The exogenous gene transfer by intracytoplasmic sperm injection (ICSI) procedure has been recently used to produce transgenic mice and pigs. Sperm-mediated DNA transfer has the potential to markedly simplify the generation of transgenic animals. This method may serve as an alternative to the pronucleus injection of DNA for the production of transgenic pigs. Therefore, in this study, we investigated the expression of transgene after co-injection of spermatozoon or sperm head with green fluorescent protein (GFP) gene into in vitro matured porcine oocytes. Spermatozoon and sperm head, that was obtained by sonication, were treated with 0.03% Triton X-100 to remove the membrane. They were preincubated with linearized pEGFP-N1 for 1 min, and then embryos cultured NCSU23 medium for 2.5 days after co-injected of sperm and DNA. We monitored expression of GFP in embryos under epifluorescent microscope. The remove of sperm membrane did not alter the developmental competence of embryos after ICSI. At 7 days following injection, the rates of blastocysts following injection of intact sperm (15.0%), and of sperm with disrupted membrane (14.2%) were higher than that following IVF (10.0%). Porcine oocytes injected with sperm which co-cultured with DNA concentration of 1, 0.1, and 0.01 ng were 60, 65.7 and 75% and 18.5, 37.4 and 22.2% for rates of cleavage and GFP expression, respectively. In vitro matured porcine oocytes injected with sperm and isolated sperm head resulted in 69 and 59.7% of cleavage rates, respectively The rates of embryo GFP expressed did not significantly different between sperm (20.4%) and sperm head (20.0%) injection. The transgenic embryos with the clusters of positive blastomeres were observed under fluorescent microscope. Most of embryos expressed GFP gene showed mosaicism. They showed GFP expression at 1/4, 2/4 and 3/4 of blastomeres at the 4-cell stage. Among these 4-cell embryos, the expression rate of 1/4 blastomere group (54.6%) was higher than the other groups (15.3-30.7%). These results indicate that membrane disrupted sperm could attach with exogenous DNA, and that this procedure may be useful to introduce foreign gene into porcine oocytes. Therefore, our data suggest that the ICSI car be a useful tool to efficiently produce transgenic pig as well as other mammals.
수정에 의한 배 발생은 정자가 난자 내로 침입하여 정자와 난자의 반수체 핵질이 융합되고 이어 유사분열로 이어지는 과정에서 시작된다. 하지만 수정 및 초기 배 발생 동안 자웅 핵질과 난 세포질 구성 요소 상호간의 작용기전에 관해서는 명확히 알려져 있지 않은 부분이 많다. 수정보조기법인 세포질 내 정자 직접 주입법의 개발은 남성불임치료에 혁신적인 기술로 자리잡고 있을 뿐만 아니라 포유동물의 수정과정을 이해하는데 많은 도움을 주고 있다. 핵치환에 의한 복제동물 생산기법도 분화된 핵이 난 세포질 내에서 재 분화 (reprogramming)하여 발생하는 유일한 과정으로 세포질 구성요소들의 상호작용과 발생 조절 기능을 이해하는데 도움을 준다. 최근 몇 년간 돼지 난자 세포질에 정자 및 원형정자 직접주입, 세포질 이식, 세포질 융합 및 핵치환 한 후 난자의 발생과정을 간접 면역형광 분석법과 주사 전자현미경으로 조사하였다. 이러한 연구를 통해 체외수정, 세포질 이식 및 정자직접 주입법 등과 같은 임상치료기술 과 핵치환에 의한 복제동물생산 기법의 개선에 필요한 기초자료를 얻을 수 있었고, 포유동물 난자의 후생적 발생과정 (epigenesis)에 관해 공부할 수 있었다.
