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このプロトコルは、精子の運動特性とチグモタキシスを利用して、DNA断片化指数が低い高品質の精子をスクリーニングする方法を説明しています。U字型の水平スイミングレーンを採用しているため、死んだ精子や細胞残骸、不純物を排除しながら、バッファー液滴を通じて高品質な精子を反対側に届けることができます。
ヒト精液は、漸進的に運動する精子、非漸進的に運動する精子、不確定な精子、細胞破片、および粘性精漿を含む複雑な混合物である。高品質の精子とは、正常な形態を持つ進行的に運動する精子を指し、多くの場合、DNA断片化指数(DFI)が低く、受精能が高いことを示しています。高品質の精子を準備することは、人間の生殖補助医療における重要なステップです。従来の精子調製方法である不連続密度勾配遠心分離法(DGC)は、時間と労力がかかります。遠心分離を繰り返すと、精子のDNAが損傷し、その後の受精や胚発生に影響を与える可能性があります。この研究では、細胞質内精子注入(ICSI)精子を調製するためのU字型水平遊泳(UHS)法を導入し、遠心分離が精子DNAに及ぼす悪影響を大幅に排除します。UHS法では、ICSI操作皿内に受精媒体を使用してUHSレーンを作成します。10μLの受精培地の微小液滴をUHSレーンの左側の起点に配置して、精液を保持します。さらに2つの10μL受精培地バッファー液滴がレーンの左中央セクションに沿って間隔を置いて配置され、すべての液滴が受精培地で接続されています。次に、皿を培養油で覆い、6%のCO2 で37°Cで一晩インキュベートして平衡化します。続いて、開始点の微小液滴に3μLの精液を添加します。高品質の精子はUHSレーンの右側に泳ぎ、ICSI注射針への吸引を促進します。死んだ精子、細胞の破片、およびその他の粘性不純物は、主に初期点またはバッファー液滴に残ります。UHSとDGCの両方の技術を使用して21の精液サンプルを同時に処理し、それらのDFIを比較しました。その結果、DGC群のDFIは5.5%±3.2%であったのに対し、UHS群のDFIは1.7%±1.1%でした。2群間の差は統計学的に有意であった(P < 0.05)。
精液の最適化と精子調製技術は、構造的および機能的に優れた精子を豊富に含む細胞画分を得る上で重要な役割を果たします。これは、ヒト生殖技術1の重要なステップです。精液最適化の目的は、(1)精漿中のプロスタグランジン、免疫活性細胞、抗精子抗体、動かない低品質の精子、細菌、および破片を減少または除去することです。(2)精液の粘度を下げるか、または排除します。(3)精子の能力化を促進し、受精能力を高めます。理想的な精子調製技術は、DNAの完全性を維持し、精子と白血球による活性酸素種(ROS)の生成による機能不全を引き起こさない高機能な精子集団を回復させるべきである2。
現在最も広く使用されている精子調製技術はDGC法です。この方法の利点は、回収率が高いこと3 と標準化が容易であることです。実用化では、倍密度グラジエント法4、mini-DGC法、単層グラジエント遠心法5など、試料の品質に応じて柔軟に選択することができます。この方法は、細胞の破片、汚染された白血球、非生殖細胞、および変性生殖細胞を含まない、活力のある高品質の精子を準備するために使用できます。しかし、この方法の欠点は、遠心分離が必要であり、精子DNA6に損傷を与える可能性があることです。
ここで紹介した方法は、Baldiniらによる元の研究から適応されたもので、注射皿内の精子の水平移動に焦点を当てた7。この修正された方法は、U字型の水平レーンを組み込んで、生命力の強い高品質の精子を分離します。遠心分離によるDNA損傷を回避し、細胞質内精子注入(ICSI)手順中の死んだ精子、細胞破片、およびその他の粘性不純物の影響を最小限に抑えます。
具体的なアプローチでは、受精培地を使用して、ICSI操作皿にUHSレーンを作成します。10μLの受精培地マイクロ液滴をUHSレーンの左開始点に配置して、精液を保持します。さらに2つの10μL受精培地バッファー液滴がUHSレーンの左中央セクションに間隔を置いて配置され、すべての液滴が受精培地によって接続されます。培養油でセットアップを覆った後、皿を37°Cで一晩インキュベートし、6%CO2 で平衡化します。その後、3 μL の精液を UHS レーンの左側の開始点にある微小液滴に添加します。高品質の精子はUHSレーンの右側にあるトラックまで泳ぎ、ICSI注射針で収集を容易にします。死んだ精子、細胞の破片、およびその他の粘性不純物は、主に元の場所またはバッファー液滴に残ります。
マイクロ流体チップは、女性の生殖管での自然選択プロセスをシミュレートし、遠心分離なしで精液から高品質の精子を最適に分離することを可能にします。これは、精子の運動性8を改善し、精子DNA断片化指数9を減らし、妊娠結果10を向上させるために重要です。しかし、このようなデバイスの製造は複雑で、コストがかかり、広く実装することは困難です。
本明細書に記載されているプロトコルは、新規で、単純で、実行可能な代替手段を提供します。精子の運動特性を活用することで、マイクロ流体技術に匹敵する結果が得られます。調製された精子は、強い生命力と低いDNA断片化指数を示し、顕微授精での使用に適しています。
この研究は、南京医科大学の付属淮安第一人民病院の医療倫理委員会によって承認されました (承認番号: KY-2024-181-01)。インフォームドコンセントは、この研究でサンプルが使用された患者から得られました。この手順は、優れた実験室の実践と臨床ガイドライン11,12に従って、経験豊富な担当者が実施する必要があります。使用した試薬や機器の詳細は、資料表に記載されています。
