes גדל באופן מלא המאכלסים שחלה בזמן נתון אשר ניתן לאחזר ולהיות נתון טכניקות IVPסטנדרטיות 4,5,6.

oocytes המוקפים בתוך זקיקי antral מוקדם, כלומר, זקיקים אלה כי הם פחות מ 2 מ"מ קוטר, מייצגים מקור פוטנציאלי לשמש בתוכניות שימור פוריות7 , כמו שחלה בערך מכיל 10 פעמים זקיקים אנטראליים מוקדמים יותר מאשר נמלהבינונית 8. עם זאת, oocytes אלה עדיין בשלב הצמיחה ועדיין לא הגיעו לשלב 9 גדלבמלואו. בתור שכזה, הם עדיין פעילים תעתיק, הפקת mRNAs כי יאוחסן עבור צעדים התפתחותיים מאוחרים יותר, ועדיין לא עברו את כל תהליך הבידול הנדרש כדי לתן את oocytes עם היכולת של באופן ספונטני התחדשות והשלמת meiosis אני פעם בודדתי מת תאזקיקים 10,,11. לכן, הם לא יכולים להיות מוגשים ישירות לפרוטוקולי התבגרות חוץ-חוץ (IVM) סטנדרטיים, אבל הם דורשים תקופה נוספת של תרבות שתאפשר להם להשלים את שלב הצמיחה ולהבדיל כראוי.

המעבר מההגדלה לשלב הבוגר במלואו, אשר בבקר מתרחש כאשר הזקיק מתפתח מהעקבר המוקדם לשלב הנמלי הבינוני, הוא אחד הצעדים הקריטיים במהלך פיתוח oocyte. בבקר ניסו מספר מחקרים לסיכום אירועים אלהבמבחנה 2,,12,13,,14,,15,,16,,17,,18,,19., עם זאת, עד כה לא פותחו פרוטוקולים אמינים ורק דווח על הצלחה מוגבלת. על פי מחקריםקודמים 20, oocytes גדל אלה מהווים אוכלוסייה הומוגנית. מלבד היותם פעילים בתמלול, הכרומטין שלהם מפוזר בפסית הנבט (GV), בתצורה הנקראת GV02,21. לעומת זאת, האוכלוסייה של oocytes גדל באופן מלא המתקבל זקיקי אנטרל בינוני הוא הטרוגני יותר, מצב כי הוא שיקוף על ידי דרגות שונות של דחיסת כרומטין (GV1, GV2 ו GV3) שניתןלצפות 20. בין אלה, נתונים קודמים הראו כי oocytes GV2 ו GV3 מאופיינים באופן כללי באיכות טובה יותר ויכולת התפתחותית עוברית גבוההיותר 20,21,22,23,24.

החל מהתצפיות לעיל, כאן אנו מתארים מערכת תרבות ארוכה של 5 ימים של oocytes (L-IVCO) המאפשרת בידול של oocytes מבודד כמו קומפלקסים cumulus-oocyte (COCs) מזקיקי אנטרל מוקדם. אסטרטגיית תרבות זו התפתחה מ 10 שנים מחקרים ארוכים שנערכו במעבדה שלנו שורשים הקרקע שלה על שפותחו בעבר 24-48 שעות בתרבות oocyte מבחנה (IVCO)2,מערכות טרום בגרות 23,,25 ותוספי אבץ במהלך תרבות oocyte. שילוב של הורמון מגרה זקיק (FSH) ו פוספודאסטראז-3 (PDE3) מעכב, מסוגל לשפר את התקשורת cumulus-oocyte2,למנוע חידוש מיוטיבטרם עת 2, ותמיכהצמיחה oocyte2 שימש.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

השחלות נאספו בין 4 ל 8 שנים חולב הולשטיין פרות התאושש בבית המטבחיים המקומי (INALCA S.p.A., Ospedaletto Lodigiano, LO, IT 2270M לסה"נ, איטליה).

1. הכנה לתקשורת

הערה: יש להכין את כל אמצעי המדיה לפחות ארבע שעות לפני השימוש. מדיה המאגרת נתרן ביקרבונט מדגירה ב 38.5 ° C ו 5% CO2 באוויר, לחות מקסימלית. אמצעי המדיה המאגרים ב-HEPES מתוחזקים ב-38.5°C בתנור תרמוסטי.

