In the present study, we examined the effect of straw size on spermatozoa motility, viability, acrosome integrity, mitochondrial membrane potential, and plasma membrane integrity after freezing-thawing. Hanwoo semen was collected from three bulls and diluted with an animal protein-free extender, divided into two groups, namely, 10 million spermatozoa in 0.25 mL and 20 million spermatozoa in 0.5 mL straw, and cryopreserved. In Experiment 1, the motility and motility parameters of the frozen-thawed spermatozoa were evaluated. After freezing-thawing, the spermatozoa motility parameters fast progressive, straight line velocity, and average path velocity were compared between the 0.25 mL straw and 0.5 mL straw groups. They were 35.2 ± 1.0 and 32.3 ± 0.7%, 34.6 ± 0.7 and 31.8 ± 0.5 μm/s, 51.4 ± 1.3 and 47.1 ± 1.1 μm/s, 0.25 mL straw and 0.5 mL straw groups, respectively. In Experiment 2, the viability, acrosome membrane integrity, and mitochondrial membrane potential of the frozen-thawed spermatozoa were assessed. After freezing-thawing, the percentages of spermatozoa with live, intact acrosomes and high mitochondrial membrane potential were compared between the in 0.25 mL straw and 0.5 mL straw groups. They were 48.0 ± 2.6% and 35.6 ± 2.8% between the 0.25 mL straw and 0.5 mL straw groups. In Experiment 3, the plasma membrane integrity of frozen-thawed spermatozoa was compared. After freezing-thawing, the plasma membrane integrity was higher for the in 0.25 mL straw group than the 0.5 mL straw group. They were 62.0 ± 2.2 and 54.1 ± 1.3% between the 0.25 mL straw and 0.5 mL straw groups. In conclusion, our results suggest that freezing semen in 0.25 mL straw improves the relative motility, viability, and acrosomal, mitochondrial membrane potential, and plasma membrane integrity of Hanwoo bull spermatozoa.
본 연구에서는 동결보존액에 대한 Zardaverine (phosphodiesterase inhibitor) 첨가가 돼지 동결-융해 정자의 운동학적 특성에 미치는 효과를 조사하였다. 돼지정액의 동결보존은 보조 번식기술 및 유전자원 장기보존을 위해 유용하게 이용되는 중요한 기술이다. 하지만 정자세포를 동결-융해하는 과정에서 발생하는 온도충격은 정자의 수정능력을 급격히 저하시킨다. 정액샘플은 성숙한 Duroc종 수퇘지로부터 채취했으며, lactose-egg yolk 동결보존액에 다양한 농도로 Zardaverine (0, 20, 50, 75 및 100 𝜇M)을 첨가하여 정액을 동결하였다. 융해 후 정자세포의 운동학적 특성 분석은 정자운동성자동분석기(CASA; computer-assisted sperm analysis)를 이용하였다. 그 결과, 융해 직후 정자의 운동성(MOT)은 타처리구에 비해 20 𝜇M 처리구에서 가장 높았다(p<0.05). Curvilinear velocity (VCL)은 0 𝜇M 과 20 𝜇M 처리구가 75 𝜇M 처리구를 제외한 다른 처리구들에 비해 유의적으로 높은 값을 보였다(p<0.05). Average path velocity (VAP)는 20 𝜇M 처리구가 100 𝜇M 처리구에 비해 유의적으로 높았으며(p<0.05) Amplitude of head lateral displacement (ALH)는 20 𝜇M 처리구가 50 𝜇M과 100 𝜇M 처리구에 비해 유의적으로 높았다(p<0.05). 이상의 결과를 종합하면, 동결용 보존액에 대한 Zardaverine 첨가가 동결-융해된 돼지 정자의 운동학적 특성에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 사료된다.