1. ICSI手術皿の準備
2.精液サンプル収集
3. 精液検体の解析
4. 卵子を拾う
5. 精子選択と顕微授精の手術
6. DGC法による精子の調製
7. 精子核DNAの完全性検出(Sperm Chromatin Dispersion Method, SCD)
8. 統計分析
UHS法とDGC法を使用して、21のサンプルの処理を最適化し、2つの方法間で精子DNA断片化指数を比較しました。ICSIディッシュのUHSトラックを使用する方法は、DGCを置き換えることができ、精子に損傷を与える可能性があります。進行性の運動性が良好な高品質の精子は、U字型のトラックの端に沿ってスムーズに泳ぎ(図2)、ICSI針がそれらを個別につかみやすくなります。UHSトラックを使用して分離された高品質の精子は、DFIが低くなっています(図3)。
図3に示すデータを生成するために、DGC法とUHS法で分離した高品質の精子のDFIを精子クロマチン分散(SCD)法を使用して検出しました。その結果、DGCで分離した高品質精子のDFIは5.5%±3.2%と高かったのに対し、UHS法で分離した高品質精子のDFIは1.7%±1.1%であった(P < 0.05)(表1)。
図1:既製のICSI操作パネル。 左側はU字型の精子レーンで、精液を追加するための円形の液滴が始まります。2つのバッファー液滴が左側のレーンに配置され、動かない精子、細胞の破片、および粘性不純物をろ過します。中央には、精子の固定化に使用されるPVPの長いストリップがあります。右側には、6つの卵子プロセシング培地液滴が順番に並べられており、卵子の放出とICSI穿刺手術に使用されます。(A)概略図。(B)現実的な眺め。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図2:バッファ液滴とU字路の右トラック端の画像の比較 (A)バッファ液滴には、精液からの丸い細胞、動かない精子、細胞破片、不純物などが大量に含まれています。(B)高品質の精子がUHSトラックの右端に分散して前方に泳ぎ、ICSI針吸引を促進します。倍率:200倍。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図3:DGCまたはUHSによって得られた高品質の精子のSCDアッセイからの代表的な画像。 (A)DGCを使用して処理されたSCDアッセイスライドで、ハローが最小限またはまったくない断片化された精子細胞を示しています。残りの精子細胞は、分散したDNAの大きなハローを示し、断片化がないことを示しています。(B)UHS法を用いて処理されたSCDアッセイスライドで、分散したDNAの大きなハローを有する非断片化精子細胞を実証。倍率:100倍 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
アイテム | SD±平均 | 範囲 |
年齢(年) | 30±3.6 | 26-38 |
精液量(mL) | 3.50±1.27 | 1.6-5.9 |
精子濃度(×106/mL) | 65.91±24.65 | 38.76-146.63 |
漸進的な運動性(%) | 57.46±10.49 | 28.65-77.69 |
総運動性(%) | 78.1 ± 8.67 | 44.99-83.50 |
オリジナル精液のDFI(%) | 8.0 ± 4.3 | 2.4-19.8 |
DGCのDFI(%) | 5.5 ± 3.2* | 1.7-16.3 |
UHSのDFI(%) | 1.7 ± 1.1* | 0-4.4 |
注:*オリジナル精液のDFI(%)と比較すると、 P <0.05です。 |
表1:研究母集団に関する一般情報(n = 21)。
この記事で説明するUHS法を使用して高品質の精子を分離するための重要なステップは、バッファー液滴を備えたUHSレーンの確立です。UHSレーンとバッファー液滴はどちらも、洗浄して受け取った精液を使用して作成されます。UHSレーンは、高品質の精子が自由に泳ぎ、トラックの端に沿って蓄積するようにガイドするため、収集が容易になります。緩衝液滴は精液の粘度を下げ、死んだ精子、細胞の破片、その他の不純物をろ過します。UHSレーンの右側と平行なPVPストリップとの間の距離は、ICSI針全体の移動に必要な時間を短縮するために最小限に抑える必要があります。
不連続密度勾配法と比較して、UHSレーン法は実験室の人員の手動操作ステップが少なくて済むため、労働集約度を下げることができます。UHSレーン法で得られた高品質の精子は、遠心分離手順を繰り返さないため、DFIが低くなります。これは、受精、妊娠結果、および子孫の安全性により助長されます13。
ここで提示するプロトコルの主な制限は、高品質の精子の自己遊泳能力に大きく依存していることです。この方法は、精子が完全に動かない患者には適していません。極端な無精子症や極端な乏精子症の場合、正しい軌道まで泳ぐことができる高品質の精子が少ないため、高品質の精子の検索時間が長くなる可能性があります。場合によっては、左のトラックまたはバッファー液滴から高品質の精子を探す必要があるかもしれません。これらの領域にある死んだ精子、細胞の破片、および粘性不純物は、ICSI針の閉塞を引き起こし、ICSI手順全体を延長し、受精率に影響を与える可能性があります。