  1. ארוך בתרבות המבחנה של oocytes (L-IVCO) בינוני
    1. להכין 15 מ"ל של מדיום התרבות הבסיסית (M199-B): תוספת M199 עם 2 mM גלוטמין, 0.4% חומצת שומן חינם סרום חזיר אלבומין (BSA), 0.2 mM נתרן pyruvate, 25 m נתרן ביקרבונט, 0.1 mM ציסטאמין, 21.3 μg / מ"ל של פנול אדום, 75 μg / מ"ל של kanamycin ו 4% Polyvinylpyrrolidone (PVP; 360 k משקל מולקולרי).
    2. הכינו 3 מ"ל של מדיום ההחזקה (M199-H): ל-M199-B מוסיפים 5 μM cilostamide ושופכים אותו לצלחת פטרי 35 מ"מ.
    3. להכין את המדיום L-IVCO (M199-L): תוספת M199-B עם 0.15 μg /mL Zn סולפט, 10-4 IU/mL FSH, 10 ng/mL אסטרדיול, 50 ng/mL טסטוסטרון, 50 ng/mL פרוגסטרון ו 5 μM Cilostamide.
    4. מניחים 200 μL של M199-L בינוני בכל באר של צלחת 96 מצופה היטב. מלאו את הבארים בארבעת הקצוות של הצלחת במים תרבותיים סטריליים כדי לפצות על אידוי ולשמור על לחות מתאימה במהלך התרבות.
    5. דגירה 96 צלחת גם ואת M199-H בינוני ב אינקובטור ב 38.5 ° C ו 5% CO2 באוויר, לחות מקסימלית.
  2. מדיום פירוק
    1. להכין את מדיום הניתור (M199-D): תוספת M199 עם 0.4% BSA שבר V, 0.164 mM פניצילין, 0.048 mM סטרפטומיצין, 1790 יחידות / L heparin. M199-D ניתן להכין בכמויות גדולות, מחולק 20 mL aliquots ומאוחסן ב 4 מעלות צלזיוס במשך 6 חודשים. בעת הצורך, חם ותוספת 1 aliquot.
    2. להכין 20 מ"ל של M199-D בתוספת עם 5 μM cilostamide (M199-D cilostamide).

2. איסוף ועיבוד השחלות

הערה: כל ההליכים מתבצעים בטמפרטורת החדר (26°C) אלא אם צוין אחרת.

  1. לשחזר את השחלות בבית המטבחיים מפרות.
  2. מניחים את השחלות בתמיסת מלח סטרילית (NaCl, 9 גרם/ל' ב-26 – 28°C שנוספו עם פניצילין 100 U/mL וסטרפטומיצין 0.1 מ"ג/מ"ל.
  3. להעביר את האיברים למעבדה בתמיסת מלח סטרילית חמה בתוך 4 שעות.
  4. לשטוף את השחלות 4x בתמיסת מלח סטרילית מתוחזק ב 26 מעלות צלזיוס.
  5. הסר את כל זקיקי הנמל מאמצע עד גדול על ידי שאיפה כל הזקיקים יותר מ 2 מ"מ קוטר באמצעות מחט 18 G מחובר משאבת שאיפה עם לחץ ואקום להגדיר -28 mmHg ולמקם את השחלות שאף בבקת עם תמיסת מלח סטרילית ב 26 מעלות צלזיוס.
    הערה: הסרת התוכן של זקיקים > 2 מ"מ הוא צעד קריטי כדי להסיר ככל האפשר את המקור של oocytes גדל במלואו כי יהיה 'לזהם' את הניסוי.
  6. תחת מכסה מנוע זרימה למינאר אופקי, מניחים שחלה אחת באותו הזמן על קרש חיתוך פוליטרפלואורואתילן סטרילי. באמצעות להב כירורגי מס ' 22 רכוב על ידית אזמל, לחתוך פרוסות של קליפת השחלות (החלק החלק החלקי של השחלה, אשר מכיל את הזקיקים), 1.5 – 2 מ"מ עבה במקביל לציר העיקרי של האיבר.
  7. מניחים את פרוסות קליפת השחלות בצלחת פטרי מזכוכית סטרילית מכוסה במדיום ניתוח על צלחת חמה ב-38.5°C.
    הערה: מעתה כל ההליכים מבוצעים ב- 38.5 °C באמצעות צלחת חמה.

3. בחירה ובידוד של הזקיקים ואחזור של COCs

  1. מניחים פרוסת קליפת שחלות אחת בצלחת פטרי זכוכית 60 מ"מ עם 2-3 מ"ל של M199-D.
  2. באמצעות מיקרוסקופ ניתוח, בחר את הזקיקים בין 0.5 – 2 מ"מ באמצעות עינית מצויד מיקרומטר.
  3. זהה את הזקיקים הבריאים, הלא-אקרטיים מתחת לסטריאומיקרוסקופ. להעריך אטרזיה זקיק על ידי התבוננות פרמטרים מורפולוגיים, כגון מראה שקוף מאוד ברור, עם COC כהה בפנים. זרוק את הזקיקים הירקתיים ועבד את כל האחרים.
  4. באמצעות להב כירורגי מס ' 22 רכוב על ידית אזמל להסיר את רקמת השחלות המקיפה את הזקיק בצד אחד עד הזקיק נחשף בקצה אחד.
  5. באמצעות מחט 26G רכוב על מזרק, בזהירות לעשות חתך בקיר הזקיק החשוף. פעולה זו תשחרר את התוכן הזקיק, הכולל COC, נוזל זקיקים וגוזלים של תאים.
  6. זהה את ה-COC תחת המיקרוסקופ ובחן את שלמות הקומולוס, שלמות הזונה פלוצ'ידה והומוגניות של צטופלסמה. אם קריטריונים אלה מתקיימים, שאף את ה-COC באמצעות פיפטה P20.
  7. מקם את ה-COC המבודד ב-M199-D cilostamide.
  8. המשך בהליך הבידוד למשך 30 דקות.