본 실험은 실험견의 정액 동결 시 희석 액에 첨가되는 Glycerol 농도, 동결속도, 동결보존액 첨가후 평형시간, 융해온도와 시간에 따라 정자의 생존성과 운동성을 조사하여 최적의 동결조건을 확립하기 위해 실시하였다. 1. 각기 다른 Glycerol 농도를 함유한 동결보존액에서 동결보존 후 융해하였을 때 4%의 Gly-cerol 농도에서 각각 68.8$\pm$7.4%, 73.2$\pm$8.3%로서 다른 군보다 유의하게 높은 생존율과 운동성 나타냈다(P<0.05). 2. 희석 액 I 을 첨가한 정액을 상온에서 4$^{\circ}C$까지 각각 30, 60, 120분간 속도로 하강 시켜 동결보존 후 융해하였을 때 60분간의 속도로 하강시킨 군에서 생존성은 70.6$\pm$6.8%, 운동성은 72.8$\pm$8.4%로서 다른 군보다 유의하게 높은 생존율과 운동성을 나타냈다(P<0.05). 3. 희석 액 I 을 상온에서 4$^{\circ}C$까지 60분의 속도로 하강시킨 후 희석 액 II를 첨가하여 각각 30, 60, 120분 동안 평형을 유지시킨 후 동결보존 하였을 때 60분 동안 평형을 유지시킨 군에서 생존성은 71.4$\pm$7.3%, 운동성은 74.6$\pm$7.5%로서 다른 군보다 유의하게 높은 생존율 및 운동성을 나타냈다(P<0.05). 4. 정액을 동결함에 있어 액체질소의 표면에서 각각 3, 5, 7, 9cm의 높이에서 정치시킨 후 동결을 실시하였을 때 액체질소의 표면 5cm의 높이에서 동결을 실시한 군에서 융해 후 생존성과 운동성은 각각 77.0$\pm$7.0%, 80.2$\pm$6.3% 로서 다른 군보다 유의하게 높은 생존율과 운동성을 나타냈다(P <0.05). 5. 일정기간 보존된 동결정액을 융해 시 융해온도에 따른 정자의 생존성과 운동성은 37$^{\circ}C$의 온도에서 120초 동안의 기간에 녹였을 때 각각 77.0$\pm$7.0%, 80.2$\pm$6.3%로서 다른 군보다 유의하게 높은 생존율을 나타냈다(P<0.05).
정액의 동결보존은 인공수정을 통한 동물 번식에 유용한 것으로 알려져 있지만 동결-융해된 돼지 정액의 사용은 저온손상 때문에 제한된다. 최근에는 이를 보완하기 위해 다양한 첨가제 연구가 진행 되고 있다. 그 중 항산화제는 정자의 동결 융해과정에서 정자 세포막의 지질과산화를 억제시켜 정자의 생존성과 운동성을 개선시킨 다고 알려져 있다. 본 연구의 목적은 동결보존액에 대한 MitoTEMPO(미토콘드리아 표적 항산화제) 첨가가 돼지 동결-융해 정자의 운동학적 특성에 미치는 영향을 평가하는 것이다. 성숙한 Duroc종 수퇘지로부터 정액샘플을 채취하였으며, 다양한 농도의 MitoTEMPO (0, 0.5, 5, 50 및 500 μM)를 lactose-egg yolk 동결보존액에 첨가하여 정액을 동결하였다. 동결-융해 후 정자의 운동학적 특성들은 정자자동분석기 (CASA; computer-assisted sperm analysis)를 이용하여 분석하였다. 그 결과, 동결용 보존액에 5 및 50 μM (50.46±2.71%, 46.96±2.66%) MitoTEMPO 첨가 시 500 μM 처리구(35.40±2.95%)에 비해 유의적으로 높은 정자 운동성을 나타냈다(P<0.05). 그렇지만, 운동성을 제외한 다른 운동학적 특성에서는 유의적인 차이를 보이지 않았다. 결론적으로 동결용 보존액에 대한 MitoTEMPO 첨가는 동결-융해 돼지 정자의 운동성에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 사료된다.