Safari, Somayyeh;Faramarzi, Azita;Agha-Rahimi, Azam;Khalili, Mohammad Ali
Clinical and Experimental Reproductive Medicine
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제43권3호
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pp.181-184
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2016
The aim was to report a healthy live birth using re-vitrified-warmed cleavage-stage embryos derived from supernumerary warmed embryos after frozen embryo transfer (ET) in a patient with recurrent implantation failure (RIF). The case was a 39-year-old female with a history of polycystic ovarian syndrome and adenomyosis, along with RIF. After ovarian hyperstimulation, 33 cumulus-oocyte complexes were retrieved and fertilized with conventional in vitro fertilization and intracytoplasmic sperm injection. Because of the risk of ovarian hyperstimulation syndrome, 16 grade B and C embryos were vitrified. After 3 and 6 months, 3 and 4 B-C warmed embryos were transferred to the uterus, respectively. However, implantation did not take place. Ten months later, four embryos were warmed, two grade B 8-cell embryos were transferred, and two embryos were re-vitrified. One year later, the two re-vitrified cleavage-stage embryos were warmed, which resulted in a successful live birth. This finding showed that following first warming, it is feasible to refreeze supernumerary warmed embryos for subsequent ET in patients with a history of RIF.
Kim, Nam-Hyung;Shin, Ji-Su;Jun, Soo-Hyun;Lee, Hoon-Taek;Chung, Kil-Saeng
대한생식의학회:학술대회논문집
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대한불임학회 1999년도 제37차 춘계 학술대회
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pp.45-52
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1999
포유동물의 수정은 정자가 난자내로 침입함으로써 시작되는데 이때 정자는 부계의 유전물질 이외에도 다양한 후성적 요소들 (epigenetic factors), 즉 난활성 인자, 중심체, 부계 유래의 mitochondria 및 부계 특이 삽입 유전자 등을 난자에 전달해 준다. 하지만 수정 및 초기 배발달동안 정자에 의해 전달된 후성적 요소들의 역할과 기능적 발현 및 억제 기전에 관해서는 명확히 알려져 있지 않다. 수정보조기법인 ICSI 및 ROSI의 개발은 남성불임치료에 혁신적인 기술로 자리잡고 있을 뿐만 아니라 포유동물의 수정과정을 이해 하는데 많은 도움을 주고 있다. 본 연구실에서는 최근 몇 년간 돼지난자에 정자, 다양한 정자 구성 요소들, 정낭세포, 및 이종의 정자 등을 미세주입하여 수정을 유도한 후 핵질 및 세포질의 변화과정과 배 발달과정을 살펴 봄으로써, 수정시 정자에 의해 전달되는 후성적 요소들의 기능과 발현 기작을 규명하고자 하였다. 이러한 연구의 결과들은 체외수정, ICSI, ROSI 등의 임상치료기술의 개선에 기초자료로 활용될 수 있으리라 생각한다.
In an age when a small quantity of sperm can lead to pregnancy through in vitro fertilization or intracytoplasmic sperm injection, selecting healthy sperm is important. Sperm DNA fragmentation (SDF) is known to be higher in infertile men. Terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated deoxyuridine triphosphate nick end labeling (TUNEL) and the alkaline comet test are SDF tests that directly measure DNA damage and have shown closer correlations with assisted reproduction results than indirect tools such as the sperm chromatin structure assay or the sperm chromatic dispersion test. It is difficult; however, to endorse a single test as the best test overall; instead, it is best to select a testing method based on each patient's clinical condition and goals. In a couple struggling with infertility, if the male partner has a high level of SDF, he should aim to decrease SDF through lifestyle modifications, antioxidant treatment, and ensuring an appropriate duration of abstinence, and physicians need to treat the underlying diseases of such patients. If sperm DNA damage continues despite the patient's and physician's efforts, other methods, such as micromanipulation-based sperm selection or testicular sperm extraction, should be used to select healthy sperm with nuclear DNA integrity.