4. מבחר של COCs להיות נתון בתרבות המבחנה

  1. תחת מיקרוסקופ הפירוק, בחר COCs בריא בהתבסס על הקריטריונים בשלב 3.6.
  2. בצלחת פטרי 60 מ"מ, להכין 16 טיפות של 20 μL של M199-D cilostamide ולהניח COC בריא אחד לכלירידה (איור 1A).
  3. באמצעות מיקרוסקופ הפוך המחובר למצלמה למדוד את קוטר oocyte, לא כולל zona pellucida, באמצעות התוכנה שסופקה עם המצלמה.
  4. עם הדמיה ברורה של oocyte, לעשות שתי מדידות ניצב למעט pellucida (איור 1B).
  5. להבטיח אם ממוצע של שני המדידה של oocyte, למעט פלושה zona, הוא בטווח של 100 – 110 μm. בטל COCs עם oocyte בצורת לא מעוגל או עם oocytes אינם מדידים.
  6. מעבירים את ה-COCs הנבחרים בצלחת של 35 מ"מ המכילה M199-H בינונית ולשמור אותם באינקובטור ב-38.5°C ו-5% CO2 באוויר, לחות מרבית עד לשלב 5.1.
  7. חזור על שלבים 3 ו- 4 עד 4x. זמן העבודה הכולל אינו יכול לחרוג מ- 2 שעות.

5. ארוך בתרבות המבחנה של oocytes (L-IVCO)

  1. העבר COC אחד לכל באר במרכז באר של צלחת 96 היטב כדי להיות מוכן בשלב 1.1.5.
  2. דגירה את הצלחת במשך 5 ימים ב 38.5 ° C ו 5% CO2 באוויר, לחות מקסימלית.
  3. כל יומיים (יום 2 ויום 4) להכין M199-L טרי כמתואר בשלב 1.
  4. לחדש מחצית המדיום על ידי הסרת 100 μL של בינוני והחלפה עם 100 μL של M199-L מוכן טרי. בצע את החידוש הבינוני תחת הסטריאומיקרוסקופ והימנע מהעברת ה-COCs לבאר.

6. סיווג COC לאחר התרבות

  1. בסוף L-IVCO, לנתח את המורפולוגיה של COCs תחת מיקרוסקופ הניתור.
  2. סווג כמתואר באות 2.
    1. לסווג כמו Class 1 אם COCs להראות השקעה קומפקטית תא cumulus ללא סימן של הרחבת קומולוס ניוון תאים.
    2. לסווג כמו Class 2 אם COCs להראות השקעה קומפקטית תא cumulus ללא סימן של הרחבת קומולוס ניוון תאים עם היווצרות כמו antrum במסה cumulus.
    3. לסווג כמו מחלקה 3 אם COCs להראות כמה שכבות של תא cumulus ללא סימן של הרחבת קומולוס וכמה תאים מופרדים בשכבה החיצונית של תאי קומולוס ואין היווצרות כמו antrum.
    4. לסווג כמו מחלקה 4 אם COCs מראה אובדן בשפע של תאי קומולוס המשתרע עבור יותר מ 50% של פני השטח oocyte, וסימנים של ניוון תאים ופסולת תא.

7. הערכת ההתקדמות המיוטית לאחר התרבות

  1. התרעה אוציטה
    1. מניחים כל COC בבאר אחת של צלחת ארבע באר המכילה 400 μL של 199D לכל באר.
    2. תחת מיקרוסקופ פירוק להסיר בעדינות את תאי cumulus מכנית על ידי pipetting חוזר באמצעות סט pipette ב 130-140 μL.
    3. ברגע שה-oocytes חופשיים מההשקעה בקומולוס, להעביר אותם לבאר אחרת המכילה 199D.
    4. חזור על התהליך עד שכל האוציטים יתנועו לחלוטין.
  2. כתמים גרעיניים Oocyte
    הערה: מעתה כל ההליכים מבוצעים בטמפרטורת החדר. הריגנטים בטמפרטורת החדר.
    1. לתקן את oocytes paraformaldehyde 4% ב תמיסת מלח מאגר פוספט (PBS) עבור 1 שעה.
      התראה: לבשו ציוד מגן אישי בעת טיפול בפרפורמלדהיד והישלמו מחומרים מזוהמים בהתאם להנחיות לסילוק פסולת מסוכנת.
    2. שוטפים את ה-oocytes 3x במשך 5 דקות כל אחד ב-PBS המכיל 1% פוליוינילקוהול (PVA).
      הערה: ניתן לעבד את הדגימות באופן אוטומטי או לאחסן אותה ב- 4 °C למשך שבוע אחד לכל היותר.
    3. מקם את האוציטים ב-PBS המכילים 0.1% Triton X למשך 10 דקות.
    4. יש לשטוף את האוציטים 3x במשך 5 דקות כל אחד ב- PBS המכיל 1% PVA.
    5. מניחים את oocytes באופן ייחודי בטיפות של 5 μL של אנטי-פיד בינוני בתוספת עם 4 ',6-diamidino-2-פנילינדול (DAPI) דילקט (1 μg /mL) על שקופית.
    6. מקם שני פסים של סרט הדבקה דו-צדדי לאורך הצדדים הארוכים של השקופית, כדי למנוע שיטוח מוגזם של האוציטים בעת הצבת החלק העליון של הכיסוי.
    7. מניחים את פתק הכיסוי למעלה, הפוך אותה לדבוק בקלטת ולשמור בחושך תוך עיבוד כל הדגימות.
    8. נתח את האוציטים באמצעות מיקרוסקופ אפיפלואורסצינטי קונבנציונלי המצויד במסנני DAPI (Excitation/Emission: 358,461) כדי להעריך את ההתקדמות המיוטית של האוציטים.
    9. לסווג את oocytes על פי ההתקדמות meiotic שלהם: GV - oocytes עם דרגות שונות של עיבוד כרומטין בתוך GV; MI – oocytes מ GV פירוק מטה-פאזה I; ומנוון – oocytes שלא ניתן לזהות כלהיות בכל השלבים הקודמים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