ここで紹介した方法は、Baldiniらによる元の研究から適応されたもので、注射皿内の精子の水平移動に焦点を当てた7。Baldiniらのアプローチでは、小さな培地で接続された3つの液滴が、第1の液滴(精子が追加される場所)から第3の液滴(精子が吸引される場所)への精子の水平移動を促進し、液滴をつなぐ2つの架橋を備えていました。しかし、このアプローチでは、高品質の精子が移動する距離が短いため、精液中の他の成分からまだ完全には分離されていません。特に粘性のある精液や不純物は、顕微授精の針の貼り詰まりを引き起こし、顕微授精の手術失敗につながる可能性があります。
DNAが無傷の運動性精子は、チグモタキシスの特徴を示し、境界壁14の近くを泳ぐ傾向があることを意味する。別の研究では、チグモタキシスが分離した精子の質に大きく影響することがわかりました15。これらの研究結果に基づいて、チグモタキシスは精子分離に重要な役割を果たしています。この方法のU字型軌道は境界が長いため、高品質の精子の自由な動きが容易になり、動かない精子、不純物、およびその他の成分から完全に分離できます。さらに、高品質の精子がトラックの端に蓄積するため、ICSI手順中の把握と操作が容易になります。
結論として、現在のプロトコルでは、ICSIディッシュでUHSレーンを使用して高品質の精子を分離することが示されています。この手順では、人員による手動の手順が少なくて済むため、分離された精子のDFIが低くなります。この方法は、 体外 受精研究室でのプロモーションと応用に適しています。
著者は何も開示していません。
何一つ。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
7% Polyvinyl pyrrolidone Solution | Vitrolife Sweden AB | 10111 | ICSI |
Aspirator | LABOTECT | - | Aspirator |
Biological clean workbench | Suzhou Antai | - | Biological clean workbench |
Blastocyst culture medium | Vitrolife Sweden AB | 10132 | Blastocyst culture medium |
Cleavage culture medium | Vitrolife Sweden AB | 10128 | Cleavage culture medium |
CO2 incubator | Thermo Scientific | - | CO2 incubator |
Culture oil | Vitrolife Sweden AB | 10029 | OVOIL |
Disposable plastic transfer pipette | BD Falcon | 357575 | disposable plastic transfer pipette |
Fertilization medium | Vitrolife Sweden AB | 10136 | G-IVF PLUS |
ICSI operating dish | BD Falcon | 351006 | Petri dish |
Instant hyaluronidase | Vitrolife Sweden AB | 10017 | Instant hyaluronidase |
Inverted microscope | NIKON | - | Inverted microscope |
IVF Workstation | Denmark K-SYSTEM | - | IVF Workstation |
Makler counting chamber | Sefi Medical Instruments | Makler counting chamber | |
Micro operating system | NIKON | - | Micro operating system |
Oocyte processing medium | Vitrolife Sweden AB | 10130 | G-MOPS PLUS |
Optical microscope | OLYMPUS | - | Optical microscope |
Phase contrast microscope | NIKON | - | Phase contrast microscope |
Sperm Counting Board | Markler | - | Sperm Counting Board |
Sperm gradient separation solution | Vitrolife Sweden AB | 10138 | SpermGrad |
Sperm nucleus DNA integrity Kit | Shenzhen HuaKang | - | Sperm Nucleus DNA Integrity Kit (SCD) |
Stereoscopic microscope | NIKON | - | Stereoscopic microscope |
Tabletop centrifuge | HETTICH | - | Tabletop centrifuge |
Thermostatic test tube rack | GRANT | - | Thermostatic test tube rack |
Tri-gas incubator | ASTEC | - | Tri-gas incubator |
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