JuLI™ Stage活細胞成像儀應用于胚胎發(fā)育動態(tài)連續(xù)性監(jiān)測
胚胎發(fā)育是一個充滿奇跡與復雜性的過程。胚胎，是受精卵在母體子宮內(nèi)的早期發(fā)育階段，研究胚胎發(fā)育有助于揭示生命的發(fā)育規(guī)律和機制，不僅涉及形態(tài)學的演變，還涉及分子水平上的基因表達、蛋白質(zhì)合成等生物化學過程。深入了解胚胎發(fā)育的內(nèi)在規(guī)律和機理，不僅可以推動生物學、醫(yī)學等相關(guān)學科的發(fā)展，還促進了科技進步和醫(yī)學創(chuàng)新。
胚胎發(fā)育階段
①受精卵形成：精子和卵子在輸卵管內(nèi)結(jié)合，形成受精卵，這是新生命的起點。
②細胞分裂：受精卵形成后，會進行多次細胞分裂，形成多個細胞。這個過程稱為卵裂，卵裂后的細胞逐漸形成一個由許多細胞組成的實心球狀結(jié)構(gòu)，稱為桑椹胚。
③囊胚形成：桑椹胚繼續(xù)分裂，細胞開始分化，形成一個空腔，稱為囊胚腔。囊胚由周圍的單層細胞（滋養(yǎng)層）和內(nèi)部的細胞團（內(nèi)細胞團）組成。
④著床：囊胚通過宮頸進入子宮腔，并依附在子宮內(nèi)膜上繼續(xù)發(fā)育。這個過程稱為著床，標志著胚胎與母體建立起了初步的聯(lián)系。在著床后，胚胎繼續(xù)發(fā)育，形成不同的組織和器官。這個時期是器官分化和形成的關(guān)鍵時期。
胚胎發(fā)育研究挑戰(zhàn)
1. 細胞分化的復雜性
胚胎發(fā)育是一個高度復雜的生物過程，涉及大量細胞的增殖、分化和特化。不同細胞類型在發(fā)育過程中的精確調(diào)控是實現(xiàn)正常胚胎發(fā)育的關(guān)鍵。然而，由于細胞分化的復雜性，很難準確預測和控制每個細胞的命運和行為。這種復雜性增加了研究胚胎發(fā)育的難度。
2. 遺傳與表觀遺傳的交互作用
胚胎發(fā)育過程中，遺傳信息和表觀遺傳信息共同調(diào)控細胞的行為和命運。遺傳信息主要通過DNA序列決定細胞的基本特征，而表觀遺傳信息則通過DNA甲基化、組蛋白修飾等機制影響基因的表達和細胞的分化。然而，遺傳與表觀遺傳的交互作用機制尚未完全闡明，這使得胚胎發(fā)育的研究更加困難。
3. ⭐高時空分辨率的數(shù)據(jù)獲取與分析
為了深入了解胚胎發(fā)育的過程和機制，需要獲取高時空分辨率的數(shù)據(jù)。這包括在胚胎發(fā)育的不同階段、不同組織和細胞中，對基因表達、蛋白質(zhì)表達、細胞形態(tài)和功能等進行精確測量和分析。然而，這些數(shù)據(jù)的獲取和分析需要高度先進的技術(shù)和復雜的實驗設(shè)計，且數(shù)據(jù)量巨大，處理和分析起來非常耗時費力。
4. ⭐胚胎發(fā)育的動態(tài)性和連續(xù)性
胚胎發(fā)育是一個連續(xù)、動態(tài)的過程，涉及細胞分裂、增殖、分化和凋亡等多個環(huán)節(jié)的協(xié)同作用。這些環(huán)節(jié)在時間和空間上緊密關(guān)聯(lián)，相互影響。因此，在研究胚胎發(fā)育時，需要綜合考慮各種因素的動態(tài)變化和相互作用。然而，這種動態(tài)性和連續(xù)性使得胚胎發(fā)育的研究更加復雜和具有挑戰(zhàn)性。
5. 胚胎研究的倫理問題
胚胎研究還涉及到倫理問題。由于胚胎具有潛在的生命力和發(fā)育成個體的能力，因此在進行胚胎研究時需要遵守嚴格的倫理規(guī)范和法律法規(guī)。這限制了某些研究方法和手段的應用，增加了研究的難度和復雜性。