בסוף ה-L-IVCO, המורפולוגיה הגולמית של COCs השתנתה ו-4 מחלקות זוהו בהתבסס על המראה של תאי קומולוס, כפי שמופף באות 2. בהתבסס על הקריטריונים המורפולוגיים שאומצו בדרך כלל כדי לבחור COCsבריאים 11,26,27, כיתה 1, 2 ו 3 נשפטו בריאים, בעוד בכיתה 4, אשר הראה סימנים ברורים של ניוון כגון היעדר שכבות שלמות של תאי קומולוס המקיפים את oocytes, נחשבו בסכנה קשה ולא מתאים לעבור הליכים במורד הזרם בהגדרת IVP פוטנציאלית. בסך הכל נותחו 74 אוציטים ב-5 שכפולים ביולוגיים, מביןהם 9.45% היו בכיתה 4 והושלכו מהערכה נוספת.

כפי שמצג בדמות 3 ואיור 4, הערכת השלב המיוטי בסוף ה-L-IVCO הראתה כי אחוז גבוה משמעותית של האוציטים (78.57 ± 4.43%) נשאר נעצר בשלב לא בוגר, עם הכרומטין עדיין מוקף בתוך GV (לכן, המכונה גם שלב GV), מבלי להתנוון. ביניהם 59.43% היו בתצורת GV2/3. אחוז קטן חידש את המיוזיס להגיע לשלב מטא-פאזה I (13.76 ±5.85%) או מנוון (7.67 ± 4.61%). בסך הכל, 67 oocytes ב 5 שכפולים ביולוגיים נותחו. בסך הכל נתונים אלה מצביעים על כך שתרבות L-IVCO תומכת בכדאיות האוציט תוך מניעת חידוש מיוטי למשך 5 ימים.

Figure 1
איור 1: מתאר המנה המשמשת למדידת קוטר האוציט והתמונה המייצגת של COC. (א)ייצוג סכמטי של צלחת פטרי 60 מ"מ עם 16 טיפות של 20 μL של M199-D, כל אחד המכיל COC יחיד. (ב)תמונה מייצגת של COC עם הציר המשמש למדידת הקוטר. שימו לב כי הזונה פלוצ'ידה אינה כלולה. סרגל קנה מידה 50 μm. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של דמות זו.

Figure 2
איור 2: תמונות מייצגות של COCs בזמן האיסוף ואחרי L-IVCO. (א, ב', ג', ד) השורה העליונה (אוסף) מייצגת COCs בעת אחזור. (א', ב', ב', ד') אותו COC הוא בתמונה 5 ימים מאוחר יותר, בסוף L-IVCO ומסווג כמדווח בשלב 6.1. השורה התחתונה (5 ימים) מייצגת COCs המסווגים כ: Class 1, המציג השקעה קומפקטית בתא קומולוס ללא סימן להרחבה והתנוונות תאים (A'); מחלקה 2, מראה השקעה קומפקטית תא cumulus ללא סימן של התרחבות ניוון תאים עם היווצרות כמו antrum (חצים) במסה cumulus (B'); מחלקה 3, מראה מספר שכבות של תא קומולוס ללא סימן של הרחבת קומולוס וכמה תאים מופרדים בשכבה החיצונית של תאי קומולוס (C'); מחלקה 4, מראה אובדן בשפע של תאי קומולוס על יותר מ 50% משטח oocyte וסימנים של ניוון תאים ופסולת תא (D'). סרגל קנה מידה 40 μm. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של דמות זו.

Figure 3
איור 3: תמונות מייצגות של ההתקדמות המיוטית. השורה העליונה (כתמי DNA) מציגה את ה-DNA (כחול) של oocytes נציג ב (A) שלב GV0 ו - (B) GV2 כמו תצורה,(C) MI שלב ו - (D) oocytes מנוון, (A) בזמן האיסוף ו - (B, C, D) לאחר 5 ימים של L-IVCO. השורה התחתונה היא התמונה המתאימה בשדה הבהיר של האוציט בשורה העליונה. החץ מציין את ה-GV. סרגל קנה מידה 20 μm. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של דמות זו.

