بررسی تاثیر شرایط هایپوکسی بر تکوین رویان های دوسلولی موش نژاد NMRI

فصلنامه زیست شناسی جانوری

مقاله 2، دوره 9، شماره 3 - شماره پیاپی 36، خرداد 1396، صفحه 15-26   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

نویسندگان

دیبا باقری¹؛ مجتبی دشتی زاد^{* 2}؛ مرتضی دلیری جوپاری¹؛ احسان هاشمی¹؛ آیدین رحیم طایفه¹

¹پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک و زیست‌فناوری (NIGEB)، تهران، ایران

²پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک و زیست فناوری (NIGEB)، تهران، ایران

چکیده

تکوین رویان در شرایط آزمایشگاهی، وابسته به پارامتر­های متعددی است که از میان آن­ها می­توان به میزان اکسیژن محیط کشت اشاره نمود. کشت رویان در شرایط محیطی با میزان بالای اکسیژن می­تواند منجر به تولید گونه­های فعال اکسیژن شود و در نتیجه آسیب­های احتمالی را برای رویان به همراه داشته باشد. بررسی­های پیشین نشان داده است که مرحله­ی پره­نوکلئوس مرحله­ای حیاتی در نمو رویان می­باشد که نسبت به میزان اکسیژن محیط حساس است و با شروع کشت از مراحل بعدی ممکن است این اثرات مخرب اکسیژن اتمسفری ناپدید ­شود. جهت بررسی دقیق­تر این موضوع، مطالعه حاضر کشت رویان­ها از مرحله­ی دو سلولی تا مرحله­ی بلاستوسیست را مد نظر قرار داده است و کیفیت رویان­ها را در شرایط هایپوکسی (غلظت اکسیژن 5 درصد و اتمسفری (غلظت اکسیژن 20 درصد) با یکدیگر مقایسه می­کند. رویان­های دوسلولی پس از جمع­آوری، به صورت تصادفی در دو گروه هایپوکسی و اتمسفری  تقسیم و تا مرحله­ی بلاستوسیست کشت داده شدند. تاثیر غلظت متفاوت اکسیژن بر کیفیت رویان­ها با بررسی نرخ تشکیل بلاستوسیست، میزان خروج رویان از زونا، تعداد کل سلول­ها، نسبت تعداد سلول­های توده­ی داخلی بلاستوسیست به تعداد کل سلول­ها و نرخ لانه­گزینی پس از انتقال رویان ارزیابی گردید. نتایج حاکی از افزایش معنی­دار (05/0p<) در نرخ تشکیل بلاستوسیست (81/78 به 05/73)، خروج از زونا (07/56 به 50/49) و نسبت توده­ی سلولی داخلی به کل سلول­ها در رویان­های گروه هایپوکسی در مقایسه با گروه کنترل (54/0 به 28/0) بود. همچنین نرخ  لانه­گزینی پس از انتقال رویان هایپوکسی (20/59) نسبت به گروه کنترل بهبود (05/0p<) یافت (50/29). برخلاف گزارشات پیشین اثرات مخرب اکسیژن موجب سرکوب رشد رویان در تمامی مراحل نمو می­شود و براین نکته تاکید می­کند که شرایط هایپوکسی از نمو رویان بهتر حمایت می­کند.

