缓解

背景

基因改变(GA)小鼠被广泛用于研究基因的功能和调控及其在人类发育和疾病中的作用。2015年，在英国，大约50%用于科学程序的动物是用于转基因动物的创造和繁殖，其中大多数是老鼠(内政部，2015)。

GA小鼠模型的生成涉及三种技术中的一种，这些技术使用处于不同发育阶段的胚胎:

• 原核注射利用了单细胞胚胎，将DNA或RNA直接注入受精卵的原核。这项技术允许科学家使用像CRISPR/Cas9这样的基因编辑技术。

• 在体外受精(IVF)被用来产生两个细胞胚胎。这是一项特别有用的技术，因为它允许科学家在适当的时候将小鼠品系作为精子进行存档或交换。
  
• 胚胎干细胞(ES)细胞注射利用了ES细胞培养技术，允许进行复杂的基因靶向事件新利体育网页版在体外．质量控制(QC)验证的胚胎干细胞注射到囊胚(3.5天大的胚胎)。

这三种方法的胚胎都被移植到假孕受体中。在小鼠身上进行的大多数胚胎移植手术使用外科技术，在全身麻醉下通过开腹手术将胚胎植入输卵管或子宫(Nagy等, 2014)。虽然这项技术很好理解，相对较高的植入率可以实现，但它是一种侵入性手术，可能会导致不适和手术并发症。近年来，高效的非手术胚胎移植技术(Non-Surgical Embryo Transfer, NSET)已经发展起来等, 2013;崔et al .,2014年)和特定的传输设备现在已经上市。

NSET方法通过一根导管穿过子宫颈，让胚胎直接沉积在子宫腔中。不涉及手术，提供了显著的福利。在有能力的人手中，这些设备和外科胚胎移植技术一样有效。然而，NSET技术只能用于移植晚期的植入前胚胎(即囊胚期(E3.5))。这使得该技术适用于胚胎干细胞注射后的胚胎移植，但不适用于早期胚胎阶段，包括通过体外受精和原核注射程序产生的一细胞和两细胞胚胎，这些胚胎仍然需要通过手术技术转移到输卵管中。

过去的经验表明，试管受精或前核注射产生的一细胞或两细胞胚胎的扩展培养严重影响其植入的成功。这意味着这些常见的技术不能与当前的NSET系统结合使用。然而，优化胚胎培养条件是一个在小鼠和临床领域都有深入研究的领域。例如，Truong最近发表的一篇文章et al .,已报道添加抗氧化剂(如乙酰左旋肉碱、n -乙酰半胱氨酸和α-硫辛酸)可增加在体外培养胚胎，以及改善胎儿发育，增加冠尾长度和胎儿体重。这些数据表明，改变胚胎培养系统的氧化还原电位可能是有利的胚胎培养时，先于NSET。其他研究也表明，添加肌醇(磷酸肌醇的前体)也会显著增加胚胎中卵裂球的数量，这些卵裂球是通过一种叫做胞浆内精子注射(Colazingari)的微注射技术产生的et al .,2014)。

这个CRACK IT挑战的目的是通过开发一个可靠的培养系统来最大限度地使用NSET技术在体外通过操纵胚胎到囊胚期或发展一种无创操纵子宫环境的方法。

3 rs的好处

开发一个强大的系统，结合改进在体外胚胎培养条件与当代NSET技术的使用将消除需要使用外科胚胎移植植入一个和两个细胞的胚胎。这将在改善动物福利和降低成本方面对所有参与开发GA小鼠模型的人有重大好处。

不需要外科胚胎移植将会减少大量的侵入性手术。基于国际转基因技术学会在2008年9月至2009年9月之间完成的一项调查(Fielder)et al .,2010年)，据估计，目前全球每年有超过25万个外科胚胎移植手术。医学研究委员会的玛丽·里昂中心每年进行超过2500例手术胚胎移植手术。随着一细胞和两细胞胚胎手术移植的可行替代方案的出现，高达90%的侵入性胚胎移植手术可以用更精细的技术来替代。

