Nghiên cứu tạo phôi lợn trong ống nghiệm

NGHIÊN CỨU TẠO PHÔI LỢN TRONG ỐNG NGHIỆM Người thực hiện: Nguyễn Thị Thoa, Lưu Ngọc Anh, Vũ Thị Hương, Trần Sơn Hà, Đỗ Văn Hương, Nguyễn Thị Hương Abstract Porcine embryo in vitro production (IVP) systems which generate viable embryos as well as in vivo embryos will contribute to research in reproductive physiology, agriculture and biotechnologies. These systems included in vitro maturation (IVM) of oocytes and in vitro fertilization (IVF) and their subsequent in vitro culture (IVC), have been carried out by the researches in National Institute of Animal Husbanry (NIAH). The study had been applied IVP procedures of Dr. Kazuhiro Kikuchi. We collected cumulus-oocyte complexes (COCs) of porcine ovaries from the slaughterhouses. Porcine COCs were matured in IVM1 at 38.5 0 C in humidified condition of 5% CO 2 in air for 20-22h, and then cultured in IVM2 for 24h. Only the oocytes with expanded cumulus cells were used for in vitro fertilization. The boar frozen semen was used for porcine IVF procedure. The co-incubation for fertilization was carried out for 3 hours at 38.5 0 C under 5% CO 2 . They were cultured in IVC1 medium supplemented with pyruvate and lactate from day 0 to day 2 then in IVC2 medium supplemented with Glucose from day 2 to 6 under 5% CO 2 at 38.5 0 C. There were some our results. In total 1242 COCs were matured in IVM1 medium and IVM2 after 40-44h. Collections of 915 oocytes with expanded cumulus cell were used for in vitro fertilization. The fertilization rates were 61.97 %, The blastocyst formation rates on day 6 were 13.93%. These results show that we can produce porcine embryos in Vietnam. Keywords: Porcine ovaries, cumulus-oocyte complexes (COCs) , frozen semen, IVM1, IVM2, Pig- FM, IVC1, IVC2 medium. ĐẶT VẤN ĐỀ Tạo phôi lợn bằng TTON ñược nghiên cứu từ những năm ñầu của thế kỷ 20, nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới ñã công bố khả năng sống của phôi TTON phát triển ñến giai ñoạn lơn con sau khi cấy phôi cho lợn nhận. Sản xuất phôi trong ống nghiệm cùng với CTP, ñã khai thác tối ña tiềm năng sinh sản của lợn cái, nâng cao hiệu quả sinh sản của những giống lợn cao sản ñặc biệt có ý nghĩa cho việc bảo tồn những giống lợn ñịa phương có nguy cơ tiệt chủng. Kỹ thuật sản xuất phôi trong ống nghiệm ñã trở thành 1 phần quan trọng trong thương mại tế bào sinh sản và ña dạng hoá nguồn gen vật nuôi. Mặt khác sản xuất phôi lợn trong ống nghiệm kết hợp với CTP mang lai ý nghĩa khoa học và ý nghĩa kinh tế trong y học như phôi lợn làm nguyên liệu cho nghiên cứu cơ bản, tạo gia súc chuyển gen, nghiên cứu tế bào gốc.v.v… người ta có thể sử dụng công nghệ chuyển gen ñể cải thiện sức kháng bệnh tật, ñể thay ñổi các ñặc tính sinh trưởng. Ngày nay các nhà khoa học ñang nghiên cứu ñể tạo ra mô hình lợn ñối v i nhiều bệnh khác nhau bằng cách ñưa gen của người vào và cố gắng thiết lập lợn như là một con cho các bộ phận ñể chuyển vào người nhận. Kỹ thuật tạo phôi lợn kết hợp với CTP là cơ sở cho những nghiên cứu này. Vì vậy chúng tôi tiến hành ñề : ″Nghiên c u t o phôi l n trong ng nghi m (TTON)’’. MỤC TIÊU Nghiên cứu ứng dụng thành công tạo phôi lợn trong ống nghiệm tại Việt Nam. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠ ỨU Vật li u nghiên c u Buồng trứng lợn thu ở lò mổ, tinh lợn dạng cọng rạ ñông lạnh sản xuất tại Viện Chăn nuôi Các môi trường pha chế tại phòng thí nghiệm- Viện Chăn nuôi Môi trường Dulbecco Phosphate Buffered saline Môi trường khai thác trứng M-199 Air. Môi trường cơ bản NCSU (Petters and Wells KD,1993) [5] Môi trường nuôi trứng chín NCSU -37 cho IVM (Funahashi et al. 1997, Kikuchi et al 1999)[1] Môi trường hoạt hoá tinh trùng 199/PH 7,8 Môi trường Pig – FM cho TTON Môi trường IVC1, IVC2 Ph ng pháp nghiên c u (Theo phương pháp của Kazuhiro KIKUCHI-and Yasuhiro K awai [1] Viện KHNN, Nh t Bản v à Trường ĐH khoa học nông nghiệpThuỵ Điển) Thu buồng trứng từ lò mổ Lợn sau khi giết thịt, ngay lập tức cắt buồng trứng rửa sạch và cho vào túi ni lông có chứa dung dịch ñệm Dulbecco Phosphate Buffered không có Ca và Mg (PBS-) bổ sung kháng sinh, buộc chặt túi và cho vào pích nước 35˚C -38˚C, ñưa về phòng thí nghiệm. Thu tế bào trứng từ buồng trứng Rửa sạch buồng trứng bằng dung dịch PBS(-), dùng kéo vô trùng cắt bỏ dây chằng rốn buồng trứng, cho buồng trứng vào lọ môi trường PBS(-) , giữ ấm ở 37˚C. dùng panh vô trùng lấy buồng trứng cho vào ñĩa petri θ 90, dùng dao nhọn hoặc xi lanh với kim 19 G thu trứng và dịch trong nang trứng. Cho dịch nang trứng và tế bào trứng vào ống falcol giữ ấm trong bể ổn nhiệt 37˚C sau 5-10 phút, hút phần trên ñể sản xuất dịch nang trứng (PFF), lấy phần cặn phía dưới, cho 10 ml PBS (có bổ xung kháng sinh )vào ống falcol rửa trứng. Nuôi trứng chín trong ng nghi m Trứng sau khi thu ñược chuyển sang ñĩa môi trường M- 119 air ( Medium M199 powder with Hanks´salts; Sigma Chemical. Co, St.Louis, Mo, USA, bổ sung bicarbonate; Hepes , Dịch nang trứng (PFF) và Antibiotics 100 IU/ml penicilin G otasium(Sigma) và 0,1 mg/ml streptomycin sulfate). Tìm trứng trên kính hiển vi soi nổi, chọn những trứng có tế bào cumulus ñầy ñủ ñể nuôi chín. Những tế bào trứng có tế bào cumulus ñầy ñủ ñược rửa 3 lần trong môi trường nuôi chín IVM1 (NCSU-37 bổ sung D- sobitol, D(+) Gluco, L- systein β- Me, Dịch nang trứng (PFF), HCG, PMSG, dbc AMPC ). Sau ñó chuyển vào nuôi trong ñĩa 4 giếng, mỗi giếng 500ml môi trường IVM1 cho 25-30 trứng, cho ñĩa nuôi vào trong tủ nuôi cấy incubator 37˚C, 5% CO2 ñộ ẩm 99% trong 20-22 giờ. Chuyển trứng sang ñĩa môi trường IVM2 (NCSU-37, bổ sung D- sobitol, D(+) Gluco, L- systein β- Me, PFF, Kháng sinh, không có dbc-AMP và hormon) cho vào tủ incubator 37˚C, 5% CO2 ñộ ẩm 99 % nuôi trong 20-24 giờ. Trứng sau khi nuôi chín trong NCSU-37/PFF(IVM1,IVM2) nh÷ng tÕ bµo trøng chín giãn nở ñược dùng cho thụ tinh ống nghiệm. Ho t hoá tinh trùng Hoạt hoá tinh trùng bằng môi trường M 199- PH 7,6-7,7 Pha M 199 early-salts (Stock sol) trong nước cất khử ion, bổ sung NaHCO3 và Hepes, D- glucose, Calcium lactacte, PFF, Antibiotics. Lấy 8ml môi trường 199-PH 7,6 -7,8 cho vào ống Falcol (1), lấy 200 µl môi trường trong ống Falcol (1) cho