Over the past decades, in vitro culture media have been developed to successfully support IVF embryo growth in a variety of species. Advanced reproductive technologies, such as somatic cell nuclear transfer (SCNT), challenge us with a new type of embryo, with special nutritional requirements and altered physiology under in vitro conditions. Numerous studies have successfully reconstructed cloned embryos of domestic animals for biomedical research and livestock production. However, studies evaluating suitable culture conditions for SCNT embryos in wildlife species are scarce (for both intra- and interspecies SCNT). Most of the existing studies derive from previous IVF work done in conventional domestic species. Extrapolation to non-domestic species presents significant challenges since we lack information on reproductive processes and embryo development in most wildlife species. Given the challenges in adapting culture media and conditions from IVF to SCNT embryos, developmental competence of SCNT embryos remains low. This review summarizes research efforts to tailor culture media to SCNT embryos and explore the different outcomes in diverse species. It will also consider how these culture media protocols have been extrapolated to wildlife species, most particularly using SCNT as a cutting-edge technical resource to assist in the preservation of endangered species.
This study was designed to investigate the effect of kinetin on in vitro development of parthenogenetic porcine oocytes exposed to demecolcine prior to activation. In vitro matured metaphase II stage oocytes were incubated in 0 or 2 ${\mu}$g/ml demecolcine supplemented defined culture medium for 3 h and the oocytes were activated electrically. The parthenogenetic porcine embryos were then cultured in 0 or 200 ${\mu}$M kinetin supplemented defined culture medium for 7 days. Regardless of demecolcine treatment, kinetin supplementation increased blastocyst rates significantly (7.0% versus 12.1% and 4.9% versus 8.5%; Control versus Kinetin and Demecolcine versus Kinetin + Demecolcine, respectively, p<0.05). Demecolcine treatment before activation tended to decrease blastocyst rates regardless of kinetin supplementation although it is not statistically significant. Total cell numbers in the blastocysts also tended to be elevated in embryos when supplemented with kinetin, however only the result between Kinetin and Demecolcine groups is statistically significant (37.6 ${\times}$ 7.2 versus 28.1 ${\times}$ 9.5, respectively, p<0.05). In conclusion, the present report shows that kinetin enhances developmental competence of parthenogenetic porcine embryo regardless of demecolcine pre-treatment before parthenogenetic activation when they were developed in defined culture condition.
Since the first success of animal cloning, somatic cell nuclear transfer presented various ideas in many research areas such as regenerative medicine. However, SCNT embryos has poor survival rate. Therefore, numerous researches carried out to enhance the developmental capability of porcine nuclear transfer embryos. Cytochalasin B, demecolcine, latrunculin A, cycloheximide and 6-dimethylaminopurine are efficient chemicals treated in post-activation procedure to increase the efficiency of SCNT. This review study is aim to investigate the effects of these chemicals applied to post-activation in porcine SCNT. Cytochalasin B, demecolcine, latrunculin A are cytoskeletal manuplators inhibit extrusion of pseudo-polar body. Cytochalasin B and demecolcine showed considerably higher blastocyst formation proportion (26-28%) compared to when they are not treated (16%). And when latrunculin A was treated for postactivation, blastocyst formation proportion was increased in SCNT embryos exposed to LA (38%) than those in control (14%). On the other hand, cycloheximide and 6-dimethylaminopurine are protein synthesis and kinase inhibitors. And they help to maintain $Ca^{2+}$ fluctuation in oocytes. Cleavage and blastocyst rates of NT embryos were increased when they were exposed to CHX (16.9% and 5.4% with no CHX).And 6-DMAP also showed higher blastocyst formation (21.5% compared to 15.7%, control). Although all these chemicals have different mechanisms, they showed developmental competence enhancement in NT embryos. However, there are only few studies comparing each chemical's post-activation effect. Therefore, further research and study should be conducted to find optimal chemical for improving the efficiency of SCNT.
Jo, Jun Woo;Jee, Byung Chul;Suh, Chang Suk;Kim, Seok Hyun
Clinical and Experimental Reproductive Medicine
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제40권4호
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pp.148-154
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2013
Objective: To compare the mouse oocyte vitrification outcomes of the CryoLogic vitrification method (CVM) and the conventional open method using a Cryotop. Two CVM methods (original CVM and modified CVM) were tested. Methods: Mature oocytes obtained from female BDF-1 mice were vitrified by two-step exposure to equilibrium and vitrification solutions. Three vitrification protocols were tested on three groups: the CVM-kit, modified CVM, and Cryotop groups. After exposure to the two solutions, the oocytes were vitrified. After warming, the oocytes were fertilized in vitro, and the embryo development was assessed. Blastomeres positive for caspase were counted using an in situ assay kit. The spindle morphology and chromosome configurations of warmed vitrified oocytes were also assessed. Results: The modified CVM and Cryotop groups showed similar developmental capacities, and similar proportions of cells with intact spindles and chromosome configurations. The modified CVM protocol was superior to the original CVM protocol for developmental competence and intact spindle preservation. However, the CVM group showed a relatively higher number of apoptotic cells in blastocysts. Conclusion: Closed vitrification using the modified CVM protocol may be used as an alternative to the conventional open method, but strategies to decrease apoptosis in the blastomere need to be investigated.
