胚胎的无冰玻璃化处理及其对解冻后结果的影响

《Scientific Reports》：Ice-free vitrification of embryos and its impact on post-warming outcomes

　　

摘要

玻璃化技术被广泛用于哺乳动物胚胎的冷冻保存。解冻后的胚胎存活率会受到细胞内冰晶形成的冷冻损伤的影响，而冰晶的形成与冷却和加热速率密切相关。通过对牛胚胎进行时间分辨X射线衍射测量发现，现有的标准技术和方案能够实现无冰冷却，但在加热过程中仍会形成细胞内冰晶。将冷却速率提高到当前标准速率的约30倍后，即使冷冻保护剂的浓度降低30%，也能实现无冰冷却和解冻。采用超快冷却速率处理的胚胎其存活率和发育能力与未经过玻璃化处理的对照组相当，且明显优于采用标准冷却速率处理的胚胎。无论是采用标准冷却还是超快冷却方式，胚胎整体的H3K9me3信号强度都比对照组更高；而DNA甲基化（5mC和5hmC）水平在所有组间没有显著差异。转录组分析显示，在标准冷却条件下，与对照组相比，细胞黏附和细胞连接相关基因的表达下调，DNA损伤修复相关基因的表达上调；而在超快冷却条件下，细胞发育和分化相关基因的表达则下调。使用超快冷却方案玻璃化的胚胎仍保留了完整的发育潜力，并能够成功着床妊娠。总体而言，提高冷却速率通过减少冰晶形成、降低DNA损伤以及保护与胚胎发育功能相关的基因表达，从而改善了冷冻保存后的胚胎存活率。