Figure 4
איור 4: התקדמותמ' של האוציטים בסוף התרבות. גרף עמודות מייצג את התפלגות oocytes בשלב GV ו- MI וoocytes מנוון בסוף L-IVCO. האוציטים שסווגו בעבר במחלקה 4 לא נכללו. הנתונים נותחו על-ידי ANOVA דו-כיוון ולאחר מכן בדיקת ההשוואה המרובה של Tukey והערכים הם אמצעי ± SEM (N=5; P<0.05). לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של נתון זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

כאן אנו מתארים מערכת תרבות לגידול oocytes המקדמת פיתוח oocyte במשך 5 ימים על ידי תמיכה בכדאיות שלהם ומניעת חידוש מיוטי. היבט זה הוא בעל חשיבות עליונה כדי לאפשר את המשך הצמיחה והבידול הדרושים כדי לחולץ את האוציט עם יכולת התפתחותית מיוטיתועוברית 2,,20, שאחרת היה נחסם על ידי חידוש מוקדם של החטיבה meiotic.

בעת פיתוח מערכת תרבות זו, לקחנו בחשבון מספר מאפיינים של הצמיחה הפיזיולוגית והבידול המתרחשים זקיק. בסעיף זה אנו מספקים סקירה של ההיבטים העיקריים ששקולנו בעת פיתוח אסטרטגיה זו.

ראשית, גידול oocytes טוציטים מוקדם של קיקים אנטרליים אורך כ 5 ימים כדי לעבור את המעבר מן הצמיחה לשלב גדלבמלואוvivo 8,19. לכן, אורך התרבות הוגדל ל 5 ימים לעומת ניסיונות קודמים שנעשו במעבדה שלנו שבו oocytes היו תרבותיים עד 24 שעות2.

גורם נוסף שכללנו ב-L-IVCO היה צמיגות מוגברת של המדיום שבו COCs הם תרבותיים לחקות את צמיגות פיזיולוגית של נוזל זקיקים. זה נוצר מחדש על ידי הוספת 4% PVP, יחד עם השימוש של קולגן אני מצופה משטח תרבות, זה קידם את היווצרות של 3D כמו תרבות, כפי שדווח על ידי מחקריםקודמים 13.

Cilostamide, מעכב PDE3, נוספה כדי לשמור על oocytes meiotically נעצר בשלב GV, מניעת חידוש meiotic מקדם על ידי שמירה על רמות גבוהות של נוקלאוטידים מחזוריים בתוך oocytes2,19,,25,,28,,29. התוצאות שלנו מצביעות על כך שלטיפול של 5 ימים עם cilostamide אין השפעה ברוטו על בריאות COCs, כמו רק חלק קטן של מתחמים מנוון, גם בהסכמה עם התוצאות שהושגו על ידי עלאם ואח'. 19.

הכללת Zn sulfate, ואת הריכוז שלה, הוא מבוסס על ידי התוצאות האחרונות מראה כי אלמנט עקבות זה יש תפקיד בתמיכה בידול ופעילות שעתוק של oocytes גדל בקרבתרבות 30.

לבסוף, שילוב של הורמונים הוצג לחקות מקרוב את המילייה ההורמונלי הפיזיולוגי האופייני זקיק אנטרלמוקדם 31,32,33. כך למשל, אסטרדיול ידעה על פעילות בתמיכה בצמיחה16,17,19 והקשריםבין תאיגרנולוסה 17, תוך קידום רכישת יכולת מיוטית34. באופן דומה, טסטוסטרון, מלבד היותו מבשר של אסטרדיול, גם מגרה צמיחהזקיקים ופיתוח 35, בעוד פרוגסטרון נוספה בעיקר עבור פעילות אנטיאפופטוטיתשלה 36.

חשוב ובהסכמה עם המחקר הקודםשלנו 2, הריכוז של FSH נשמר בריכוז שהוא פיזיולוגי לשלב הצמיחה. אכן, ריכוז FSH נמוך מקדם פיתוח oocyte על ידי שמירה על תקשורת מתווכת צומת פער בין oocyte ואת תאי cumulus לוויה ומקדם פעילות שעתוק בידול oocyte מבלי לגרום חידוש מיוטי2.

מניסיוני, אחד המפתחות להצלחת ה-L-IVCO הוא הבחירה של אוכלוסייה הומוגנית של COCs בריא המגיעים זקיקי אנטרליים מוקדמים. על פי נתונים בספרות, 80% של oocytes שנאספו זקיקי אנטרל מוקדם מאופיינים כרומטין מאורגן בתצורה גם20. הומוגניות זו מהווה יתרון לתרבות המבחנה, כמו באופן עקרוני היא מבטיחה כי התאים יתנהגו באופן דומה כאשר הם נחשפים לסביבת התרבות. עם זאת בחשבון, אוסף COCs חייב להתבצע בניסיון למזער את 'זיהום' עם COCs מגיע פחות או יותר מתקדם של בידול. עם זאת, בשל העובדה, כי עיבוד של פרוסות קליפת הסרט הוא די זמן רב ויש להתבצע בזמן קצר יחסית, שלב איסוף / בחירה כנראה מייצג את המעבר הקריטי ביותר של L-IVCO. כדי להשיג זאת, כמה שיקולים מרכזיים צריכים להיות זקן בראש.