Park, Kyu-Mi;Kim, Kyu-Jun;Jin, Minghui;Han, Yongquan;So, Kyoung-Ha;Hyun, Sang-Hwan
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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제32권12호
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pp.1844-1853
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2019
Objective: We investigated how pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide (PACAP) affects embryonic development during pre-in vitro maturation (pre-IVM) using porcine oocytes isolated from small follicles. Methods: We divided the follicles into the experimental groups by size (SF, small follicles; MF, medium follicles) and treated with and without PACAP and cultured for 18 hours (PreSF[-]PACAP; without PACAP, Pre-SF[+]PACAP; with PACAP) before undergoing IVM. The gene expression related to extracellular matrix formation (amphiregulin, epiregulin, and hyaluronan synthase 2 [HAS2]) and apoptosis (Bcl-2-associated X [BAX], B-cell lymphoma 2, and cysteine-aspartic acid protease 3) was investigated after maturation. The impact on developmental competence was assessed by the cleavage and blastocyst rate and total cell number of blastocysts in embryos generated from parthenogenesis (PA) and in vitro fertilization (IVF). Results: Cleavage rates in the Pre-SF(+)PACAP after PA were significantly higher than SF and Pre-SF(-)PACAP (p<0.05). The cleavage rates between MF and Pre- SF(+)PACAP groups yielded no notable differences after IVF. Pre-SF(+)PACAP displayed the higher rate of blastocyst formation and greater total cell number than SF and Pre-SF(-)PACAP (p<0.05). Cumulus cells showed significant upregulation of HAS2 mRNA in the Pre-SF(+)PACAP compared to the SF (p<0.05). In comparison to other groups, the Pre-SF(+)PACAP group displayed a downregulation in mRNA expression of BAX in matured oocytes (p<0.05). Conclusion: The PACAP treatment during pre-IVM improved the developmental potential of porcine oocytes derived from SF by regulating cumulus expansion and apoptosis of oocytes.
The efficiency of somatic cell nuclear transfer (NT) in pigs is low and requires enhancement. We identified the most efficient method for zona pellucida (ZP) removal and blastomere aggregation in pigs and investigated whether the aggregation of NT and parthenogenetic activation (PA) of blastomeres could reduce embryonic apoptosis and improve the quality of NT-derived embryos by investigating. Embryonic developmental competence after ZP removal using acid Tyrode's solution or protease (pronase E). The embryonic developmental potential of NT-derived blastomeres was also investigated using well-of-the-well or phytohemagglutinin-L. We analyzed apoptosis in aggregate-derived blastocysts. The aggregation rate of protease-treated embryos was lower than that of Tyrode's solution-treated embryos (69.2% vs. 88.3%). No significant difference was observed between phytohemagglutinin-L and well-of-the-well (35.7%-38.5%). However, 2P1N showed a higher number of blastocysts compared to 3N (73.8% vs. 24.3%) and an increased blastocyst diameter compared to the control and 1P2N (274 ㎛ vs. 230-234 ㎛). In blastomeres aggregated using phytohemagglutinin-L, the apoptotic cell ratio was significantly higher in 1P2N and 3N than in 3P (5.91%-6.46% vs. 2.94%, respectively). Our results indicate that aggregation of one NT embryo with two PA embryos improved the rate of blastocysts with increased blastocyst diameter.
Objective: We increased the nuclear maturation rate of antral follicle derived oocytes by using a pre-in vitro maturation (IVM) culture system and improved the developmental potential of these porcine pathenotes by supplementing with melatonin. Furthermore, we investigated the expression patterns of genes involved in cumulus expansion (HAS2, PTGS2, TNFAIP6, and PTX3) derived from small and medium antral follicles before and after oocyte maturation. Methods: Only the cumulus oocyte-complexes (COCs) derived from small antral follicles were induced with [Pre-SF(+)hCG] or without [Pre-SF(-)hCG] the addition of human chorionic gonadotropin (hCG) during the last 7 h of the pre-IVM period before undergoing the regular culture system. The mature oocytes were investigated on embryonic development after parthenogenetic activation (PA). Melatonin (10-7 M) was supplemented during in vitro culture (IVC) to improve the developmental potential of these porcine pathenotes. Results: A pre-IVM culture system with hCG added during the last 7 h of the pre-IVM period [Pre-SF(+)hCG] effectively supported small antral follicle-derived oocytes and increased their nuclear maturation rate. The oocytes derived from medium antral follicles exhibited the highest nuclear maturation rate in a regular culture system. Compared with oocytes cultured in a regular culture system, those cultured in the pre-IVM culture system exhibited considerable overexpression of HAS2, PTGS2, and TNFAIP6. Porcine embryos treated with melatonin during IVC exhibited markedly improved quality and developmental competence after PA. Notably, melatonin supplementation during the IVM period can reduce and increase the levels of intracellular reactive oxygen species (ROS) and glutathione (GSH), respectively. Conclusion: Our findings indicate that the Pre-SF(+)hCG culture system increases the nuclear maturation rate of small antral follicle-derived oocytes and the expression of genes involved in cumulus expansion. Melatonin supplementation during IVC may improve the quality and increase the blastocyst formation rate of porcine embryos. In addition, it can reduce and increase the levels of ROS and GSH, respectively, in mature oocytes, thus affecting subsequent embryos.