본 연구는 지금까지 돼지 난포란 성숙을 위해서 많이 사용하고 있는 mTCM-199, mWaymouth MB 752/1 그리고 NCSU-23 성숙배지를 비교하고 액상정액을 이용한 체외수정 방법을 개발하고자 실시하였다. 미성숙 난포란은 0.5 $m\ell$의 성숙배지에 각 well 당 30~40개씩 적하하였고, 38.5$^{\circ}C$, 5% CO2, 95% 공기로 조절된 CO2 배양기에서 44시간 성숙 시켰다. 미성숙 난포란을 mTCM-199, mWaymouth MB 752/l 그리고 NCSU-23 성숙배지에서 44시간 배양한 결과 CVBD 발생율은 각각 95.6, 94.1 그리고 94.9%였으며, MH단계까지의 성숙율은 각각 92.5, 90.1 그리고 91.1%였다. 성숙배지별, GVBD 발생율과 MH까지의 성숙율간에 유의성은 인정되지 않았다. 액상정액의 제조용 정액은 90% 이상의 운동성을 가진 농후정자부분을 사용하였으며 정액 채취 후 2시간 동안에 22~24$^{\circ}C$의 실온까지 냉각시켰다.실온까지 냉각한 정액은 BTS 희석액으로 2$\times$$10^{8}$$m\ell$ 정자농도로 조정하여 100 $m\ell$ 플라스틱병에 30 $m\ell$씩 주입하여 17$^{\circ}C$에서 5일간 보관하였다. 5일 보관 후 운동성이 70% 이상인 정자를 체외수정에 이용하였다. 성숙 후 cumulus cell들이 제거된 성숙난포란은 0.5 $m\ell$의 mTCM-199 또는mTBM 수정배지에 30~40개씩 적하하고, 최종정자농도를 2$\times$$10^{6}$$m\ell$되도록하여 6시간 동안 수정시켰다. 체외수정시킨 수정란들은 0.5 $m\ell$의 NCSU-23 배양배지에서 수정 후 6시간 배양하여 정자침입율, 다정자침입율 그리고 웅성전핵형성율을 조사하였고, 수정 후 45시간 배양하여 난할율을 조사하였다. NC-SU-23 성숙배지와 mTBM 수정배지를 이용하였을때 웅성전핵형성율이 48.0%로써 mTCM-199 성숙배지와 수정배지 또는 mWaymouth MB 752/1 성숙배지와 mTCM-199 수정배지를 이용하였을 때보다 웅성 전핵 형성율이 높았다. 2~4세포기까지의 난할율은 mTCM-199 성숙, 수정 및 배양배지에서 24.1%, mWaymouth 752/1 성숙배지, mTCM-199 수정 및 배양배지에서 43.6%, 그리고 NCSU-23 성숙배지, mTBM 수정배지 및 WCSU-23 배양배지를 이용한 것이 71.2%였다. 이상의 결과를 종합하면 BTS 희석액으로 17$^{\circ}C$에서 5일 보존한 액상정액으로 체외수정이 가능함을 입증하였고, NCSU-23 성숙배지, mTBM 수정배지 및 NCSU-223 배지가 미성숙 난포란의 성숙, 수정 및 배양에 우수한 배지임을 입증하였다.
