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科学前沿丨赋予生命更久的延续——配子与胚胎冷冻保存技术

时间:2016-12-28

 近年来,受疫病和人类活动及环境破坏的影响,全球物种灭绝的速度已远远超越了新物种的进化速度。有资料表明,全球6165个畜禽品种中,有12%已经灭绝,8.16%濒临灭绝,17.71%已成为濒危动物,因此,各国政府对动物遗传种质资源的保护均给予了高度重视。但活体保种因维持成本高、突发自然灾害(疫病、火灾、洪水、干旱等)等原因,很难实现对全部濒危物种的有效保存。随着生物技术的快速发展,配子与胚胎冷冻保存正逐步成为替代活畜保种的最有效方式,许多国家建立了遗传种质资源库,即“精子库”、“卵子库”、“胚胎库”和“干细胞库”等。据美国农业部统计,冷冻精液人工输精技术的实施对美国奶牛群体遗传改良的贡献率高达97%;美国胚胎移植学会统计数据表明,2008 年美国有97%以上的牛胚胎移植均采用冷冻胚胎。人类医学上,配子与胚胎的冷冻保存可以用来保存青年夫妇的生殖潜力,从而避免了因老化或疾病而导致的生育能力下降或丧失。以人卵母细胞为例,自1986 年以来,全球范围内利用冷冻卵母细胞出生婴儿数逐年增加,全世界靠冻卵技术出生的孩子有2000 多例。

 

总之,配子与胚胎冷冻保存技术在畜牧生产和临床医学上发挥了重要作用,应用前景广阔。但是,我们必须充分地认识到,可在畜牧业生产中得到广泛应用和推广的目前只有牛冷冻精液和牛冷冻胚胎,其他动物配子与胚胎的冷冻保存仍存在这样或那样的问题,与实际应用还有一定的距离,需要进一步深入研究。

 

 

配子和胚胎的冷冻保存,是指将配子(精子和卵子)和胚胎保存于超低温状态下,使细胞新陈代谢和分裂速度减慢或停止,一旦恢复正常生理温度又能继续发育。该技术对于畜牧生产、动物遗传资源保存、配子与胚胎生物技术研究,以及人类辅助生殖技术的开展均具有重要意义。

 

精液冷冻保存的意义

  

 

 

充分提高优良种公畜的利用率

 

近年来,随着人工授精技术的推广与普及,精液的长效保存显得尤为必要。一方面,它可以最大限度地提高优良种公畜的利用效率,保证群体母畜的定期配种需要;另一方面,人工授精技术与精液冷冻保存技术相结合,对于加快畜群品种改良步伐,推进育种工作进程具有重要意义。

 

便于开展国际间种质交流

 

精液冷冻保存技术使优良种公畜的种质资源在国际间的广泛交流成为可能,避免了活畜引种带来的高额费用和疫病传播。

 

使发情母畜配种不受时间与地域的限制

 

由于我国畜牧业规模化程度较低,多为农户散养,很难实现集约化养殖的同期发情和集中配种,而精液冷冻保存技术使优良种公畜在规模化程度低的养殖场的利用成为可能。

 

建立动物精液基因库


即建立“精子库(sperm bank)”。近年来随着全球生态环境的变化及人类活动的影响,大量珍稀及地方优良畜禽品种处于灭绝或濒临灭绝状态,动物保种刻不容缓,然而目前常用的活体保种因成本高、效率低、疫病高发等原因,很难实现对所有品种的有效保存,而“精子库”的建立为上述品种的长效保存提供了可能。在人类医学领域,“精子库”的建立使那些因患病必须应用某些药物、放射或手术治疗,而产生绝育影响者,或因某种职业(如接触放射物质)而影响生育者,可预先贮藏精液备用。

 

防止疾病的传播

 

家畜通过交配传播的疫病很多,在自然交配情况下,家畜因交配被传染上疾病的机会很大,但冷冻精液的应用使公母畜不接触,大大减少了公母畜交互传播疾病的概率。在人类医学领域,20 世纪80 年代,人们认识到艾滋病(AIDS)可以通过精液传播的危险性,由于确诊艾滋病的主要依据是化验血中是否存在艾滋病抗体,并且绝大部分人感染艾滋病后,均会在半年内产生抗体,因此,为了保证人工授精的安全性,大多数国家禁止使用新鲜精液,强制使用冻存6 个月以上的精子。

 

卵母细胞冷冻保存的意义

  

 

 

便于珍稀濒危动物和优良地方品种畜禽种质资源的长期保存

 

利用超低温冷冻保存方法,将珍稀濒危动物和优良地方品种畜禽的卵母细胞保存起来,建立“卵子库”,可以实现动物种质资源的长期保存,同时也为遗传资源在国际和国内长距离的运输提供了可能。

 

为胚胎生物技术的研究提供充足的卵源

 