The objectives of the present study were improvements in the efficiency of developmental rates to morula and blastocyst stages to produce a large number of genetically identical nuclear transplanted embryos. The oocytes collected from slaughterhouse ovaries were matured 24h in TCM199+10% FBS and exposed to $39^{\circ}C$ or room temperature to allow cytoplasmic maturation and gain activation competence. Donor embryos were treated for 12h with $10{\mu}g/ml$ nocodazole or $0.05{\mu}g/ml$ demicolcine to synchronize the cell cycle stage at 26h after the onset of culture. The blastomeres and recipient oocytes were fused by electrofusion. The cloned embryos were then cultured in various conditions to allow further development. In the treatment of oocyte activation and cell cycle regulation of donor nuclei, the room temperature exposure and nocodazole treatment group had significant effect on the developmental rates to morula/blastocyst(21.7% vs 12.1~16.7%), but had no significant effect on the fusion rates between donor blastomeres and recipient oocytes. The developmental rates of bovine nuclear transplanted embryos appeared to be higher significantly in mTALP medium under 5% $O_2$ condition and in TCM199 with bovine oviduct epithelial cell under 20% $O_2$ condition(22.2%) than other groups. In embryo transfer of nuclear transplanted embryos, there were no significant differences in calving rates between the use of excellent and good grade donor embryos.
These studies were conducted to evaluate developmental competence of follicular oocyte collected from the ovaries of Hanwoo cows with the high offspring meat quality (1++ and 1+ grade). Cumulus oocyte complexes from individual cows were matured, fertilized and cultured using protocols of in-vitro maturation (IVM), invitro fertilization (IVF) and in-vitro culture (IVC). The rates of blastocyst development from Hanwoo cows with the offspring meat quality grades of 1++ and 1+ were 18.6 and 21.2%, respectively. The rates of blastocyst development were 26.3, 20.7, 20.7, 17.2 and 31.2% from Hanwoo cows with the meat quality grades of 1++, 1+, 1, 2 and 3, respectively. Fiftyseven transferable embryos were recovered from 11 Hanwoo donor cows (5.2/head) with the high offspring meat quality grades of 1++ and 1+ in vivo, and the pregnancy rate after embryo transfer was 61.1%. In conclusion, these results suggest that in vitro embryo production from the ovaries of cows with the high meat quality grades using individual culture system can be used an efficient method for livestock improvement. In addition, for the successful industrialization of embryo transfer, conception rate should be improved.
Son, Young-Bum;Jeong, Yeon Ik;Jeong, Yeon Woo;Olsson, Per Olof;Hossein, Mohammad Shamim;Cai, Lian;Kim, Sun;Choi, Eun Ji;Sakaguchi, Kenichiro;Tinson, Alex;Singh, Kuhad Kuldip;Rajesh, Singh;Noura, Al Shamsi;Hwang, Woo Suk
Animal Bioscience
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제35권2호
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pp.177-183
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2022
Objective: The present study evaluated the efficiency of embryo development and pregnancy of somatic cell nuclear transfer (SCNT) embryos using different source-matured oocytes in Camelus dromedarius. Methods: Camelus dromedarius embryos were produced by SCNT using in vivo- and in vitro- matured oocytes. In vitro embryo developmental capacity of reconstructed embryos was evaluated. To confirm the efficiency of pregnancy and live birth rates, a total of 72 blastocysts using in vitro- matured oocytes transferred into 45 surrogates and 95 blastocysts using in vivo- matured oocytes were transferred into 62 surrogates by transvaginal method. Results: The collected oocytes derived from ovum pick up showed higher maturation potential into metaphase II oocytes than oocytes from the slaughterhouse. The competence of cleavage, and blastocyst were also significantly higher in in vivo- matured oocytes than in vitro- matured oocytes. After embryo transfer, 11 pregnant and 10 live births were confirmed in in vivo- matured oocytes group, and 2 pregnant and 1 live birth were confirmed in in vitro- matured oocytes group. Furthermore, blastocysts produced by in vivo-matured oocytes resulted in significantly higher early pregnancy and live birth rates than in vitro-matured oocytes. Conclusion: In this study, SCNT embryos using in vivo- and in vitro-matured camel oocytes were successfully developed, and pregnancy was established in recipient camels. We also confirmed that in vivo-matured oocytes improved the development of embryos and the pregnancy capacity using the blastocyst embryo transfer method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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