Faramarzi, Azita;Khalili, Mohammad Ali;Mangoli, Esmat
Clinical and Experimental Reproductive Medicine
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제46권3호
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pp.119-124
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2019
Objective: It is widely accepted that aging decreases women's fertility capacity. The aim of this study was to assess correlations between maternal age and the morphokinetic parameters and cleavage pattern of embryos. Methods: The morphokinetics of embryos derived from women < 30, 30-35, 36-40, and > 40 years of age were compared retrospectively in terms of time of second polar body extrusion, time of pronuclei appearance, time of pronuclei fading, and time of two to eight discrete cells (t2-t8). Furthermore, abnormal cleavage patterns such as uneven blastomeres at the two-cell stage, cell fusion (Fu), and trichotomous mitoses (TM) were assessed. Results: Only t5 occurred later in women aged 36-40 and > 40 years when compared with those aged < 30 and 30-35 years (p< 0.001). Other morphokinetic timing parameters, as well the presence of uneven blastomeres, were comparable between the groups (p> 0.05). However, Fu and TM were more common in women aged > 40 years than in younger women (p< 0.001). Conclusion: Maternal age was correlated with the cleavage pattern of embryos. Therefore, evaluating embryo morphokinetics may contribute to optimal embryo selection, thereby increasing fertility in patients with advanced maternal age.
Objective: The aim of this study was to compare the rate of maturation, fertilization, and embryo development of in vitro-matured human oocytes derived from pregnant and non-pregnant women. Methods: Immature oocytes were obtained by needle aspiration from 49 pregnant women (group 1) who underwent a cesarean section at term and 77 non-pregnant women (group 2) who underwent a gynecological operation during the same period (8 months). Healthy immature oocytes (530 in group 1 and 539 in group 2) were cultured and assessed for maturation 36 hours later. Mature oocytes were inseminated by intracytoplasmic sperm injection and cultured up to 144 hours. Results: The percentage of degenerated oocytes was significantly higher (12.1% vs. 6.3%; p<0.001) in group 1 than in group 2. There was no significant difference in the maturation rate (66.8% vs. 68.1%; p=0.698), fertilization rate (66.7% vs. 67.6%; p=0.857), or the rate of formation of good-quality blastocysts (46.2% vs. 47.2%; p=0.898) in oocytes obtained from pregnant and non-pregnant women. Conclusion: The developmental competence of immature oocytes did not differ between pregnant and non-pregnant women.
Objective: The impact of early mechanical removal of cumulus cells on fertilization and embryonic development is not yet precisely known. This study aimed to investigate the effects of early and late cumulus cell removal on fertilization, polyspermy, embryonic development potential, blastocyst development, and clinical outcomes. Methods: A prospective study was conducted of patients who underwent in vitro fertilization between September 2019 and October 2020. Sibling oocytes were randomly allocated after insemination to early cumulus cell removal at 6 hours (group I) and late cumulus cell removal at 16-18 hours (group II). If total fertilization failure (TFF) was determined to have occurred at early cumulus cell removal, rescue intracytoplasmic sperm injection (ICSI) was performed. Fertilization, embryonic development, and pregnancy outcomes were compared. Results: A total of 912 oocytes were assigned to group I (458 oocytes) and group II (454 oocytes). Fertilization, polyspermy, embryo quality, and pregnancy outcomes were not significantly different between both groups. Rescue ICSI enabled fertilization of 79.2% of the TFF oocytes. Conclusion: Early cumulus cell removal at 6 hours had no significant difference in fertilization, polyspermy, embryo development, or obstetric and perinatal outcomes compared to late removal. Early cumulus cell removal combined with early rescue ICSI may have the potential to help couples with TFF.
