選誰?胚胎師對精蟲的呼喚!

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2013-07-19
作者 Agnes

單一精蟲顯微注射技術(ICSI)自1992年發展至今,在ART生殖輔助技術上幫助了許多男性不孕的夫妻解決難孕問題。直至西元2006年,其懷孕率和活產率停滯在20%及15%。異常授精與胚胎發育停滯顯然是ART技術的瓶頸,除了常見的卵子品質之外,近年也來發現精蟲的品質也頗具影響,不單只是提供父方遺傳物質那麼簡單。

精蟲除了頭部含有頂體(acrosome)與父方DNA之外,頭部後的中節則含有成對且相互垂直的中心粒(centrioles) 、蛋白(γ-tubulin、γ-TuRC等)圍繞組成中心體(centrosome)(如上圖)。

圖二

當精蟲進入卵子後,中心粒結合其頭部的蛋白,形成精蟲星芒體(sperm aster),轉變成有很多輻射狀的紡錘絲,將兩原核拉向中間。而在第二天(約受精後20個小時)觀察到兩個圓圓原核-正常受精卵(圖二)。

圖三

受精後27-28小時,中心體利用卵子內的蛋白複製第二個中心體至細胞兩極進而形成紡垂體,並且將複製的兩套染色體,經由細胞一分為二而形成第一次的細胞分裂(圖三)。

綜合中心粒/體結構是影響精蟲活動力、結合雌、雄性原核形成、以及胚胎分裂發育的重要因素,或許屢次顯微授精失敗、胚胎分裂不佳,除了檢視卵子品質外,整個受精卵中心體功能也成為一個需檢討的原因。

此篇文章作者統計操作顯微注射時,約有50%卵子無法活化授精,原因包含:

  1. 1.少部分人為操作不當
  2. 2.20%為卵子細胞質胞器無法提供正常受精能力
  3. 3.20%為精蟲星芒體(sperm aster)功能不佳而無法受精

進一步利用哺乳類動物具有相同的授精機制的特性-星芒體,因此使用人類精蟲進行顯微注射(ICSI)注入兔子或者牛的卵子,再以螢光染色方式觀察是否產生精蟲星芒體以了解受精失敗的原因。

圖四

圖四附註:(藍色螢光:卵子與精蟲染色體;綠色︰紡錘絲)

A:人為操作不當造成顯微操作的精蟲在卵膜外,沒有進入卵子。

B:精蟲授精失敗;精蟲進入卵子中,卻未完成後續授精。推測精蟲的核膜未鬆解活化。

C:卵子染色體無法進行複製導致紡垂體無法作用,所以紡垂體只環繞精蟲原核造成細胞分裂失敗。

D:兩個原核形成,但是未出現紡錘絲將兩原核拉近進而融合分裂,造成分裂停滯。

特別是globozoospermia(精子為圓頭型、缺少頂體,如圖五A)與精蟲活動力差的Dysplasia of the fibous sheath(縮寫DFS,其中心體功能異常,以致活動力差、中節與尾部構造異常,如圖五B)者兩組精蟲利用ICSI後順利形成星芒體(圖五C與D)結構比例分別為15.8%與16.0%;明顯比正常組(Fertil donor)68.8%低。

圖五

然而要如何幫助這些因為精蟲中心體缺失而屢次IVF(試管嬰兒)失敗的人呢?從兩個角度來發想︰利用化學物質(Dithiothreitol、Paclitaxel以刺激或者穩定中心體)藉此恢復中心體功能;或者移植捐贈者的正常的中心體,不過目前所作研究都未有進一步的臨床應用。

雖然臨床資料指出藉由高倍率(6000x)放大顯微鏡方式Intracytoplasmic Morphologically Selected sperm Injection(IMSI)可更清楚觀察精蟲頭部與中節而挑選出型態佳的精蟲,其懷孕率都較傳統IVF-ICSI高。但是否等同於IMSI可幫助挑選染色體正常且中心體功能正常的精蟲則需要更多研究證實。

 面對男性不孕,顯微授精(ICSI)是最大的救星,然而成千上萬的精蟲部隊,哪一隻才是卵子的最佳男主角?胚胎師為卵子挑選的Mr. Right,總是看盡千百隻精蟲,萬中選一才找出游得筆直往前且型態正常的那一隻。

參考資料:

  • 1.Essential Roles of the Sperm Centrosome in Human Fertilization: Developing The Therapy for Fertilization Failure Due to Sperm Centrosomal Dysfunction. Tohoku J. Exp. Med., 2010, 220,247-258
  • 2.The human sperm centrosome is responsible for normal syngamy and early embryonic development. Reviews of Reproduction (1997) 2, 19–27
  • 3.The role of centrosomes in mammalian fertilization and its significance for ICSI. Molecular Human Reproduction, Vol.15, No.9 pp. 531–538, 2009

評論

送子鳥生殖中心
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  1. 每當受精率或胚胎發育狀況不如預期時,推論原因多數都指向卵子品質不良,孰不知精蟲品質也占有舉足輕重的角色。精蟲不僅提供另一套染色體,位於精蟲頸部的中心粒也是影響精蟲活動力,甚至是後續受精卵原核結構與染色體分裂的因素。
  2. 經常有人詢問胚胎師如何挑選精蟲?是否有IMSI設備放大6000倍選擇型態正常的精蟲?藉由廣泛學術研究與實際經驗累積,除了考量型態外觀之外,精蟲的功能─活動力更是我們挑選精蟲的重要指標。
  3. 送子鳥已建立健全的精子銀行,可提供非阻塞性無精症或擔心色染體異常遺傳給下一代等男性不孕的夫妻們另一個出口,讓有孩子的家最溫暖不再遙不可及。

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