通过这一挑战开发的技术的可用性也将有利于其他正在进行的研究工作。例如，近年来，GA小鼠繁殖群体在交流方式上取得了巨大的进步(Kenyonet al .,2014年)，并将小鼠品系存储在诸如欧洲小鼠突变档案(Guanet al .,2014)。在这两种情况下，首选的选择是使用冷冻的精子，这些精子需要通过体外受精技术恢复，以产生双细胞胚胎。

CRISPR/Cas9等新基因编辑技术的出现也意味着许多转基因实验室的活动已经从胚胎干细胞/囊胚注射转移到单细胞注射技术。这有可能增加外科胚胎移植的数量，除非NSET技术可以优化。

挑战冠军

项目团队负责人:

• 弗吉尼亚·彭萨宾博士，利兹大学,£95883。

充满挑战的信息

由Virginia Pensabene博士领导的利兹大学的研究小组开发了一种新颖可靠的微流体装置，可以显著提高人体的发育能力在体外-衍生的小鼠胚胎及其植入潜力，使非手术植入(NSET)的采用和效率。使用微流体技术，Pensabene博士可以控制细胞培养的特定特征(细胞位置、流动、机械信号)，并提供前所未有的灵活性来解剖促进胚胎发育和功能的细胞、分子、化学和物理因素。

该项目结合了微流体、微加工技术和生殖生物学(Pensabene博士)的专业知识，以及Helen Picton教授在体外受精和胚胎学方面的丰富经验，创建了一个功能完整的微流体系统(视频1)．微流控装置减少胚胎暴露于在体外通过对培养基体积、pH值和氧张力的更精确控制，可以提高被操纵胚胎到囊胚阶段的健康和能力。

视频1。将一个或两个细胞期胚胎通过通道注射到微流体腔中。

在MRC Harwell公司对该设备和方法的内部验证中，通过外科手术将培养48小时的胚胎移植到设备中，可以最大限度地提高囊胚率(100%)，提高出生率(53%)。微流控培养与NSET相结合，保证了细胞的成功植入在体外成熟囊胚(成功率>25%)。这项技术消除了目前胚胎培养中使用具有潜在毒性的矿物油的标准做法(因此减少了毒性和失败，每个培养皿的成本为0.32英镑)，并支持采用NSET。将微流体培养皿与NSET结合使用，动物育种实验室将消除与手术的实验和动物准备相关的成本(设置、包装、消毒和清洗手术工具、健康监测、麻醉、镇痛等)，减少胚胎移植所需的时间(从1小时到15分钟)和实验室技术员培训(从4个月到1个月)。

如需进一步信息，请联系维吉尼亚Pensabene博士

体外受精微在体外微流控胚胎培养

由利兹大学的Virginia Pensabene领导的一个团队开发了体外受精微系统，该系统支持受精胚胎的培养，从单细胞到囊胚。独特的方法旨在提高早期胚胎的着床率，结合长期在体外转基因小鼠的体外培养和非手术胚胎移植技术(NSET)。

与标准培养皿培养相比，体外受精微微流控系统具有以下优点:

• 模仿胚胎环境在活的有机体内；
• 不使用油脂，减少营养压力，更好地支持胚胎发育;
• 减少处理和暴露在压力源(即剪切应力和pH变化)。

开发的解决方案将有助于提高辅助生殖技术(ART)在动物和人类中的成功率，使其更安全、更简单、更可靠在体外培养高质量的胚胎。

原始项目及其影响被作为案例研究2019 CRACK IT评论．

特性

你可以在网上找到更多关于这个产品的信息体外受精微网站．

如有机会与使用这项技术的团队合作，请访问NC3Rs konfer页面．

参考文献

• Mancini V, McKeegan PJ, Schrimpe‐Rutledge AC, Codreanu SG, Sherrod SD, McLean JA, Picton HM, Pensabene V.(2021年)。在微流控装置中探测体外胚胎发育的形态、遗传和代谢组学变化。生物技术的进步。https://doi.org/10.1002/btpr.3194
• Mancini V, Schrimpe-Rutledge AC, Condreanu SG, Picton H, Sherrod SD, McLean JA, Pensabene V.(2021)。代谢组学分析证明子宫上皮细胞在微流控装置中促进囊胚发育。细胞．10 (5), 1194;https://doi.org/10.3390/cells10051194