纳秒脉冲电场激活ICSI未受精卵母细胞及其定量调控胞浆内钙振荡的机制研究
批准号:
82071715
项目类别:
面上项目
资助金额:
52.0 万元
负责人:
鹿群
依托单位:
学科分类:
辅助生殖
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
鹿群
中文摘要
钙振荡是卵母细胞激活和胚胎发育的必要条件。常用的人工卵母细胞激活方法因无法模拟钙振荡,在用于治疗反复卵胞浆内单精子注射(ICSI)受精失败或低下患者时,无法获得与生理状态下相似的激活效率和胚胎发育潜能。前期研究首次发现纳秒脉冲电场(nsPEFs)能激活小鼠卵母细胞,并可定量调控钙振荡,提示nsPEFs可通过定量调控钙振荡的方式激活人卵母细胞。本课题以ICSI未受精卵母细胞为研究对象,利用不同电学剂量的nsPEFs刺激人卵母细胞,观察激活率、囊胚形成率及其诱导的钙振荡模式;通过设计拮抗实验,研究nsPEFs诱导卵胞浆内钙振荡的生物学机制;通过构建nsPEFs调控人卵母细胞钙振荡动力学模型,研究可控激活人卵母细胞的实现路径;通过对卵母细胞亚细胞结构和激活胚胎的多重组学分析,评价nsPEFs作为高效、可控的人工激活方法的安全性。本课题可望为反复ICSI受精失败和低下病人提供全新的治疗方法。
英文摘要
Calcium (Ca2+) oscillations is a prerequisite for oocyte activation and subsequent embryonic development. Intracytoplasmic sperm injection (ICSI) combined with artificial oocyte activation (AOA) could not achieve perfect activation efficiency and embryonic development because the current AOA methods cannot mimic the natural pattern of calcium oscillations after sperm penetration. Our previous study firstly demonstrated that nanosecond pulsed electric field (nsPEFs) technology could activate mouse oocytes by quantitively regulating Ca2+ oscillation. The results indicate that nsPEFs may activate human oocytes by inducing Ca2+oscillation. In this study, nsPEFs technology is innovatively introduced to activate unfertilized oocytes after ICSI. Different absorption dose of nsPEFs are used to stimulate unfertilized oocytes after ICSI. The activation rate, blastocyst rate and the calcium oscillation patterns are observed correspondingly, and then the biophysical correlation among them are analyzed. Furthermore, the antergic experiments are designed to explore the underlying mechanisms of nsPEFs quantitively regulate calcium oscillation. A nsPEFs-mediated Ca2+-channel kinetic model is constructed to regulate the absorption dose to mimic Ca2+ oscillation for activating human oocytes. Finally, in order to verify the safety of nsPEFs as a novel AOA methods for its potential application in clinic, the effect of nsPEFs on the subcellular structure of unfertilized oocyte after ICSI is evaluated , while the genetic and epigenetic characteristics and transcriptome information of activated embryos will be detected by single-cell triple omics sequencing. This study may provide a new and feasible treatment for infertility couples with repeated total fertilization failure or low fertilization following ICSI, which has important scientific significance and social value.
反复卵胞浆内单精子注射(ICSI)受精失败或低下导致妊娠率、活产率大幅度降低,其主要是因精子缺陷导致的卵母细胞激活效率低下或失败。钙振荡是卵母细胞激活、胚胎发育的必要因素,在卵母细胞激活的过程中起关键作用。为了克服卵母细胞激活失败导致的受精失败,临床上常用的人工卵母细胞激活方法提高激活效率;但是当前使用的人工卵母细胞激活方法因无法模拟钙振荡,用于治疗反复ICSI受精失败或低下患者时,无法获得与生理状态下相似的激活效率和胚胎发育潜能,导致激活效率低下及胚胎质量差。我们的研究首次发现了纳秒脉冲电场(nsPEFs)能够精确地调节细胞质Ca2+振荡模式,从而提高激活效率,有提高胚胎质量的可能。.项目执行期间,我们利用不同强度的nsPEFs刺激小鼠 MII 卵母细胞,成功地孤雌激活了小鼠 MII 卵母细胞,结果表明中等强度nsPEFs组的卵母细胞激活率和孤雌囊胚发育率显著增加,且囊胚率和质量远高于钙离子载体A23187阳性对照组。通过拮抗实验发现,nsPEFs通过促进细胞外([Ca2+]e)的内流和内质网([Ca2+]ER)的释放,升高细胞内([Ca2+]i)水平,并促进IP3的产生以维持持续的细胞质[Ca2+]i振荡。同时证实,在nsPEFs诱导的细胞质[Ca2+]i振荡过程中,部分Ca2+由线粒体回吸收。我们进一步发现,随着nsPEFs强度的升高,刺激人IVM-MII 卵母细胞中产生的Ca2+波幅度越大;且不同强度的nsPEFs能够刺激ICSI未受精人卵母细胞形成原核。同时,针对当前金属等物质污染日渐严重的情况下,我们研究了血清锌和稀土元素暴露与卵泡微环境及IVF-ET妊娠结局的关联;针对当前全氟烷基等物质在工业化的过程中日渐严重的情况下,我们还研究了全氟烷基物质和多氟烷基物质 (PFAS) 和暴露与IVF-ET妊娠结局的关系。.上述研究工作中,我们始终围绕卵母细胞受精及nsPEFs人工激活等,以此为研究主线展开研究,初步揭示nsPEFs激活卵母细胞效率和受精调节的分子机制。同时我们认识到环境因素对卵母细胞发育、激活和胚胎发育影响的重要性。我们的研究结果为解决反复ICSI受精失败或低下和寻求新的人工卵母细胞激活方法奠定的基础,具有潜在的临床应用意义,有望成为反复ICSI受精失败和低下全新的治疗方法。
国内基金
海外基金