건국대학교 축산대학 부설 양어장에서 사육중인 50마리의 무지개 송어 수컷에서 채취된 정액을 각각 1989년 12월부터 1990년 12월까지 $-20^{\circ}C$와 $-40^{\circ}C$에서 1년 1989년 12월부터 2월까지 2개월동안 $-196^{\circ}C$인 액체질소탱크내에서 그리고 1990년 12월부터 2월까지 $-20^{\circ}C,\;-40^{\circ}C,\;-70^{\circ}C$에서 2개월 동안 동결보존후, $-13^{\circ}C$ 냉수에 해동시켜 20분간 원심분리기에서 정자를 분리시킨 다음 Tyrode 용액으로 50배 정도 희석시킨 후의 정자의 생존율 및 운동성과 신선한 난자와 인공수정시킨 후의 수정률 및 부화율을 조사한 결과는 다음과 같다. 동결보존전과 해동후의 정자의 생존율을 비교해 볼 때 전반적으로 생존전과 큰 차이 없이 생존율이 높게 나타났다. 3가지의 항동해제로 동결보존시킨 후 해동된 정자가 포함된 희석액으로 인공수정시킨 후의 수정률은 모두 $99\%$ 이상으로서 이러한 수치는 $99\%$ 이상을 나타내는 대조구와 차이가 없었고, $-20^{\circ}C,\;-40^{\circ}C,\;-70^{\circ}C$\;-196^{\circ}C와 같이 서로 다른 온도에서도 수정률은 대조구와 큰 차이 없이 나타났다. 1M의 DMSO의 항동해제로 $-196^{\circ}C$에서 2개월 동안 동결보존시킨 후 해동된 정자가 포함된 희석액으로 인공수정시킨지 24일 이후의 수정률 및 부화율은 BSA가 포함된 희석액이 각자 $96\%$ 및 $8\%$ 이고, 포함되지 않은 희석액은 각각 $98\%,\;10\%\;$로서 BSA가 포함되지 않은 경우에서 부화율이 약간 높게 나타났다. 1M DMSO의 항동해제로 2개월동안 동종보존시킨 후 해동된 정자가 포함된 희석액으펄 인공수정 시킨지 24일 이후의 부화율은 각각 $-196^{\circ}C$에서 $10\%,\;-40^{\circ}C$에서 $34\%,\;-70^{\circ}C$에서 $35\%$로 나타났다. 1M의 methanol의 항동해제 동결보존시친 후 해동된 정자가 포함된 희석액으로 인공수정시킨지 24일 이후의 부화율은 각각 $-20^{\circ}C$에서 $22\%,\;-70^{\circ}C$에서 $28\%$로 나타났다. 1M glycerol의 항동해제로 동결보존시킨 후 해동된 정자가 포함된 희석액으로 인공수정시킨지 24일 이후의 부화율은 각각 $-20^{\circ}C$에서 $22\%,\;-70^{\circ}C$에서 $33\%$로 나타났다. 1.5M DMSO의 항동제로 2개월동안 동결보존 시킨 후 해동된 정자가 포함된 희석액으로 인공수정시킨지 24일 이후의 부화율은 각각 $-20^{\circ}C$에서 $27\%,\;-40^{\circ}C$에서 $36\%,\;-70^{\circ}C$에서 $35\%$로 나타났다. 1.5M glycerol의 항동해제로 2개월동안 동결보존시킨 후 해동된 정자가 포함된 희석액으로 인공수정시킨지 24일 이후의 부화율은 각각 $-20^{\circ}C$에서 $34\%,\;-40^{\circ}C$에서 $31\%,\;-70^{\circ}C$에서 $31\%$로 나타났다. 1.5M methane의 항동해제로 2개월동안 동결보존시킨후 해동된 정자가 포함된 희석액으로 인공수정시킨지 24일 이후의 부화율은 각각 $-20^{\circ}C$에서 $28\%-40^{\circ}C$에서 $29\%-70^{\circ}C$에서 $28\%$로 나타났다. 신선한 정자의 중편부는 2본의 중앙섬유소, 9본의 외측조대섬유, 미토콘드리아초로 구성되어 있다. 동결보존시 정자는 편모의 구부러짐, 정자경부의 핵막의 이탈, 핵내용물이 유출되는 손상을 입었다.