کلیدواژه‌ها

بلاستوسیست؛ تعداد سلول های بلاستوسیست؛ کشت رویان؛ لانه‌گزینی؛ شرایط هایپوکسی

مراجع

1. Bavister B., 2004. Oxygen concentration and preimplantation development. Reproductive Biomedicine Online, 9(5): 484-486.
2. Booth P.J., Holm P., Callesen H., 2005. The effect of oxygen tension on porcine embryonic development is dependent on embryo type. Theriogenology, 63(7): 2040-2052.
3. Boron W.F., Boulpaep E.L., 2009. Medical physiology: a cellular and molecular approach. Saunders, Elsevier, Philadelphia, PA.
4. Catt J.W., Henman M., 1975. Toxic effects of oxygen on human embryo development. Human Reproduction, 15(suppl 2): 199-206.
5. Chason R.J., Csokmay J., Segars J.H., DeCherney A.H., Armant D.R., 2011. Environmental and epigenetic effects upon preimplantation embryo metabolism and development. Trends in Endocrinology and Metabolism, 22(10): 412-420.
6. Dennery P.A., 2007. Effects of oxidative stress on embryonic development. Birth Defects Research Part C: Embryo Today: Reviews, 81(3): 155-162.
7. Dumoulin J.C., Meijers C.J., Bras M., Coonen E., Geraedts J.P. , Evers J.L., (1999. Effect of oxygen concentration on human in-vitro fertilization and embryoculture. Human Reproduction, 14(2): 465-469.
8. Edwards R., Purdy J., Steptoe P., Walters D., 1981. The growth of human preimplantation embryos in vitro. American Journal of Obstetrics and Gynecology, 141(4): 408-416.
9. Enders A., Boatman D., Morgan P., Bavister B., (1989. Differentiation of blastocysts derived from in vitro-fertilized rhesus monkey ova. Biology of Reproduction, 41(4): 715-727.
10.  Ferraretti A.P., Devroey P., Magli M.C., Gianaroli L., 2017.  No need for luteal phase support in IVF cycles after mild stimulation: proof-of-concept study. Reproductive Biomedicine Online, 34: 162 - 165.
11.  Fischer B., Bavister B., 1993. Oxygen tension in the oviduct and uterus of rhesus monkeys, hamsters and rabbits. Journal of Reproduction and Fertility, 99(2): 673-679.
12.  Gardner D.K., Lane M., 1996. Fertilizationand early embryology: alleviation of the ‘2-cell block’and development to the blastocyst of CF1 mouse embryos: role of amino acids, EDTA and physical parameters. Human Reproduction, 11(12): 2703-2712.
13.  Gardner D.K., Lane M., Stevens J., Schoolcraft W.B., 2001. Noninvasive assessment ofhuman embryo nutrient consumption as a measure of developmental potential. Fertility and Sterility, 76(6): 1175-1180.
14. Gardner R., Papaioannou V., 1975. Differentiation in the trophectoderm and inner cell mass. The Early Development of Mammals, 107-132.
15.  Guerif F., Bidault R., Gasnier O., Couet M., Gervereau O., Lansac J., Royere D., 2004. Efficacy of blastocyst transfer after implantation failure. Reproductive Biomedicine Online, 9(6): 630-636.
16.  Guerin P., El Mouatassim S., Menezo Y., 2001. Oxidative stress and protection against reactive oxygen species in the pre-implantation embryo and its surroundings. Human Reproduction Update, 7(2): 175-189.
17.  Guo N., Li Y., Ai J., Gu L., Chen W., Liu Q., 2014. Two different concentrations of oxygen for culturing precompaction stage embryos on human embryo development competence: a prospective randomized sibling-oocyte study. International Journal of Clinical and Experimental Pathology, 7(9): 6191.
18.  Harvey A., Kind K., Pantaleon M., Arm strong D., Thompson J., 2004. Oxygen-regulated gene expression in bovine blastocysts. Biology of Reproduction, 71(4): 1108-1119.
19.  Hyslop P., Hinshaw D., Halsey W., Schraufstätter I., Sauerheber R., Spragg R., Jackson J., Cochrane C., 1988. Mechanisms of oxidant-mediated cell injury. The glycolytic and mitochondrial pathways of ADP phosphorylation are majorintracellular targets inactivated by hydrogen peroxide. Journal of Biological Chemistry, 263(4): 1665-1675.
20.  Johnson M.H., Nasresfahani M.H., 1994. Radical solutions and cultural problems: could free oxygen radicals be responsible for the impaired development of preimplantation mammalian embryos in vitro? Bioessays, 16(1): 31-38.
21. Karagenc L., Sertkaya Z., Ciray N., Ulug U., Bahceci M., 2004. Impact of oxygen concentration on embryonic development of mouse zygotes. Reproductive Biomedicine Online, 9(4): 409-417.
22.  Kasterstein E., Strassburger D., Komarovsky D., Bern O., Komsky A., Raziel A., Friedler S., Ron-El R., 2013. The effect of two distinct levels of oxygen concentration on embryo development in a sibling oocyte study. Journal of Assisted Reproduction and Genetics, 30(8): 1073-1079.