vào ống Falcol (2), ủ ấm cả 2 ống trong nước ấm 37˚C. Lấy cọng rạ tinh ñông lạnh ra khỏi bình nitơ cho vào nước ấm 37˚C trong 30 giây, cắt ñầu cọng rạ cho tinh trùng vào ống Falcol (1) ly tâm 2000v/phút trong 2 phút, hút bỏ phần trên lấy phần cặn. Bổ sung 60µl 199- PH 7,6-7,7 ở ống Falcol (2) cho vào ống Falcol (1) trộn ñều, lấy 60 µl cho vào ñĩa θ 35mm phủ dầu khoáng cho vào tủ incubator ủ trong 15 phút. tính nồng ñộ tinh trùng cần cho thụ tinh, ñếm số lượng tinh trùng bằng buồng ñếm Thoma, pha loãng tinh trùng bằng môi trường Pig-FM ñiều chỉnh số lượng tinh trùng (100.000 tinh trùng/ 1ml ) Thô tinh ng nghi m. Môi trường TTON Pig-FM có bổ sung caffeine anhydrous và BSA (fatty acid free - Sigma). Tế bào trứng sau khi nuôi chín trong môi trường IVM2, chọn những trứng có tế bào cumulus phát triển rửa 3 lần trong môi trường Pig-FM, sau ñó chuyển sang giọt (Pig-FM) và cho vào tủ nuôi 38,5˚C có 5% CO2 ẩm ñộ tối ña, lấy 10µ dung dịch tinh trùng ñã hoạt hoá cho vào mỗi giọt thụ tinh (Pig-FM ñã có tế bào trứng). Tiến hành ủ tinh trùng và trứng trong 3 giờ ở 38,5˚C có 5% CO2, ẩm ñộ tối ña. Sau thụ tinh 3 giờ, rửa hợp tử giả ñịnh 3 lần trong môi trường IVC1 (IVC- Pyruvat lactac) ñể loại bỏ những tế bào cumulus và tinh trùng bám vào màng trong suốt. Sau ñó những hợp tử giả ñịnh ñược truyền vào môi trường nuôi IVC-PyrLac nuôi ngày 0 ñến ngày 2, và môi trường ICV2-Gluco ngày 2 ñến ngày 6 trong tủ nuôi cấy ở 38.5˚C có 5% CO2, ẩm ñộ 99%. Chúng tôi ñánh giá sự phát triển của trứng qua quan sát sự giãn nở của tế bào Cumulus, khả năng thụ tinh qua sự hình thành 2 thể cực và phát triển ñến 2-4 tế bào từ ngày 0- 2, tỷ lệ phôi dâu và phôi nang qua sự phát triển của phôi từ ngày thứ 2 ñến ngày 6. K T QU KÕt qu¶ t bào tr ng chÝn nu«i trong ng nghi m sau gi Phân loại sự phát triển của tế bào trứng nuôi invitro sau 44 giờ Đợt TN Tổng số trứng nuôi trong ống nghiệm Loại 1 Loại 2 loại 3 n n % n % n % 1 180 128 71,11 35 19,44 20 11,11 2 215 152 70,7 35 16,27 28 13,02 3 235 165 70,21 48 20,42 37 15,74 4 240 165 68,75 43 17,91 33 13,75 5 160 115 71,87 19 11,87 17 10,62 6 150 105 70,0 20 13,33 12 10,28 7 112 85 75,89 18 16,07 12 10,71 Tổng số 1292 915 70,82 215 16,64 162 12,53 Loại 1 > 80 % tế bào Cumulus giãn nở ñều , màu sáng Loại 2 : 65- 80 % tế bào Cumulus giãn nở ñều , màu sáng loại 3: < 65 % tế bào Cumulus giãn nở ñều, màu sáng Tng s 1292 t bo trng nuụi cy trong mụi trng IVM1 v IVM2 ( NCSU/PFF) sau 44 gi, cú 915 t bo trng t bo Cumulus gión n ủu mu sỏng ủc xỏc ủnh l trng phỏt trin (ủt 70,82%), 215 t bo trng loi 2 (16,64%); 162 t bo trng loi 3 (12,53%) ủc ủỏnh giỏ l trng kộm phỏt trin. K t qu th tinh ng nghi m v phỏt tri n n giai on phụi dõu (Morula) v phụi (Blastocyst) Phụi ngy 6 sau th tinh Trứng cho TTON Phụi 2- 4 t bo (Ngy 0-2) Phụi dõu Phụi nang t TN (n) (n) % (n) % (n) % 1 125 55 44,00 11 14,54 0 0 2 152 90 59,21 17 18,8 0 0 3 165 85 56,67 21 25.88 9 10.59 4 120 85 68,55 18 24.07 11 12,94 5 105 85 72,03 17 20,0 19 22,35 6 82 62 75,61 14 25,80 16 25.81 7 166 105 64,02 33 31,42 24 22.86 Tng 915 567 61,97 131 23,1 79 13,93 Nhng t bo trng