什么是卵细胞内单精子注射技术?

什么是卵细胞内单精子注射技术?

日期:2019-10-14

一、发展简史

ICSI技术是借助显微操作系统将单个精子注射入卵母细胞胞质内使其成功受精。自然受精是指动物的数亿精子经过获能、顶体反应等一系列生理反应,最终只有1条精子与卵母细胞质膜识别和融合,将雄性遗传物质完整的输送到卵母细胞胞质中,开始新的生命过程。而ICSI技术则是人为选择1条精子进行显微受精,是一种人工辅助生殖技术。1974年Brun等进行了人类第一次ICSI技术试验,试验中通过ICSI技术注射562枚爪蛙卵,最终诞生了4只形态正常的爪蛙后代。1976年,,Uehara和 Yanagimachi以金黄地鼠作为研究材料,进行了人、金黄地鼠精子的异种和同种受精机制研究,开创了ICSI的技术基础。1988年,世界上首次报道通过ICSI技术诞生了哺乳动物兔。随后,ICSI技术相继应用在猫、绵羊、牛、人、小鼠、猪、马、山羊等哺乳动物物上并成功诞生后代。中国的ICSI技术起步于20世纪90年代,1996年中国首例ICSI试管婴儿诞生于广东省中山大学第一附属医院,由庄广伦教授的研究团队首次报道。

人类显微授精技术的发展主要包括以下三个阶段:透明带部分切除(PZD);透明带下授精法(SUZI);卵胞质内单精子注射(ICSI)。1988年,Cohen及其同事报道了采用PZD技术实现世界首例临床妊娠,同年SUZI技术也获得了第一例临床妊娠。无论是SUZI还是PZD,精子在与卵膜结合前都必须自发地发生顶体反应,同时存在很多局限性:SUZI/PZD技术的单精受精率低;实施SUZI/PZD技术要求精子数目>5×10ml;多精受精无法控制。随后,SUZI/PZD技术被淘汰。

显微授精技术的突破是在1992年比利时的Palermo等开创的卵胞质内单精子注射技术,此法开创了治疗严重男性不育的新纪元。随着技术的发展,科学家利用 Piezo操作系统将睾丸精子、球形精子细胞及精母细胞注射进卵母细胞中完成ICSI操作,结果证明没有自然受精能力的精子细胞借助ICSI技术也能产生健康后代。这一技术为人类不孕症等方面的研究提供了理论依据和实践基础;1999年,美国科学家将ICSI技术应用于动物转基因领域,成功地获得了转基因小鼠,大大推动了转基因技术的发

展。

二、受精原理

生理受精过程中,精子细胞膜与卵母细胞膜融合,G蛋白和INSP3被激活,后者引起膜

磷酸酶的激活,膜的超极化是精卵融合后的第一个反应,使卵母细胞产生连续脉冲Ca2+释放,进而激活卵母细胞的成熟促进因子,重启细胞周期,激MI期卵母细胞,使其排出第2极体,原核形成,完成受精。

ICSI技术过程中,卵母细胞成功受精主要依赖于注射针对卵母细胞的人工机械激活。注射针穿刺卵母细胞膜引发Ca2+释放,导致胞质内Ca2浓度的升高,从而达到激活卵母细胞的功效。注射针穿破细胞膜进入胞质后,在注射精子前先回吸部分细胞质,以证实注射针进入卵胞质,这回吸过程将进一步促进卵母细胞激活。如果在ICSI操作过程中遇到胞质重度颗粒化的卵母细胞,也可以通过反复多次回吸胞质以提高此类卵母细胞的激活效果。

此外,将精子注入胞质后撤针,也对卵母细胞产生激活作用,这一系列的机械刺激组合起来将实现卵母细胞被激活的目的。精子进入卵母细胞后,卵胞质内的酶将促使精子的细胞膜释放精子细胞溶解蛋白,后者可进一步激活卵母细胞。卵母细胞的人工激活以及精卵释放的相关因子,是ICSI成功受精的关键所在Ca2+释放不足将导致卵母细胞激活失败,近年来有学者尝试对于精子形态异常(圆头精子、无头精子等)或第一次ICSI受精失败的患者,在ICSI后半小时对卵子行人工辅助激活可以促进卵子的正常受精。

 


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