초록
컴퓨터 세포동결기를 이용하여 생쥐 배아를 동결할 때 액체질소 (L$N_2$)의 분사속도가 해빙 후 배아의 미세구조, 기능 및 발달에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 이를 위해 배아는 동결을 하지 않은 대조군 (control) 및 동결군에서 L$N_2$의 분사속도에 따라 고속분사군 (120 infusion/min group 1), 저속분사군 (50 infusion/min; group 2)으로 나누었다. ICR 계열의 생쥐의 2 세포기 배아를 사용하였으며, 동결 및 해빙은 저속동결-급속해빙 방법을 사용하였다. 각 군에 따라 해빙 후 배아의 생존율과 세포질이 양호하고 분절화가 없는 2세포기 배아를 대상으로 포배 발달율 및 할구수를 측정하였다. 공초점 현미경을 이용하여 배아 내에서의 $H_2O$$_2$, 활성 미토콘드리아의 분포, 막전위차 및 actin filament를 측정하였으며, TUNEL 방법을 이용하여 DNA 분절화를 확인하였다. 동결-해빙 후 건강한 2 세포기 배아의 회수율은 group 1 (50.7%)에 비해 group 2 (34.6%)에서 현저히 감소했다 (p<0.05). 포배기 배아의 발생율 (86.7%, 76.7% vs. 44.0%)과 할구수 (79.5$\pm$12.9, 71.6$\pm$8.0 vs. 62.5$\pm$4.7)는 대조군 혹은 group 1에 비해 group 2에서 유의한 차이를 보였다 (p<0.05). H$_2$0$_2$의 상대적 강도는 group 2에서 유의하게 증가하였다 (15.3$\pm$3.0, 16.6$\pm$1.6 vs. 23.4$\pm$1.8, p<0.05). 활성 미토콘드리아의 분포는 정상적인 배아에서는 균등하게 분포하는 반면 배발달이 정지된 배아에서는 원형질막 주위에 몰리고 응집된 양상을 보였다. 그러나 대조군, group 1, group 2에서는 모두 균등하게 분포하여 각 군간에 차이가 없었다. 미토콘드리아의 JC-1 염색 결과는 대조군과 group 1의 경우 590 nm의 파장으로 발산되는 미토콘드리아가 group 2에 비하여 유의하게 증가하였다 (17.2$\pm$3.8, 17.4$\pm$1.3 vs. 13.2$\pm$2.0, p<0.05). 2세포기 배아내 미세섬유 (actin filament)는 대조군 및 group 1의 경우 균일하게 분포하는 반면, group 2에서는 부분적인 결손과 응집현상이 관찰되었다. DNA 분절율 (30.8%, 36.0% vs. 65.6%; p<0.05)은 group 2에서 유의하게 증가하였다. 동결시 액체질소의 분사속도는 해빙 후 배아 발달에 매우 중요한 요인으로 작용하며, L$N_2$의 분사속도의 증가는 동결과 정에서 하강 온도의 미세한 변화를 감소시켜 세포내 골격구조와 미토콘드리아의 상해를 감소시켜 $H_2O$$_2$의 발생과 DNA 분절화를 감소시켜 배아 발생을 호전시키는 것으로 사료된다.
The aim of this study was to assess the effect of the frequency of the L$N_2$ infusion on the ultrastructure, metabolism and development of the embryo after freezing and thawing by computerized cell freezer. Two-cell embryos of ICR mouse were randomly allocated into fresh (control), high-frequency freezing (group 1) and low-frequency freezing (group 2). For fresh and frozen-thawed intact 2-cell embryos, total ceil number in the blastocyst was counted by fluorescent microscope after Hoechst 33258 staining. Relative amount of $H_2O$$_2$ was measured by DCHFDA. Intracellular location and membrane potential of the mitochondria were evaluated by staining with rhodamine 123 and JC-1. The structure of actin filament was also evaluated by confocal microscope. DNA fragmentation was assessed by TUNEL method after development into blastocyst. The survival rate of intact embryo was higher in group 1 than group 2 (50.7％ vs. 34.6％ respectively, p<0.05). The blastocyst developmental rate was significantly low in group 2 (86.7％, 76.7％ vs. 44.0％ for control, group 1 and group 2 respectively, p<0.05). Total cell number in the blastocyst was also significantly lower in group 2 than control (79.5$\pm$12.9, 71.6$\pm$8.0, and 62.5$\pm$4.7 for control, group 1 and group 2 respectively, p<0.05). The relative amount of $H_2O$$_2$ was higher in group 2 than other groups (15.3$\pm$3.0, 16.6$\pm$1.6 vs. 23.4$\pm$1.8, p<0.05). After JC-1 staining, relative intensity of mitochondria with high membrane potential was significantly lower in group 2 than control and group 1 (17.2$\pm$3.8, 17.4$\pm$1.3 vs. 13.2$\pm$2.0, p<0.05). In group 2, partial deletion and aggregation of the actin filament was found. DNA fragmentation rate was also hieher for group 2 versus other groups (30.8％, 36.0％ vs. 65.6％, p<0.05). The frequency of the L$N_2$ infusion is an important factor for the development of frozen-thawed mouse embryo. High-frequency infusion may prevent damages of cytoskeleton and mitochondria in the embryo probably by preventing the temperature fluctuation during dehydration phase. We speculate that the application of high-frequency infusion method in human embryo may be promising.