20 世纪80 年代以来,随着各项胚胎生物技术,如卵母细胞的体外成熟、体外受精、核移植、转基因动物生产、干细胞培养和嵌合体技术的迅速发展,卵母细胞的全年、均衡供应显得尤为重要。但由于受季节、疫病等因素的影响,上述愿望很难实现。随着卵母细胞冷冻保存技术的提高和完善,将为胚胎生物技术的开展解除卵母细胞供应带来的时间和空间上的限制。

 

为某些因病理或其他原因而推迟生育的妇女提供一个生育的机会

 

在人类医学领域,卵母细胞的冷冻保存可为某些因手术、放射线治疗、化学治疗失去卵巢功能的患者,或者因工作生活的原因而推迟怀孕的妇女保留生育能力。随着人卵母细胞玻璃化冷冻保存技术的逐步提高,2013 年,美国生殖医学会(ASRM)实践委员会和辅助生殖技术协会(SART)通过的一项准则规定,当妇女因患病采用的治疗方法会对生殖腺产生毒害作用时,成熟卵母细胞玻璃化冷冻可作为女性生殖能力保存的唯一方式。

 

增加了辅助生殖技术的可操作性和安全性

 

在人类辅助生殖领域,少数情况下,取卵手术当日取精失败的患者,可同意先进行卵母细胞冷冻保存,待取精成功时再行授精,增加了辅助生殖技术的可操作性。另外,在某些允许卵母细胞捐赠的国家,冷冻保存技术可以保证有充足时间对供卵者进行检疫,以避免供卵者可能存在的传染性疾病对受卵者健康产生影响。

 

胚胎冷冻保存的意义

  

 

 

适应于胚胎移植产业化

 

超数排卵技术能够获得较多的胚胎,同时也需要更多的同期发情的母畜进行胚胎移植,既费时、费力又成本高。若将胚胎冷冻保存起来,等待发情后适宜的受体进行移植,不仅可使胚胎移植不受时间和空间的限制,而且能严格筛选受体,保证受体的质量,提高受胎率。将大大地降低成本和促进胚胎移植技术在生产中的应用与推广,是胚胎移植产业化的重要技术保障。

 

便于胚胎运输

 

胚胎保存可解决引种和运输种畜的困难,同时可减少或防止传染病的传播。可广泛地进行国际和国内优良品种的交流,加速家畜优良品种的扩繁和改良的进程。

 

建立胚胎基因库

 

胚胎的冷冻保存是动物保种、建立基因库不可缺少的必要手段之一。利用基因库(胚胎库)可以长期保存珍稀或濒危动物和优良品种家畜的遗传资源。还可以避免因自然灾害、战争和传染性疾病等突发事件造成不可抗拒的打击而使动物品种灭绝。基因库的建立对诸如组织胚胎学、发育生物学、遗传育种学、动物繁殖学、生殖生物学和胚胎生物技术的基础理论研究具有重要的价值。

 

防止疾病传播

 

目前世界上许多国家和地区疫情发生比较严重,在进行繁殖和直接进口活畜过程中,通过接触等途径有可能传播传染病,从而加大引进活畜的风险。但研究表明,由于胚胎的透明带(zona pellucida)具有阻止细菌、病毒入侵的作用,加之冷冻胚胎前需要用酶进行洗涤,可以去除透明带上的细菌与病毒。因此,引进良种家畜的冷冻胚胎进行移植是防止疾病传播的有效途径之一。

 

 

本文摘编自侯云鹏、周光斌、傅祥伟主编《动物配子与胚胎冷冻保存原理及应用》(第二版)(北京:科学出版社,责任编辑王海光、李秀伟,2016.11)绪论及第一章,内容略有删节改动。

 

 

ISBN:978-7-03-050203-2


动物配子与胚胎冷冻保存是生命科学领域的重要组成部分,是为开展动物生物技术研究提供充足细胞来源不可或缺的基本保障。《动物配子与胚胎冷冻保存原理及应用》(第二版)共分5 章,内容包括:动物配子与胚胎冷冻保存原理、胚胎冷冻、生殖细胞(卵母细胞与精子)冷冻、卵巢组织与干细胞(胚胎干细胞、诱导多能性干细胞、精原干细胞和脐带血造血干细胞)冷冻等。书中对近年来超低温冷冻保存原理、技术进展、实验方法及专利等均有较详细的介绍,是一本集动物配子、胚胎、卵巢组织、干细胞冷冻保存原理与应用为一体的系统专著。

 

本书对从事相关领域的教学和科研工作人员具有理论指导作用和实践参考价值,适合于大专院校和科研院所从事生殖生物学、低温生物学、动物胚胎学、发育生物学、细胞生物学和临床医学等相关研究的师生和科研人员参考。

 

(本文来自:科学出版社)

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