试管婴儿的前世今生（下）

随着结婚年龄越来越晚，生育年龄更不断延后，不孕不育问题日渐突出，相应的体外受精IVF在我国也越来越热。本文编写自一份F1000生物学报告，介绍了IVF领域的技术现状，并展望了一些新兴技术的未来应用。

　　

（上接：试管婴儿的前世今生 上）

上述种种技术并未给IVF的成功率带来显著改善，而可供胚胎筛选的时间却不多。胚胎在第五天后就要准备在子宫内着床，需进行植入或冷冻。绝大多数现有的筛选方法能够在第三天前做出评估，但有些也会拖到第五天或第六天。研究者们担心胚胎在体外培养过久，会使其基因组更容易受到环境的表观遗传学影响，因此尽量减少胚胎在母体外的时间很重要。人们依旧需要新技术，以便获得更多胚胎发育信息，实现更早更准确的胚胎筛选。

新一代筛选技术

Zernicka-Goetz是剑桥大学哺乳动物发育及干细胞生物学教授，他的实验室在小鼠早期发育研究的基础上也开展了胚胎筛选的研究。早在2005年，Zernicka-Goetz就意识到了解胚胎发育的最好途径就是活体成像技术。在他的启发下剑桥大学另一个研究小组开始对小鼠胚胎发育进行成像分析，在复杂软件的帮助下对细胞分裂过程中的每个胚胎细胞进行追踪直至囊胚期。他们的4D分析揭示了胚胎首次分裂与囊胚结构建立之间的关联，也是首次在活哺乳动物胚胎中跟踪每个细胞的分化过程，这一重大进步为许多研究奠定了基础。

2010年斯坦福大学Renee Reijo Pera实验室发表了一项研究，他们用time-lapse image技术分析了人类胚胎的形成过程。研究人员记录了正常与非正常胚胎生长至囊胚的过程。研究显示，在细胞分裂的最后阶段，低质量胚胎的胞质分裂过程特别长。低质量胚胎与高质量胚胎的第二次卵裂时间也有显著差异，低质量胚胎的第二次卵裂时间不是过早就是过晚。而且第二次卵裂形成的是三个细胞，因为第一次卵裂所形成的两个细胞中只有一个细胞发生分裂。此外研究人员还发现，能够成功发育到囊胚期的胚胎，其第二次和第三次分裂衔接非常紧，几乎同步。该研究再次证实了此前的发现并进行了量化，提出第一次分裂的时机与人类高质量胚胎存在对应关系。

2007年Zernicka-Goetz在自己一项早期研究的基础上想到了评估胚胎质量的新方法。研究显示，精子进入卵子的位点与胚胎的发育情况有关。Zernicka-Goetz与牛津大学的研究人员合作，发现受精引发了一系列快速的细胞质运动，而这些运动对于预测胚胎发育很关键。研究人员通过快速time-lapse imaging技术观察胚胎，并采用基于粒子图像测速（PIV）的计算机方法进行分析。PIV技术本用于对飞机机翼上的气流或人工心脏中的血流进行分析。

研究人员对小鼠胚胎进行了观察，发现精子进入卵子后在进入位点形成受精锥，随后受精卵的细胞质形成高速漩涡，最后再逐渐减慢，而细胞内的这种震荡模式是由肌动球蛋白网络收缩所引起的。研究人员还发现在新一轮细胞质流动开始之前，受精锥会先扁平而后再突出。研究显示，精子受精会影响内质网释放钙离子，而细胞内钙离子水平的动荡造成了肌动球蛋白收缩以及随后的细胞质流动。当钙离子水平升高时，肌动球蛋白网络收缩，胞质流动变快。而当研究人员阻断钙离子释放时，就不会发生快速的胞质流动。

在此基础上，研究人员开发了首个评估肌动球蛋白网络和细胞钙离子状态的非介入性定量技术，而这两者都是胚胎正常发育所必须的。他们已经为这项技术申请了专利，目前正在人类胚胎中测试这种细胞质流动检测技术的筛选能力。

面向未来

不论是追踪细胞分裂的速度还是监控细胞质的流动，这些新型方法都极具应用潜力，科学家们也正在开展相应的临床试验。

近三十年来出现了许多胚胎筛选方法，有些侧重胚胎的细胞核，着重分析潜在的染色体异常，例如形态学和遗传学筛选；有些侧重胚胎的胞质部分，通过代谢、钙稳态和细胞骨架等评估胚胎的质量。将这些方法组合起来使用，也许是最好的选择。其中，把遗传学检测与细胞质流动监控结合起来最具潜力，因为这一组合能够在受精后几个小时内提供胚胎的质量信息，从而大大加快胚胎筛选过程，最大程度减少IVF在体外培养的时间。

注：本文章编写自一份F1000生物学报告，DOI:10.3410/M3-15 (open access).作者：Anna Ajduk、Magdalena Zernicka-Goetz

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生物通编辑：叶予编译