從卵子到生命,是一段神奇的旅程

這一系列變化,在胚胎師所照顧的小生命裡,日日發生,藉由這次在歐洲生殖醫學會的四天洗禮下,體認到細胞裡、化學式的生命的奇蹟-從卵子到胚胎,是一段神奇的旅程。
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2020-05-22
作者 Agnes

生命由兩個細胞(卵子與精蟲)打破細胞膜的界限而融合,從減數分裂到細胞分裂,從一個個獨立的胚葉細胞變成桑葚期細胞團組織後,最後細胞們需要分化成滋養層細胞與內細胞團組織、製造能量才能順利展開能囊胚腔、進而孵化(Hatching)著床。

 這一系列變化,在胚胎師所照顧的小生命裡,日日發生,藉由這次在歐洲生殖醫學會的四天洗禮下,體認到細胞裡、化學式的生命的奇蹟-從卵子到胚胎,是一段神奇的旅程。

 卵子的大小如同筆尖那樣的小(140~180微米(um,1萬微米=1公分)),但是它肩負起一個生命的起源。不成熟的卵(GV)→MI→MII(成熟卵子),需要一系列的變化:首先GV核要瓦解而啟動DNA進行第一次減數分裂,每一條染色體的著絲點都經過紡錘絲的排列,藉由細胞質內的胞器(Actin)的細胞質流動,紡錘體和染色體的複合體會移動至卵細胞膜的邊緣,這是為了減數分裂後可以留下最大體積的卵細胞質,而分裂後的染色體用最小的體積形成第一極體,這就是成熟的卵子MII。

而卵子和精蟲的授精作用是一段天衣無縫的化學反應:

1. 精蟲需藉由頂體反應將卵子外的一層層卵丘細胞撥開,當精蟲上的受器(izumo)與卵膜上的 (Juno receptor)完美結合後,卵膜的Juno recetor(右圖綠色螢光抗體染色處) 會在授精後的約40分鐘逐漸消失,卵膜進而無法與其他精蟲進行授精,這是抵抗多重精蟲授精的機制(polysermy)之一。然而,試管嬰兒常使用的技術-單一精蟲顯微注射的 卵子,其Juno receptor則會一直存在。

2.卵膜接受精蟲所傳遞的PLCζ授精後,開啟卵子SER內的Ca2+的離子脈衝進而完成以下機致 成為成功的受精卵:

a. 授精後一個小時,藉由Exocytosis 的 Cortical granules,改變卵子的Zona結構改變變硬讓(polysermy)機制更 完整。由於polysermy的第一道機制-Juno receptor的卵膜變化有時間落差(約30-40min)。

b. Ca2+的離子脈衝的細胞傳遞鍊讓卵子開啟第 二次減數分裂,再藉由精蟲所提供的中心粒進行第一次的細胞分裂,形成二細胞。在Timelapse培養箱可以看見胚胎每一個時刻,而受精卵從一變成二是經過精密的細胞週期完成的,由精卵提供的染色體複製,再由中心粒把它均勻的分配至2個細胞。如果在這個時刻發現從一個細胞變成3個細胞,那紡錘絲的構造有異,通常其細胞的染色體是異常比例很高,則不建議進行植入。

藉由Timelapse(縮時攝影影像系統)技術成熟,不需要額外拿出胚胎培養盤放在加溫37度的顯微鏡下就能觀察拍照,進而形成穩定的培養環境。而各家廠商儀器設備都設定了數分鐘幫胚胎拍一張照片,這一張張照片形成了胚胎縮時影片。學者想藉由胚胎發育的各種速率、甚至以AI(人工智慧打胚胎級別分數)、軟體統計,來挑選出著床率最高的胚胎。當然,不同實驗室也會有各自判斷或仍在研究的參數。這次歐洲生殖醫學會的議程裡,提供了許多研究希望能挑出一植就中的囊胚:

1. 藉由卵子受精後會出現的Halo phenomenon(受精卵膜周遭的透明狀,如下圖),去評估這顆胚胎的著床能力。

a. 藉由卵子受精後會出現的Halo phenomenon(受精卵膜周遭的透明狀,如右圖),去評估這顆胚胎的著床能力。

2.儘管每個階段的胚胎發育速率,都可以成為挑選胚胎的參數。三家歐洲生殖中心 (IVI/G.EN.E.R.A./ European Hospital)提供他們在2016- 2018年的Timelapse培養加上單一胚胎植入正常染色體報告(PGS)成績,發現許多參數計算下,影響活產的最關鍵的因素:1. 囊胚有好的滋養層細胞等級 2.其授精後胚胎形成桑葚期的時(tM)若小於80 小時主要原因是:

a.滋養層的細胞在著床步驟裡與子宮內膜細胞接觸的關鍵要素,其釋放的hCG賀爾蒙會調控母體的免疫系統,而等級高的滋養層細胞會釋放更多的hCG,讓著床順利進行。

b.受精卵不斷的進行細胞分裂在授精後的第四天會形成桑葚期,每個全能的胚葉細胞走到關鍵時刻,由Hipo-pathway去決定哪些細胞是滋養層與內細胞團(如下圖)。

c.而細胞藉由胞器actin加強彼此間的連結:zipper-interaction,細胞形狀造成了細胞內的滲透壓改變,許多細胞內水分跑至細胞外形成了囊胚腔液體,進而引起囊胚一步步擴展(如下圖)得以藉由等級評分囊胚(AA/AB/BA/BB/BC)。

藉由縮時攝影影像系統的穩定培養環境、胚胎發育關鍵参數建立、人工智慧挑選胚胎、真正看透胚胎的PGS染色體報告,準確的ERA(內膜接受性測試)讓胚胎師有更多祕密武器幫助許多想擁有一個小孩的的家庭。未來,有更多的技術與發現讓試管嬰兒領域精近更好,讓難孕夫妻擁有盡快、愉快的療程、美夢成真。

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評論

Ian
Ian
  1. 每個生命都得來不易,真的往生殖醫學的學問裡鑽,會發現原來有這麼多關卡,稍有一關進行的不順利,可能就停滯不前了。每天在實驗室裡的胚胎師們最有感,一開始拿到的卵進行受精,之後就是一路的淘汰賽,最終才會得到歷經各項考驗所形成的珍貴囊胚。然而在拿到卵子之前,我們也別忘了,卵子成熟過程,也是一連串的機制過程。尤其是卵核與紡垂體,年齡愈大,此階段異常的比率就升高。
  2. 既然囊胚得來不易,在對的時間(ERA),植入對的胚胎(PGS),以提升每次植入的懷孕率與著床率,就顯得格外重要。每位難孕夫妻所面臨的難題都不盡相同,充份與您的醫師討論,善用適當的生殖醫學技術,我相信,成功就在不遠處。

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