在胚胎發育過程的研究中，胚胎各階段的形態特征是評價其發育優劣的重要依據，用于指導胚胎體外培養體系的優化和改進。但若使用傳統形態評估方法檢測胚胎發育，可能會忽略胚胎的關鍵階段，特別是胚胎分裂和異常的合子卵裂模式。

圖1 胚胎發育的簡要過程

目前，傳統的形態學評分是最常用的胚胎評估方法，但是需要將胚胎反復取出培養箱只能觀測胚胎發育的某些時間點，而通過活細胞成像技術可以對胚胎進行實時動態監測，獲得胚胎連續動態發育圖譜，觀測胚胎發育過程中的異常發育行為。

 
活細胞成像技術如何支持胚胎發育研究？

①長時間實時監測

胚胎發育是一個長期復雜的過程。活細胞成像能夠進行長達數天甚至數周的無中斷觀測，記錄從早期胚胎到分化形成階段的整個過程。
 

②無損傷觀察

傳統的顯微成像方法可能需要頻繁操作胚胎，導致其受損甚至無法繼續發育。活細胞成像采用溫和的成像技術，可以實現無標記觀察，保證培養環境的穩定。
 

③優化胚胎選擇

活細胞成像能夠觀察與評估卵母細胞植入前胚胎發育，優化胚胎選擇；提供胚胎發育中的關鍵形態動力學參數，如：卵裂時間間隔、卵裂方式等。
 
延時成像技術在胚胎發育研究中的應用
 
在胚胎發育的研究中，卵母細胞同樣是一個非常關鍵的研究對象。卵母細胞的質量（如遺傳缺陷、細胞質組成等）決定了其能否成功完成受精并支持胚胎細胞的早期發育。卵母細胞的基因表達也在其發育的早期階段起著重要作用，卵母細胞內的RNA和蛋白質提供了起始的基因表達調控網絡。也因此，卵母細胞常作為胚胎發育的研究起點。
 
2022年10月，Cell Proliferation 發表了題為《Peripubertal requirement of Tsg101 in maintaining the integrity of membranousstructures in mouse oocytes》展示了通過延時成像技術監測小鼠卵母細胞形態變化，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。
 

圖2、3 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。延時顯微鏡圖像顯示，Ⅱ組 Tsg101d/d 小鼠的 GV 卵母細胞在培養的最初幾個小時內出現細胞質萎縮和破裂。II組Tsg101d/d小鼠卵母細胞死亡時伴有明顯的PM破裂。
 
該研究利用延時成像技術監測正常與基因缺失的胚小鼠卵母細胞發育，監測其形態變化以及動態表達，以探索基因缺失與細胞死亡的關聯。通過免疫熒光染色、q-PCR、透射電鏡等研究，比對確認結果。研究發現，Tsg101以年齡依賴的方式參與維持卵母細胞質膜的完整性和卵母細胞內溶酶體的成熟。即Tsg101 在維持膜結構完整性方面發揮著重要作用，這種作用會受小鼠卵母細胞年齡的影響。

結語
在胚胎發育過程的研究中，胚胎各階段的形態特征是評價其發育優劣的重要依據，用于指導胚胎體外培養體系的優化和改進。JuLI™ Stage配置了4倍、10倍和20倍鏡以及相差功能，能夠滿足不同視場的觀察需求；可以箱內長時程成像，不影響胚胎發育的前提下，跟蹤記錄發育過程的形態特征，為胚胎發育評估和體外培養體系的優化提供依據。

參考文獻
①Sozen, B., Jorgensen, V., Weatherbee, B.A.T. et al. Reconstructing aspects of human embryogenesis with pluripotent stem cells. Nat Commun 12, 5550 (2021). doi：10.1038/s41467-021-25853-4
②Shin 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.