Flow cytometry를 이용하여 개 정자의 생존율 평가를 수행하고자 2-4세의 수캐 5두가 이용되었고, 분석을 위해 PI염색을 실시하였다. Flow cytometry를 이용한 개 신선 정액의 생존율 평가는 생존 정자와 죽은 정자의 비율을 1:0, 1:1, 1:3으로 조성하여 이를 flow cytometry로 평가하고 광학현미경검사, CFDA/PI 염색검사, HOS test에 의한 생존율과 비교하여 flow cytometry와의 상관관계를 알아보았다. 또한 개 정액을 동결하여 응해 후의 개 정자의 생존율 평가에도 동일한 방법으로 상관관계를 조사하였다. 신선 정액에서 생존 정자와 죽은 정자의 비율이 1:0, 1:1, 1:3 모든 경우에서 flow cytometry를 이용한 생존율은 HOS test에 의한 생존율과 높은 상관관계를 나타내었다 (p<0.01). 신선 정액에서 생존 정자와 죽은 정자의 비율이 1:0과 1:3일 때 광학현미경적 검사에 의한 생존율은 flow cytometry 분석에 의한 생존율과 유의 적인 상관관계를 나타내었으나 (p<0.05), 1:1 비율의 경우 상관관계를 보이지 않았다. 신선 정액에 생존 정자와 죽은 정자의 비율이 1:0과 1:1일 때 CFDA/PI 염색 검사에 의한 생존율은 flow cytometry분석에 의한 생존율과 높은 상관관계를 보였으며(p<0.01), 1:3 비율에서는 유의적인 상관관계를 보였다 (p<0.05). 동결 및 응해 후의 개 정자의 생존율 평가에서 HOS test 결과는 flow cytometry분석에 의한 생존율과 높은 상관관계를 보였으며 (p<0.01), 광학현미경적 검사를 통한 생존율은 유의적인 상관관계를 보였으나 (p<0.05), CFDA/PI 염색 검사결과는 상관관계를 보이지 않았다. 이상의 결과 flow cytometry는 신선정액 및 동결 융해 후 개 정자에 대한 생존율 검사에 정확한 평가 방법 인 것으로 판단되었다.
본 연구는 돼지 정액의 체외보존에 있어 pyruvate, taurine 및 melatonin의 항산화 효과와 생존력의 평가방법간의 상관관계를 검토하고자 실시하였다. 돼지 정액의 체외보존시 항산화 효과를 평가하기 위하여 체외보존 신선정액에 pyruvate(1mM), taurine(50 mM) 및 melatonin(100nM)에 H2O2(100uM)을 혼합첨가 및 항산화제 단독처리하여 체외에서 3~12시간까지 배양하면서 3시간 간격으로 정자의 운동성, 정자의 원형질막의 완전성 및 지질 산화도를 측정하였다. 정자의 운동성은 항산화제 첨가구가 다른 처리구에 비해 높은 결과를 나타내었고, Hypoosmotic swelling test(HOST) 방법을 이용한 정자의 원형질막 완전성에서도 운동성과 유사한 결과를 나타내었다. 정자의 원형질막의 지질산화도 검사에서는 항산화제 첨가구와 무첨가구가 H2O2 첨가구와 H2O2와 항산화제의 혼합 첨가구에 비해 낮은 결과를 나타내었다. 또한 평가방법들 간의 상관관계에서는 운동성과 정자의 원형질막의 완전성에는 정의 상관관계를 나타내었고, 정액의 성상검사 방법과 지질산화검사 방법에서는 부의 상관관계를 나타내었다. 본 실험의 결과는 정액희석액에 항산화제의 첨가는 정자의 운동성 및 정자의 원형질막 완전성을 증가시키고, 정자의 원형질막의 지질산화도를 감소시키는 것으로 나타났다. 또한 정자의 원형질막의 완전성 검사 (HOST)는 정자의 원형질막의 지질산화도 검사 및 운동성 검사를 대신하여 정자의 질적 평가에 유용하게 이용될 수 있을 것으로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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