לדוגמה, החוקר / טכנאי צריך להיות מאומן לזהות ולהיפטר זקיקים עם סימנים של אטרזיה זקיקים. בשלב זה, ניתן להשתמש רק בפרמטרים מורפולוגיים כדי לזהות זקיקים אקרתיים, כגון מראה שקוף מאוד ברור, ונוכחות של COC כהה בפנים. כל הזקיקים האחרים, שבהם לא ניתן להבחין בבירור בסימנים, צריכים להיפתח ובחירה נוספת המבוססת על המורפולוגיה של ה-COCs המבודדים צריכה להתבצע כדי לזהות את הבריאים2,,3,,37,,38,,39. זה מושג שוב על ידי תצפיות מורפולוגיות כגון הנוכחות של לפחות ארבע שכבות של תאי קומולוס, צורה כדורית גסה, אולמה שלמה הומוגנית ומגורען דק ooplasm11,,26,27.

בידוד ומניפולציה של COCs מהווים אתגר טכני נוסף, המחייב כוח אדם מיומן וציוד מתאים למיקרו-דיסציקט תחת הסטריאומיקרוסקופ וקביעה מדויקת של קוטר אוציט. צעד אחרון זה חיוני כדי לבחור אוכלוסייה אחידה של oocytes, ובכך להוציא כל מקור אפשרי של זיהום עם COCs מגיע בשלבים זקיקים אחרים. מסיבה זו, חשוב לוודא כי oocytes המוקפים COCs שאוחזרו יש קוטר בין 100 ו 110 μm2,,40.

מלבד תמיכה בכדאיות oocyte ומניעת חידוש מיוטי, L-IVCO קידם את המעבר של תצורת כרומטין מ GV0 ל-GV2 ו-GV3 מרוכזים יותר בהדרגה ב-59% מהאוזיטים. במיוחד עיסוק כרומטין בתוך GV הוא סמן של 'רווח' של יכולת מיוטית והתפתחותית בעצם כל oocytes היונקים למדעד כה 20. תוצאה זו מבטיחה מאוד, במיוחד בהשוואה למערכת IVCO הקודמת שלנו 24 שעות ביממה. במחקר זה, הרמה הגבוהה ביותר של דחיסת כרומטין בתוך GV לא הושגו 22% של oocytes נמצאו עם תצורת GV12, שלב הקשורים יכולת מיוטית מלאה אבל עדיין בקושי יכולתהתפתחותית 20. גם בתנאים אלה, oocytes גדל חסר יכולת אחרת הצליחו להבשיל ולייצר עוברים, אם כי בכמות מוגבלת. העלייה העקבית בשלבי GV2/3 שנצפו ב-L-IVCO תואמת אפוא לפוטנציאל גבוה יותר לייצר עוברים ברי קיימא. אנו נמצאים בתהליך של בדיקת השערה זו באופן ניסיוני על ידי הגשת COCs נגזר L-IVCO לשלבים הבאים של IVP (בהבראת בגרות, הפריה, ותרבות העובר עד לשלב blastocyst). אם יאושר, L-IVCO ישחרר חלק מהפוטנציאל שעדיין לא נוחר של שמורת השחלות, עם השלכות חשובות על מספר תחומי עניין לשימור פוריות נשית. לדוגמה, זה יגדיל את המקור של gametes fertilizable לשמש בתוכניות שימור של מגדלים בעלי ערך גנטי גבוה. יישום נוסף שאנו צופים הוא הצלה גנטית של מינים מאוימים של משפחת bovid, כמו גם של גזעים מקומיים הנמצאים בסכנת הכחדה או בסיכון לשחיקה גנטית בשל דיפוזיה נרחבת של גזעים קוסמופוליטיים. אחרון חביב, L-IVCO מייצג כלי עבור כל המדענים המעוניינים לנתח את התהליכים הסלולריים והמולקולריים המווסתים את היווצרות gamete מוסמך.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

לסופרים אין מה לחשוף.

Acknowledgments

עבודה זו נתמכה על ידי Regione Lombardia PSR INNOVA n.201801061529 ו- UNIMI n.PSR 2019_DIP_027_ALUCI_01

