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熊本大学成功开发出转基因大鼠精子的冷冻保存技术

2020年09月17日 生物医药

日本熊本大学生命资源研究与支援中心的中潟直己教授和竹尾透教授的研究团队成功地实现了大鼠精子有效冷冻保存技术,从而有助于大量繁殖实验用大鼠。

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大鼠精子比其他动物的精子大2至4倍(图1),因为它很容易受到PH、渗透压和温度等物理变化的破坏,所以冷冻保存技术的开发极为困难。中潟教授的研究团队设计了一种新的冷冻方法,该方法最大限度地减少了对精子产生的物理刺激,在冷冻和解冻过程中不损害精子的活力,有效地建立了生产受精卵和后代的技术(图2)。

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图1 大鼠精子(全长约200μm)

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图2 从冷冻大鼠精子到产子的过程

精子的冷冻保存法相比受精卵的冷冻保存法更易于收集样品,可以从一只雄性老鼠身上得到很多细胞(5千万~1亿只)。近年来,使用基因组编辑技术陆续制作了用于开发人类疾病治疗的有用的转基因大鼠,需要用于转基因大鼠品系的有效保存技术。此次中潟教授研究团队开发的技术有望促进转基因大鼠的有效保存和利用,并加速难治性疾病治疗法的开发。

【研究内容】

大鼠精子的冷冻保存约在20年前被开发,解冻后精子的活动能力极差,需要在午夜(晚间10点至11点)在雌性子宫中进行人工授精,否则无法产子,另外由于产子数量少,所以实用化几乎没有进展。

因此,中潟教授的团队一直在努力开发一种冷冻大鼠精子的方法,该方法即使在解冻后也能使其保持良好的活力。如果冷冻移动过程中的精子,在解冻后无法获得活动的精子,所以在冷冻之前首先将精子在冰上冷却尽可能阻止其运动。然后在解冻后得到有活力的精子。另外,将解冻的精子从保存液里缓慢地转移到体外受精的培养液中,获得了相对良好运动能力的精子。

使用此冷冻法,冷冻保存发出绿色荧光的转基因大鼠(EGFP大鼠)精子,解冻后,研究团队尝试用这些精子进行体外受精。令人惊讶的是,受精率超过80%,并且将其受精卵移植到母体中,成功地从一只雄性大鼠产生的精子中生产了300多只后代(图3)。

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图3 来自EGFP冷冻精子的大鼠后代(右侧是有绿色荧光的后代)

由于大鼠的体积约为普通老鼠的10倍大,因此需要巨大的繁殖空间和成本,新开发的“能产生良好结果的大鼠精子冷冻保存技术”有望作为快速生产制作实验用大鼠的全球标准。

论文信息
题目:Establishment of sperm cryopreservation and in vitro fertilisation protocols for rats
作者:Naomi Nakagata, Nobuyuki Mikoda, Satohiro Nakao, Ena Nakatsukasa & Toru Takeo
期刊:Scientific Reports
Doi: 10.1038/s41598-019-57090-7
URL: nature.com/articles/s41598-019-57090-7

日语发布原文

文 熊本大学研究生院先导机构URA推进室(research-coordinator@jimu.kumamoto-u.ac.jp)
编辑修改 JST 客观日本编辑部

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