活細胞成像儀助力胚胎發(fā)育監(jiān)測
奎克泰生物的JuLI™ Stage活細胞成像分析系統(tǒng)，能夠置于培養(yǎng)箱中對樣本進行長時程監(jiān)測，避免樣本反復拿出，維持樣本穩(wěn)定的培養(yǎng)環(huán)境，避免珍貴樣本被污染。對于科研工作者來說，省時省力，大大提高了科研成功率！
圖1. JuLI™ Stage活細胞成像儀示意圖
JuLI™ Stage活細胞成像儀主要功能
①延時成像，完整記錄胚胎發(fā)育過程；
②多通道成像（明場+3熒光：GFP/RFP/DAPI），可滿足胚胎成像的熒光需求；
③多位點監(jiān)測與圖像拼接，實現(xiàn)孔內(nèi)的胚胎完整圖像記錄；
④提供多種聚焦模式：自動對焦和手動對焦，為胚胎拍攝節(jié)省更多的時間；
⑤全自動X-Y-Z軸以及Z-stack功能，完整采集清晰立體的胚胎圖像；
⑥圖片/視頻編輯，調(diào)整亮度、對比度，對視頻進行截取或拼接；
⑦數(shù)據(jù)分析，批量處理圖片結(jié)果。
活細胞成像儀在胚胎發(fā)育監(jiān)測方向的文獻案例
來自韓國建國大學的研究團隊，于2022年在Cell Proliferation期刊發(fā)表名為“Peripubertal requirement of Tsg101 in maintaining the integrity of membranous structures in mouse oocytes”的文章。
這篇文章中，研究者探究腫瘤易感基因101對小鼠卵母細胞的特異性作用。腫瘤易感基因101（Tsg101）最初在成纖維細胞中被鑒定為抑癌基因。研究表明Tsg101 對早期發(fā)育階段的生存是不可或缺的，而Tsg101 的缺失會導致細胞周期缺陷、溶酶體內(nèi)結(jié)構(gòu)異常和自噬空泡的積累，最終導致細胞死亡。研究者將Tsg101f/f小鼠與Zp3cre轉(zhuǎn)基因小鼠雜交，以研究Tsg101對卵母細胞的特異性作用。通過實時活細胞成像分析系統(tǒng)監(jiān)測卵母細胞形態(tài)變化，后通過免疫熒光染色、q-PCR、透射電鏡等研究在Tsg101缺失的情況下導致卵母細胞死亡的原因。
研究人員從 Tsg101f/f 和 Tsg101d/d 小鼠身上收集了 GV（原期 I）階段的卵母細胞并在體外進行了成熟過程觀察。
圖2. 實驗分組示意圖使用JuLI™ Stage 活細胞成像儀延時記錄，間隔1h拍攝一輪，共拍攝12h。結(jié)果表明 21-27 天的青春期前小鼠（I 組）和 28 天以上的青春期前小鼠的表型明顯不同。Ⅰ組 Tsg101d/d 小鼠約 10% 的卵母細胞出現(xiàn)異常，而Ⅱ組 Tsg101d/d 小鼠高達 80% 的卵母細胞在 12 h 前退化或萎縮。
圖3. 卵母細胞生長監(jiān)測參考文獻：
[1] Shin H, Park D, Kim J, Nam MY, Kwon S, Um DE, Oh JE, Youn E, Shim YH, Wagner KU, Jun JH, Kim HR, Song H, Lim HJ. Peripubertal requirement of Tsg101 in maintaining the integrity of membranous structures in mouse oocytes. Cell Prolif. 2022 Oct;55(10):e13288. doi: 10.1111/cpr.13288.
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