Materials

Name Company Catalog Number Comments
4-well dishes Nunclon 179830
96-well dish Becton Dickinson Biosciences 356649 BioCoat™ Collagen I
Bovine Serum Albumin (Fatty acid free) Sigma A8806
Bovine Serum Albumin (Fraction V) Sigma A3311
Cell culture water Sigma W3500
Cilostamide Sigma C7971
Cysteamine Sigma M9768
Digital camera Nikon Corp Camera DS-5M
Disodium phosphate Sigma S5136
Estradiol Sigma E2758
Glutamax Supplement Thermo Fisher Scientific 35050061
Gonal F Merck Serono
Heparin Sigma H3149
HEPES Sigma H3784
Vacuum pump Cook-IVF KMAR-5100
Incubator Sanyo
Kanamycin sulfate from Streptomyces kanamyceticus Sigma K1377
Medium 199 Sigma M3769 Powder for bicarbonate-buffered media
Medium 199 Sigma M2520 Powder for HEPES-buffered media
Microscope Nikon Corp Nikon Diaphot
Microscope Nikon Corp Eclipse E 600
Monopotassium phosphate Sigma P5655
Paraformaldehyde Sigma 158127
Penicilin Sigma P3032
Phenol Red Sigma P5530
Polyvinyl alcohol Sigma P8137
Polyvinylpyrrolidone Sigma P5288 360k molecular weight
Potassium chloride Sigma P5405
Progesterone Sigma P8783
Sodium bicarbonate Sigma S5761
Sodium choride Sigma P5886
Sodium pyruvate Sigma P4562
Streptomycin Sigma S9137
Testosterone Sigma 86500
Triton X Sigma T9284
Vectashield with DAPI Vector Laboratories H1200
Water Sigma W3500
Zinc sulfate heptahydrate Sigma Z0251