loi 1 dựng cho th tinh ng nghim. sau 7 ủt thớ nghim, thu ủc 567 phụi 2-4 t bo chim 61,97% v ủn ngy th 6 thu ủc 131 phụi dõu(23,1%); 79 phụi nang (ủt t l 13,93%) THO LUN bng 1 cho thy tng s 1292 ủem nuụi invitro, cú 915 t bo trng sau nuụi chớn in vitro cú hn 80 % t bo Cumulus gión n ủu, v mt s lp t bo vnh phúng x bỏm vo vnh trong sut cú mu sỏng ủc xỏc ủnh l trng chớn (loi 1); 215 t bo trng cú 65- 80 % t bo Cumulus gión n ủu, mu sỏng ủc ủỏnh giỏ loi 2; 162 t bo trng cú t bo Cumulus gión n ủu, mu sỏng < 65 % (loi 3): ủc ủỏnh giỏ l trng kộm phỏt trin. Kết quả nghiên cứu của chúng tôi phù hợp với kết quả của Suzuki và cộng sự[7]. Khi nuôi chín trứng in vitro sử dụng môi trờng NCSU bổ sung 10% PFF, tỷ lệ trứng chín in vitro của họ là 73% . Cũng theo kết quả nghiên cứu của các tác giả này khi nuôi chín trứng in vitro sử dụng NCSU/PBS là 26-41% thấp hơn kết quả của chúng tôi. Kết quả của chúng tôi cao hơn kết quả của N. Maedomari và cộng sự[2] khi nuôi trứng chín in vitro loại bỏ hoàn toàn tế bào cumulus, 70,82% so với 33,4-45%. Chỳng tụi thy rng nhng yu t sinh trng, nh yu t sinh trng biu mụ trong PFF kớch thớch s gión n cumulus v s thnh thc t bo trng, kh nng nuụi chớn noón bo cú th cú mi quan h cht ch vi kh nng gión n Cumulus. Theo Yokoo v Sato[10], s gión n ca cỏc t bo Cumulus giỳp cho noón bo ngn nga stress oxy hoỏ, ủy nhanh tc ủ thnh thc. Tatemoto v cs[8] cng bỏo cỏo rng, khi noón bo ủc nuụi chớn trong cựng mụi trng NCSU 37 vi 10% PFF hoc 10% FBS t l nuụi chớn khụng sai khỏc ca hai nhúm (c hai ủu > 70%). Theo h, FBS ủó lm gim hot tớnh ca dismtase superoxide m cht ny lm gim nh s phỏ hu t bo trng hoc cỏc t bo cumulus bng cỏc loi oxygen phn ng. T l thnh thc t bo trng trong nghiờn cu ca chỳng tụi dao ủng t 69,17-75,00 %. Sau 7 ủt thớ nghim, nhng t bo trng loi 1 dựng cho th tinh ng nghim, trong ủú ủt 1 v ủt 2 sau th tinh ( ngy 0-2) phụi phỏt trin ủn giai ủon 2-4 t bo ủt 44,0% v 59,21%; phỏt trin ủn giai ủon phụi dõu ủt 14,54 % v 18,8 %, khụng thu ủc phụi nang. cỏc ủt thớ nghim tip theo chỳng tụi ủó to ủc phụi nang. T l phụi dõu, phụi nang tng cỏc ủt tip theo rừ nht ủt 6 v ủt 7 vi 25,8% v 25,81%; 31,42% v 22,86%. Kt qu to phụi nang ca chỳng tụi thp hn kt qu ca cỏc tỏc gi Suzuki v cng s[7] 13,93% so vi 17%. Kt qu ny cú th do cht lng dch nang trng cỏc m sn xut khỏc nhau ủó nh hng ủn s gión n cumulus v s thnh thc t bo trng, S gión n ca cumulus ủó kớch thớch s thõm nhp ca tinh trựng, quan sỏt qua kớnh hin vi ủin t cho thy nhng ủỏm cumulus ủc nuụi trong mụi trng PFF ủó tỏc ủng ủn tỡnh trng tin thõm nhp ca tinh trựng v nh hng ủn s lng v cht lng phụi nang. Chỳng tụi chn nhng t bo trng chớn cho th tinh khụng nhng trỏnh ủc hin tng ủa tinh trựng l nguyờn nhõn ca bi th bt bỡnh thng trong quỏ trỡnh sn xut phụi m cũn mang li hiu qu cao trong vic to phụi. Kt qu sau 7 ủt thớ nghim chỳng tụi ủó sn xut ủc 131 phụi dõu v 79 phụi nang. KẾT LUẬN 1. Nghiên cứu tạo phôi lợn IVF của chúng tôi ñã thành công nhưng kết quả còn thấp so với nhiều nghiên cứu trên thế giới. 2. K t qu nghiên c u chứng minh rằng chúng tôi có khả năng sản xuất phôi lợn in vitro tại Việt Nam. Quy trình kĩ thuật này có thể ứng dụng ñược trong sản xuất phôi lợn ñể phục vụ cho nghiên cứu cơ bản và thương mại hoá tế bào sinh sản. Mặt khác sản xuất phôi lợn IVF kết hợp với công nghệ CTP sẽ mang lai ý nghĩa khoa học và ý nghĩa kinh tế trong y học và cho nghành chăn nuôi lợn. ĐỀ NGHỊ Tiếp tục ñược nghiên cứu ñể nâng cao tỷ lệ thụ tinh ống nghiệm, tỷ lệ phôi nang,và phát triển ñến lợn con sau khi cấy phôi cho lợn mẹ. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Kikuchi K, Onishi A, Kashiwasaki N, Iwamoto M, Noguchi J, Kaneko H, Akita T, Nagai T. Successful piglet production after transfer of blastocyst produced by a modified in vitro system. Biol Reprod 2002;66:1033-1041. 2. Maedomari N , Kikuchi K, Ozawa M, Noguchi J, Kaneko H, Ohnuma K, Nakai M, Shino M, Nagai T, Kashiwazaki N. Cytoplasmic glutathione regulated by cumulus cells during porcine oocyte maturation affects fertilization and embryonic development in vitro. Theriogenology 2007;67: 983- 993. 3. Mori T, Anamo T, Shimizu H. Roles of gap junctional communication of cumulus cells in cytoplasmic maturation of porcine oocytes cultured in vitro. Biol Reprod 2000;62:913-919. 4. Ozama M, Nagai Takashi, Kaneko H, Noguchi J, Ohnuma K, Kikuchi K. Successful pig embryonic development in vitro outside a CO 2 gas-regeluted incubator: Effects of pH and osmolality. Theriogenology 2006;65:860-869. 5. Peters RM, Wells KD. Culture of pig embryo. J Reprod Fertil Suppl 1993;48:61-73. 6. Qian Y, Shi W.Q, Ding J.T, Fan B.Q, Fukui Y. Effect of follicle size on cumulus-expansion, in vitro fertilization and development of porcine follicular oocytes. J Reprod Deve 2001;Vol.47:No.3. 7. Suzuki M, Misumi K, Manabu O, Noguchi, Kaneko H, Ohnuma K, Fuchimoto D, Onishi A, Iwamoto M, Saito N, Nagai T, Kikuchi K. Successful piglet production by IVF of oocytes matured in vitro using NSCU-37 supplemented with fetal bovine serum. Theriogenology 2006;65:374-386. 8. Tatemoto H, Muto N, Sunagawa, Shinjo, Nagai N. Protection of porcine oocytes aganst cell Damage caused by oxidative stress during in vitro maturation: Role of superoxide dismutase activity in porcine follicular fluid. Biol Reprod 2004;71:1150-1157. 9. Vatzias G, Hagen D.R. Effects of porcine follicular fluid and oviduct-conditioned media on maturation and fertilization of porcing oocytes in vitro. Biol Reprod 1999;60:42-48. 10. Yokoo M, Sato E. Cumulus-oocyte complex interactions during oocyte maturation. Int Rev Cytol 2004;235:251-91. . xuất phôi lợn trong ống nghiệm kết hợp với CTP mang lai ý nghĩa khoa học và ý nghĩa kinh tế trong y học như phôi lợn làm nguyên liệu cho nghiên cứu cơ bản, tạo gia súc chuyển gen, nghiên cứu. phôi lợn kết hợp với CTP là cơ sở cho những nghiên cứu này. Vì vậy chúng tôi tiến hành ñề : Nghiên c u t o phôi l n trong ng nghi m (TTON)’’. MỤC TIÊU Nghiên cứu ứng dụng thành công tạo phôi. con sau khi cấy phôi cho lợn nhận. Sản xuất phôi trong ống nghiệm cùng với CTP, ñã khai thác tối ña tiềm năng sinh sản của lợn cái, nâng cao hiệu quả sinh sản của những giống lợn cao sản ñặc