从卵子到生命,是一段神奇的旅程

这一系列变化,在胚胎师所照顾的小生命裡,日日发生,藉由这次在欧洲生殖医学会的四天洗礼下,体认到细胞裡、化学式的生命的奇蹟-从卵子到胚胎,是一段神奇的旅程。
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2020-05-22 2020-05-22
作者 Agnes

生命由两个细胞(卵子与精虫)打破细胞膜的界限而融合,从减数分裂到细胞分裂,从一个个独立的胚叶细胞变成桑葚期细胞团组织后,最后细胞们需要分化成滋养层细胞与内细胞团组织、製造能量才能顺利展开能囊胚腔、进而孵化(Hatching)著床。

 这一系列变化,在胚胎师所照顾的小生命裡,日日发生,藉由这次在欧洲生殖医学会的四天洗礼下,体认到细胞裡、化学式的生命的奇蹟-从卵子到胚胎,是一段神奇的旅程。

 卵子的大小如同笔尖那样的小(140~180微米(um,1万微米=1公分)),但是它肩负起一个生命的起源。不成熟的卵(GV)→MI→MII(成熟卵子),需要一系列的变化:首先GV核要瓦解而啟动DNA进行第一次减数分裂,每一条染色体的著丝点都经过纺锤丝的排列,藉由细胞质内的胞器(Actin)的细胞质流动,纺锤体和染色体的複合体会移动至卵细胞膜的边缘,这是為了减数分裂后可以留下最大体积的卵细胞质,而分裂后的染色体用最小的体积形成第一极体,这就是成熟的卵子MII。

而卵子和精虫的授精作用是一段天衣无缝的化学反应:

1. 精虫需藉由顶体反应将卵子外的一层层卵丘细胞拨开,当精虫上的受器(izumo)与卵膜上的 (Juno receptor)完美结合后,卵膜的Juno recetor(右图绿色萤光抗体染色处) 会在授精后的约40分鐘逐渐消失,卵膜进而无法与其他精虫进行授精,这是抵抗多重精虫授精的机制(polysermy)之一。然而,试管婴儿常使用的技术-单一精虫显微注射的 卵子,其Juno receptor则会一直存在。

2.卵膜接受精虫所传递的PLCζ授精后,开啟卵子SER内的Ca2+的离子脉冲进而完成以下机致 成為成功的受精卵:

a. 授精后一个小时,藉由Exocytosis 的 Cortical granules,改变卵子的Zona结构改变变硬让(polysermy)机制更 完整。由于polysermy的第一道机制-Juno receptor的卵膜变化有时间落差(约30-40min)。

b. Ca2+的离子脉冲的细胞传递鍊让卵子开啟第 二次减数分裂,再藉由精虫所提供的中心粒进行第一次的细胞分裂,形成二细胞。在Timelapse培养箱可以看见胚胎每一个时刻,而受精卵从一变成二是经过精密的细胞週期完成的,由精卵提供的染色体複製,再由中心粒把它均匀的分配至2个细胞。如果在这个时刻发现从一个细胞变成3个细胞,那纺锤丝的构造有异,通常其细胞的染色体是异常比例很高,则不建议进行植入。

藉由Timelapse(缩时摄影影像系统)技术成熟,不需要额外拿出胚胎培养盘放在加温37度的显微镜下就能观察拍照,进而形成稳定的培养环境。而各家厂商仪器设备都设定了数分鐘帮胚胎拍一张照片,这一张张照片形成了胚胎缩时影片。学者想藉由胚胎发育的各种速率、甚至以AI(人工智慧打胚胎级别分数)、软体统计,来挑选出著床率最高的胚胎。当然,不同实验室也会有各自判断或仍在研究的参数。这次欧洲生殖医学会的议程裡,提供了许多研究希望能挑出一植就中的囊胚:

1. 藉由卵子受精后会出现的Halo phenomenon(受精卵膜周遭的透明状,如下图),去评估这颗胚胎的著床能力。

a. 藉由卵子受精后会出现的Halo phenomenon(受精卵膜周遭的透明状,如右图),去评估这颗胚胎的著床能力。

2.侭管每个阶段的胚胎发育速率,都可以成為挑选胚胎的参数。三家欧洲生殖中心 (IVI/G.EN.E.R.A./ European Hospital)提供他们在2016- 2018年的Timelapse培养加上单一胚胎植入正常染色体报告(PGS)成绩,发现许多参数计算下,影响活产的最关键的因素:1. 囊胚有好的滋养层细胞等级 2.其授精后胚胎形成桑葚期的时(tM)若小于80 小时主要原因是:

a.滋养层的细胞在著床步骤裡与子宫内膜细胞接触的关键要素,其释放的hCG贺尔蒙会调控母体的免疫系统,而等级高的滋养层细胞会释放更多的hCG,让著床顺利进行。

b.受精卵不断的进行细胞分裂在授精后的第四天会形成桑葚期,每个全能的胚叶细胞走到关键时刻,由Hipo-pathway去决定哪些细胞是滋养层与内细胞团(如下图)。

c.而细胞藉由胞器actin加强彼此间的连结:zipper-interaction,细胞形状造成了细胞内的渗透压改变,许多细胞内水分跑至细胞外形成了囊胚腔液体,进而引起囊胚一步步扩展(如下图)得以藉由等级评分囊胚(AA/AB/BA/BB/BC)。

藉由缩时摄影影像系统的稳定培养环境、胚胎发育关键参数建立、人工智慧挑选胚胎、真正看透胚胎的PGS染色体报告,准确的ERA(内膜接受性测试)让胚胎师有更多秘密武器帮助许多想拥有一个小孩的的家庭。未来,有更多的技术与发现让试管婴儿领域精近更好,让难孕夫妻拥有尽快、愉快的疗程、美梦成真。

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*医疗行為需与医师讨论进行,本篇文章仅反映当时治疗状况与建议

评论

Ian
Ian
  1. 每个生命都得来不易,真的往生殖医学的学问裡钻,会发现原来有这么多关卡,稍有一关进行的不顺利,可能就停滞不前了。每天在实验室裡的胚胎师们最有感,一开始拿到的卵进行受精,之后就是一路的淘汰赛,最终才会得到历经各项考验所形成的珍贵囊胚。然而在拿到卵子之前,我们也别忘了,卵子成熟过程,也是一连串的机制过程。尤其是卵核与纺垂体,年龄愈大,此阶段异常的比率就升高。
  2. 既然囊胚得来不易,在对的时间(ERA),植入对的胚胎(PGS),以提升每次植入的怀孕率与著床率,就显得格外重要。每位难孕夫妻所面临的难题都不尽相同,充份与您的医师讨论,善用适当的生殖医学技术,我相信,成功就在不远处。