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胚胎显微操作-细胞核移植

日期:2024-03-29 07:17
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摘要:
(一)概况

   哺乳动物核移植是指将胚胎单个卵裂球或体细胞核(核供体)移入去核的成熟卵母细胞或受精卵(核受体)中,采用一定的方法激活卵母细胞,使核供体和核受体融合为重构胚,经移植后发育成新个体的技术。通过核移植,可以不经过有性繁殖过程,连续不断地复制遗传上相同的胚胎,再借用胚胎移植技术,生产大量基因型相同的动物系或动物群体。根据核供体的不同分为胚细胞核移植(胚胎克隆)和体细胞核移植两种。

   *早的核移植试验是用两栖类做的。Spemann于1938年通过结扎蝾螈受精卵,使其一分为二,有核的部分正常卵裂并发育到16细胞阶段,此时将一个卵裂球的核移入无核部分,结果获得了两只幼虫。Gurdon于1962年报道了囊胚细胞核移植后获得了具有繁殖能力的小蟾的试验结果。两栖类核移植试验为哺乳动物核移植奠定了基础。Illmensee和Hoppe于1981年获得了核移植小鼠,Willadsen于1986年获得了核移植绵羊。此后,牛、猪、兔、猴等动物的胚细胞核移植也相继获得成功。国内在山羊、兔、小鼠、牛、猪等动物均获成功。

   目前在牛上,胚胎连续克隆已可获得第6代克隆胚胎和第3代克隆犊牛,由1枚供核胚连续克隆*多获得了190枚克隆胚胎。我国在胚细胞核移植方面也取得了重大进展,尤其在山羊胚细胞克隆方面处于****地位,已建立了山羊多个克隆胚胎系,可连续克隆5代,并获得了后代,1枚胚胎经5代连续克隆*多获得了298枚克隆胚。此外,Wilmut等(1997)已成功地以绵羊乳腺细胞核为核供体,克隆出一只取名“多莉”的绵羊,**在哺乳动物体细胞核移植方面获得成功,这是核移植在理论和实践上的重大突破。

   胚胎细胞核移植技术对于畜牧业生产,科学实验及生物学基础理论研究都具有非常重要的意义,表现在:1.该技术可使具有优良性状个体的后代在群体中大量增殖,大大加速遗传改良和育种进程;2.可以迅速扩增转基因动物后代的数量,提高转基因技术的效率;3.胚胎经性别鉴定后再进行核移植,可以获得大量的期望性别的胚胎;4.核移植技术可用于**动物品种的扩繁与保存;5.核移植技术对于实验动物科学也存很重要的意义,基因型相同的个体可提高实验统计的有效性,从而可以大大减少试验样本的数目。
   
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二)核移植技术的操作过程

 1.供体核的分离技术

    (1)胚细胞

   用0.2%链霉蛋白酶预处理胚胎,然后机械法剥离透明带,钝头玻璃吸管反复吹吸以分离成单个卵裂球。有两大重要进展:1)胚胎干细胞系的建立——发育阶段上类似于内细胞团细胞,是早期胚胎经体外分化抑制培养建立的多能性细胞系,可以传代增殖,通过核移植可望获得无数个遗传上完全一致的动物。现仅在小鼠上获得成功,在猪、牛、绵羊等家畜只分离到类胚胎干细胞,是今后一个重要的研究方向。2)绵羊TNT4细胞系的建立一显微分离胚盘细胞并在体外进行缺血饥饿传代培养,诱使细胞处于“静止”状态以便调整染色质结构,有助于核的重组与发育,形态上类似于胚胎干细胞,但更偏平、上皮化。该方法系Campbell等1996)所创立,曾被评为1996年世界十大科技新闻之—。

    (2)体细胞

   1997年,Wilmut等取绵羊乳腺细胞在特定实验条件下增殖培养6天,诱使细胞处于“静止”状态,以便其染色质结构调整,核进行重组,经核移植后获得了后代,开创了哺乳动物体细胞核移植成功的前例。
   
    2.受体细胞的去核技术

    (1)以原核期受精卵或2细胞期胚胎为受体卵 去除原核或细胞核,成功率低,已很少采用。

    (2)以排出卵为受体卵

   将超排回收的卵母细胞或体外培养成热的卵母细胞置于含细胞松驰素B和秋水仙胺的培养液中,通过操纵显微操作仪,一端用固定吸管吸住胚胎,另一端用一尖玻璃吸管(Φ30um)穿透透明带进入卵周隙,或用一细长玻璃针刺破并切一部分透明带,再用呈直角的去核吸管经切口抵住细胞膜,操纵去核吸管从第1极体处吸除第1极体以及处于分裂中期的染色体和周围的部分细胞质。

    3.核卵重组技术

    在显微操作仪下,用去核吸管吸取一枚分离出的完整卵裂球,注入去核卵母细胞的卵周隙中。

    4.卵母细胞的激活与细胞融合

   核移植技术操作过程中的关键步骤是卵母细胞的激活及其与核供体的融合。人工激活卵母细胞的方法很多,如采用电刺激,改变温度或渗透压,透明质酸醇,钙离子载体,蛋白质合成抑制剂等。电刺激激活卵母细胞的机理在于这一处理可使细胞内游离钙的浓度升高,使细胞静止因子(CSF)和成熟促进因子(MPF)失活,从而解除CSF与MPF对卵母细胞分裂的抑制作用,使卵母细胞活化并完成**次减数分裂。电刺激的激活效果优于其它几种方法,在试验研究中被广泛采用。

   核受体和核供体的融合一般采用两种方法,一种是利用仙台病毒诱导重组胚融合,另一种是电融合法,具有激活卵母细胞与诱导膜融合的双重作用.即通过一定场强的直流脉冲刺激,使二者相邻界面的细胞膜穿孔,形成细胞间桥从而达到融合。电融合是在由一种非电解质(如0.3M的甘露醇)和两根相近的微细电极(0.2~1mm)组成的融合小槽内进行。融合过程中适宜的脉冲场强和持续时间是极其重要的两个参数。在不同的畜种这两个参数整异极大,而且还随电极间的距离、融合液的种类等变化。为了使细胞易于融合,需将卵母细胞和卵裂球紧密接触,并且接触面应垂直于电场方向。在上述两种融合方法中,仙台病毒为感染性病毒,其融合率低且不稳定,故已逐渐被舍弃。目前采用电刺激融合法,适宜的参数及熟练操作可使融合率达到96%。

    5.核移植胚的培养与移植或重复克隆技术

   融合后的胚胎经体外或中间受体培养至桑椹胚或囊胚,然后移入与胚龄同期的受体动物**角内,可望获得克隆后代。获得的早期胚胎也可以作为供体核重复克隆。

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