23.  Koot Y., Teklenburg G., Salker M., Brosens J.J., Macklon N., 2012. Molecular aspects of implantation failure. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Molecular Basis of Disease, 1822(12): 1943-1950.
24.  Kovačič B., Vlaisavljević V., 2008. Influence of atmospheric versus reduced oxygen concentration on development of human blastocysts invitro: a prospective study on sibling oocytes. Reproductive Biomedicine Online, 17(2): 229-236.
25.  Kowaltowski A.J., Vercesi A.E., 1999. Mitochondrial damage induced by conditions of oxidative stress. Free Radical Biology and Medicine, 26(3): 463-471.
26.  Lawitts J.A., Biggers J.D., 1993. Culture of preimplantation embryos. Methods in enzymology, 225: 153-164.
27.  Maria J., Gámiz P., Albert C., Galán A., Viloria T., Pérez S., Romero J.L., Remohï J., 2013. Reduced oxygen tension improves embryo quality but not clinical pregnancy rates: a randomized clinical study into ovum donation cycles. Fertility and Sterility, 100(2): 402-407.
28.  Mastroianni L., Jones R., 1965. Oxygen tension within the rabbit fallopian tube. Journal of Reproduction and Fertility, 9(1): 99-102.
29.  Meintjes M., Chantilis S.J., Douglas J.D., Rodriguez A.J., Guerami A.R., Bookout D.M., Barnett B.D., Madden J.D., 2009. A controlled randomized trial evaluating the effect of lowered incubator oxygen tension on live births in a predominantly blastocyst transfer program. Human Reproduction, 24(2): 300-307.
30.  Pabon J.E., Findley W.E., Gibbons W.E., 1989. The toxic effect of short exposures to the atmospheric oxygen concentration on early mouse embryonic development. Fertility and Sterility, 51(5): 896-900.
31.  Quinn P., Barros C., Whittingham D., 1982. Preservation of hamster oocytes to assay the fertilizing capacity of human spermatozoa. Journal of Reproduction and Fertility, 35(2):66, 161-168.
32.  Salamonsen L.A., 1999. Role of proteases in implantation. Reviews of Reproduction, 4(1): 11-22.
33.  Seshagiri P.B., Roy S. S., Sireesha G., Rao R.P., 2009. Cellular and molecular regulation of mammalian blastocyst hatching. Journal of Reproductive Immunology, 83(1): 79-84.
34.  Shen X.F., Liu X., Zhang Y.H., Li N., Wang J.H., Liu F.J., 2016. Obesity impaired oocyte maturation and embryo implantation rate in Chinese women without polycystic ovary syndrome undergoing in vitro fertilization-embryo transfer. International Journal of Clinical Experimental Medicine, 9(10): 19995-20001.
35.  Thompson J., Simpson A., Pugh P., Donnelly P., Tervit H., 1990. Effect of oxygen concentration on in-vitro development of preimplantation sheep and cattle embryos. Journal of Reproduction and Fertility, 89(2): 573-578.
36.  Umaoka Y., Noda Y., Narimoto K., Mori T., 1992. Effects of oxygen toxicity on early development of mouse embryos. Molecular Reproduction and Development, 31(1): 28-33.
37.  Urman B., Yakin K., Balaban B., 2005. Recurrentimplantation failure in assisted reproduction: how to counsel and manage. B. Treatment options that have not been proven to benefit the couple. Reproductive Biomedicine Online, 11(3): 382-391.
38.  Waldenström U., Engström A.B., Hellberg D., Nilsson S., 2009. Low-oxygen compared with high-oxygen atmosphere in blastocyst culture, a prospective randomized study. Fertility and Sterility, 91(6): 2461-2465.
39.  Wale P., Gardner D., 2010. Time-lapse analysis of mouse embryo development in oxygen gradients. Reproductive Biomedicine Online, 21(3): 402-410.
40.  Wang H., Dey S.K.,  2006. Roadmap to embryo implantation: clues from mouse models. Nature Reviews Genetics, 7(3): 185-199.
41.  Weissman A., Biran G., Nahum H., Glezerman M., Levran D., 2008. Blastocyst culture and transfer: lessons from an unselected, difficult IVF population. Reproductive Biomedicine Online, 17(2): 220-228.
42.  Yang Y., Xu Y., Ding C., Lin M., Awonuga A.O., Dai J., Puscheck E.E., Rappolee D.A., Zhou C., 2016. Comparison of 2, 5, and 20% O2 on the development of post-thaw human embryos. Journal of Assisted Reproduction and Genetics, 1-9.
43.  Zernicka-Goetz M., Morris S.A., Bruce A.W., 2009. Making a firm decision: multifaceted regulation of cell fate in the early mouse embryo. Nature Reviews Genetics, 10(7): 467-477.