Objective: Correlations between semen parameters and sperm DNA fragmentation index (DFI) were investigated to identify characteristics of sperm without DNA damage that could be used in selecting sperm for intracytoplasmic sperm injection (ICSI). Pregnancy outcomes were compared to determine whether in vitro fertilization (IVF) or ICSI is a better choice for patients who have sperm with a high-DFI. Methods: Semen analysis was carried out in 388 patients who visited our IVF center for the first time to investigate correlations between sperm DFI and semen parameters. In addition, 1,102 IVF cycles in 867 patients were carried out in the present study; 921 cycles in the low-DFI group (DFI < 30%) and 181 cycles in the high-DFI group ($DFI{\geq}30%$). Both the low- and high-DFI groups were subdivided into IVF and ICSI cycle groups. Results: Sperm DFI showed significant inverse correlations with sperm motility (r = -0.435, p< 0.001) and morphology (r = -0.153, p< 0.05). Sperm DFI also showed significant correlations with rapid motility (r = -0.436, p< 0.001), and the kinetic parameters of average-path velocity (r = -0.403) and linearity (r = -0.412). Although there was no significant difference in the pregnancy rates between IVF (48.6%) and ICSI (44.8%) in the low-DFI group, the pregnancy rate of ICSI cycles (44.8%, p< 0.05) was significantly higher than IVF cycles (25.0%) in the high-DFI group. No significant difference was observed in the abortion rates between the low-DFI (52 of 921, 5.6%) and high-DFI groups (7 of 181, 3.8%). Conclusion: ICSI is a better choice than IVF for improving the pregnancy outcomes of patients who have sperm with a high DFI.
본 연구는 사람정자 추출물을 마우스 난모세포의 세포질내에 주입하여 단위발생에 미치는 영향을 구명하기 위하여 실시하였으며, 그 얻어진 결과는 다음과 같았다. 1. 마우스 난모세포가 0, 1.7 그리고 5mM의 칼슘농도를 가지는 PBS 배지로 각각 10 pl 씩 주입되었을 때, 전핵을 형성하고 제2극체를 방출하는 난모세포의 활성율은 각각 14.5, 9.8 그리고 14.9%였다. 칼슘농도별 난모세포의 활성율은 유의성이 인정되지 않았다 (P>0.05). 2. 마우스난모세포에 가열하지 않은 사람정자 추출물 10 pl을 주입후 0, 1.7 그리고 5mM의 칼슘농도를 가지는 PBS 배지에서 각각 배양하였을 때, 1.7 mM 칼슘 농도에서의 난모세포 활성율(51.8%)은 0 과 5mM 칼슘 농도에서의 난모세포 활성율보다 유의하게 높았다. 3. 마우스 난모세포에 가열처리한 사랍정자 추출물 10 pl을 주입 후 0, 1.7 그리고 5mM의 칼슘농도를 가지는 PBS 배지에서 각각 배양하였을 때, 칼슘 농도별 난모세포 활성율은 유의성이 인정되지 않았다. 난모세포 활성율은 11.8∼17.0%의 범위에 있었다. 4. 마우스 난모세포에 가열하지 않은 사람 정자 추출물, 가열 처리한 사람 정자 추출물, 그리고 PBS 배지를 각각 l0 pl 씩 주입 후 1.7 mM 칼슘농도를 가지는 PBS 배지에서 각각 배양하였을 때, 가열하지 않은 사람 정자 추출물을 주입한 난모세포의 활성율이 54.5% 로 제일 높았다. 처리별 난모세포의 활성율은 유의성이 인정되었다(P<0.05), 5. 마우스 난모세포에 가열하지 않은 l일령과 6일령 정자 추출물을 각각 l0 pl 씩 주입 후 1.7mM 칼슘농도를 가지는 PBS 배지에서 각각 배양하였을 때, 1일령 정자 추출물을 주입한 난모세포의 활성율은 60.0%로 6일령 정자 추출물을 주입한 난모세포의 활성율 11.1% 보다 유의하게 높았다. 이상의 결과를 종합해 보면 가열하지 않은 사람정자 추출물에는 oscillin 과 같은 난모세포 활성인자가 존재한다는 것이 입증되었다.
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