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Lonergan, P., Fair, T. Maturation of Oocytes in Vitro. Annual Review of Animal Biosciences. 4, 255-268 (2016).
  2. Luciano, A. M., Franciosi, F., Modina, S. C., Lodde, V. Gap junction-mediated communications regulate chromatin remodeling during bovine oocyte growth and differentiation through cAMP-dependent mechanism(s). Biology of Reproduction. 85 (6), 1252-1259 (2011).
  3. McLaughlin, M., Telfer, E. E. Oocyte development in bovine primordial follicles is promoted by activin and FSH within a two-step serum-free culture system. Reproduction. 139 (6), 971-978 (2010).
  4. Galli, C. Achievements and unmet promises of assisted reproduction technologies in large animals: a per-sonal perspective. Animal Reproduction. 14 (3), 614-621 (2017).
  5. Luciano, A. M., Sirard, M. A. Successful in vitro maturation of oocytes: a matter of follicular differentiation. Biology of Reproduction. 98 (2), 162-169 (2018).
  6. Lonergan, P., Fair, T. In vitro-produced bovine embryos: dealing with the warts. Theriogenology. 69 (1), 17-22 (2008).
  7. Clement, M. D. F., Dalbies-Tran, R., Estienne, A., Fabre, S., Mansanet, C., Monget, P. The ovarian reserve of primordial follicles and the dynamic reserve of antral growing follicles: what is the link. Biology of Reproduction. 90 (4), 85 (2014).
  8. Lussier, J. G., Matton, P., Dufour, J. J. Growth rates of follicles in the ovary of the cow. Journal of Reproduction and Fertility. 81 (2), 301-307 (1987).
  9. Fair, T., Hulshof, S. C., Hyttel, P., Greve, T., Boland, M. Oocyte ultrastructure in bovine primordial to early tertiary follicles. Anatomy and Embryology (Berlin). 195 (4), 327-336 (1997).
  10. Pavlok, A., Lucas-Hahn, A., Niemann, H. Fertilization and developmental competence of bovine oocytes derived from different categories of antral follicles. Molecular Reproduction and Development. 31 (1), 63-67 (1992).
  11. Blondin, P., Sirard, M. A. Oocyte and follicular morphology as determining characteristics for developmental competence in bovine oocytes. Molecular Reproduction and Development. 41 (1), 54-62 (1995).
  12. Harada, M., et al. Bovine oocytes from early antral follicles grow to meiotic competence in vitro: effect of FSH and hypoxanthine. Theriogenology. 48 (5), 743-755 (1997).
  13. Hirao, Y., et al. In vitro growth and development of bovine oocyte-granulosa cell complexes on the flat substratum: effects of high polyvinylpyrrolidone concentration in culture medium. Biology of Reproduction. 70 (1), 83-91 (2004).
  14. Alm, H., Katska-Ksiazkiewicz, L., Rynska, B., Tuchscherer, A. Survival and meiotic competence of bovine oocytes originating from early antral ovarian follicles. Theriogenology. 65 (7), 1422-1434 (2006).
  15. Taketsuru, H., et al. Bovine oocytes in secondary follicles grow in medium containing bovine plasma after vitrification. Journal of Reproduction and Development. 57 (1), 99-106 (2011).
  16. Endo, M., et al. Estradiol supports in vitro development of bovine early antral follicles. Reproduction. 145 (1), 85-96 (2013).
  17. Makita, M., Miyano, T. Steroid hormones promote bovine oocyte growth and connection with granulosa cells. Theriogenology. 82 (4), 605-612 (2014).
  18. Yamamoto, K., et al. Development to live young from bovine small oocytes after growth, maturation and fertilization in vitro. Theriogenology. 52 (1), 81-89 (1999).
  19. Alam, M. H., Lee, J., Miyano, T. Inhibition of PDE3A sustains meiotic arrest and gap junction of bovine growing oocytes in in vitro growth culture. Theriogenology. 118, 110-118 (2018).
  20. Lodde, V., Modina, S., Galbusera, C., Franciosi, F., Luciano, A. M. Large-scale chromatin remodeling in germinal vesicle bovine oocytes: interplay with gap junction functionality and developmental competence. Molecular Reproduction and Development. 74 (6), 740-749 (2007).
  21. Lodde, V., et al. Oocyte morphology and transcriptional silencing in relation to chromatin remodeling during the final phases of bovine oocyte growth. Molecular Reproduction and Development. 75 (5), 915-924 (2008).
  22. Dieci, C., et al. Differences in cumulus cell gene expression indicate the benefit of a pre-maturation step to improve in-vitro bovine embryo production. Molecular Human Reproduction. 22 (12), 882-897 (2016).
  23. Soares, A. C. S., et al. Steroid hormones interact with natriuretic peptide C to delay nuclear maturation, to maintain oocyte-cumulus communication and to improve the quality of in vitro-produced embryos in cattle. Reproduction, Fertililty and Development. 29 (11), 2217-2224 (2017).
  24. Soares, A. C. S., et al. Characterization and control of oocyte large-scale chromatin configuration in different cattle breeds. Theriogenology. 141, 146-152 (2020).
  25. Franciosi, F., et al. Natriuretic peptide precursor C delays meiotic resumption and sustains gap junction-mediated communication in bovine cumulus-enclosed oocytes. Biology of Reproduction. 91 (3), 61 (2014).
  26. Luciano, A. M., et al. Effect of different levels of intracellular cAMP on the in vitro maturation of cattle oocytes and their subsequent development following in vitro fertilization. Molecular Reproduction and Development. 54 (1), 86-91 (1999).
  27. Bilodeau-Goeseels, S., Panich, P. Effects of oocyte quality on development and transcriptional activity in early bovine embryos. Animal Reproduction Science. 71 (3-4), 143-155 (2002).
  28. Dieci, C., et al. The effect of cilostamide on gap junction communication dynamics, chromatin remodeling, and competence acquisition in pig oocytes following parthenogenetic activation and nuclear transfer. Biology of Reproduction. 89 (3), 68 (2013).
  29. Shu, Y. M., et al. Effects of cilostamide and forskolin on the meiotic resumption and embryonic development of immature human oocytes. Human Reproduction. 23 (3), 504-513 (2008).
  30. Lodde, V., et al. Zinc supports transcription and improves meiotic competence of growing bovine oocytes. Reproduction. 159 (6), 679-691 (2020).
  31. Henderson, K. M., McNeilly, A. S., Swanston, I. A. Gonadotrophin and steroid concentrations in bovine follicular fluid and their relationship to follicle size. Journal of Reproduction and Fertility. 65 (2), 467-473 (1982).
  32. Kruip, T. A., Dieleman, S. J. Steroid hormone concentrations in the fluid of bovine follicles relative to size, quality and stage of the oestrus cycle. Theriogenology. 24 (4), 395-408 (1985).
  33. Sakaguchi, K., et al. Relationships between the antral follicle count, steroidogenesis, and secretion of follicle-stimulating hormone and anti-Mullerian hormone during follicular growth in cattle. Reproductive Biology and Endocrinology. 17 (1), 88 (2019).
  34. Makita, M., Miyano, T. Androgens promote the acquisition of maturation competence in bovine oocytes. Journal of Reproduction and Development. 61 (3), 211-217 (2015).
  35. Walters, K. A., Allan, C. M., Handelsman, D. J. Androgen actions and the ovary. Biology of Reproduction. 78 (3), 380-389 (2008).
  36. Luciano, A. M., Pappalardo, A., Ray, C., Peluso, J. J. Epidermal growth factor inhibits large granulosa cell apoptosis by stimulating progesterone synthesis and regulating the distribution of intracellular free calcium. Biology of Reproduction. 51 (4), 646-654 (1994).
  37. Gordon, I. Laboratory Production of Cattle Embryos, 2nd edn. , CABI Publishing. (2003).
  38. Telfer, E. E., McLaughlin, M., Ding, C., Thong, K. J. A two-step serum-free culture system supports development of human oocytes from primordial follicles in the presence of activin. Human Reproduction. 23 (5), 1151-1158 (2008).
  39. McLaughlin, M., Albertini, D. F., Wallace, W. H. B., Anderson, R. A., Telfer, E. E. Metaphase II oocytes from human unilaminar follicles grown in a multi-step culture system. Molecular Human Reproduction. 24 (3), 135-142 (2018).
  40. Fair, T., Hyttel, P., Greve, T. Bovine oocyte diameter in relation to maturational competence and transcriptional activity. Molecular Reproduction and Development. 42 (4), 437-442 (1995).

Tags

ביולוגיה התפתחותית גיליון 161 גידול ביציטים זקיקי אנטרל מוקדמים בידול oocyte בידוד oocyte שור זקיקים במבחנה שמורת השחלות שימור פוריות atresia בייצור עובר חוץ גופית IVP הורמון מגרה זקיק FSH
במבחנה תרבות אסטרטגיה עבור Oocytes מ זקיק אנטרל מוקדם בבקר
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Barros, R. G., Lodde, V., Franciosi, … More

Barros, R. G., Lodde, V., Franciosi, F., Luciano, A. M. In Vitro Culture Strategy for Oocytes from Early Antral Follicle in Cattle. J. Vis. Exp. (161), e61625, doi:10.3791/61625 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter