在显微镜下观察生命的起点
在胚胎发育过程的研究中，胚胎各阶段的形态特征是评价其发育优劣的重要依据，用于指导胚胎体外培养体系的优化和改进。但若使用传统形态评估方法检测胚胎发育，可能会忽略胚胎的关键阶段，特别是胚胎分裂和异常的合子卵裂模式。
目前，传统的形态学评分是最常用的胚胎评估方法，但是需要将胚胎反复取出培养箱只能观测胚胎发育的某些时间点，而通过活细胞成像技术可以对胚胎进行实时动态监测，获得胚胎连续动态发育图谱，观测胚胎发育过程中的异常发育行为。
图1 胚胎发育的简要过程
活细胞成像技术如何支持胚胎发育研究？
1. 长时间实时监测
胚胎发育是一个长期复杂的过程。活细胞成像能够进行长达数天甚至数周的无中断观测，记录从早期胚胎到分化形成阶段的整个过程。
2. 无损伤观察
传统的显微成像方法可能需要频繁操作胚胎，导致其受损甚至无法继续发育。活细胞成像采用温和的成像技术，可以实现无标记观察，保证培养环境的稳定。
3. 优化胚胎选择
活细胞成像能够观察与评估卵母细胞植入前胚胎发育，优化胚胎选择；提供胚胎发育中的关键形态动力学参数，如：卵裂时间间隔、卵裂方式等。
延时成像技术在胚胎发育研究中的应用
在胚胎发育的研究中，卵母细胞同样是一个非常关键的研究对象。卵母细胞的质量（如遗传缺陷、细胞质组成等）决定了其能否成功完成受精并支持胚胎细胞的早期发育。卵母细胞的基因表达也在其发育的早期阶段起着重要作用，卵母细胞内的RNA和蛋白质提供了起始的基因表达调控网络。也因此，卵母细胞常作为胚胎发育的研究起点。
2022年10月，Cell Proliferation 发表了题为《Peripubertal requirement of Tsg101 in maintaining the integrity of membranousstructures in mouse oocytes》展示了通过延时成像技术监测小鼠卵母细胞形态变化，后通过免疫荧光染色、q-PCR、透射电镜等研究在Tsg101缺失的情况下导致卵母细胞死亡的原因。
图2、3 研究人员从 Tsg101f/f 和 Tsg101d/d 小鼠身上收集了 GV（原期 I）阶段的卵母细胞并在体外使用JuLI Stage 活细胞成像仪延时记录，间隔1h拍摄一轮，共拍摄12h。
结果表明：21-27 天的青春期前小鼠（I 组）和 28 天以上的青春期前小鼠的表型明显不同。Ⅰ组 Tsg101d/d 小鼠约 10% 的卵母细胞出现异常，而Ⅱ组 Tsg101d/d 小鼠高达 80% 的卵母细胞在 12 h 前退化或萎缩。延时显微镜图像显示，Ⅱ组 Tsg101d/d 小鼠的 GV 卵母细胞在培养的最初几个小时内出现细胞质萎缩和破裂。II组Tsg101d/d小鼠卵母细胞死亡时伴有明显的PM破裂。
该研究利用延时成像技术监测正常与基因缺失的胚小鼠卵母细胞发育，监测其形态变化以及动态表达，以探索基因缺失与细胞死亡的关联。通过免疫荧光染色、q-PCR、透射电镜等研究，比对确认结果。研究发现，Tsg101以年龄依赖的方式参与维持卵母细胞质膜的完整性和卵母细胞内溶酶体的成熟。即Tsg101 在维持膜结构完整性方面发挥着重要作用，这种作用会受小鼠卵母细胞年龄的影响。
视频1 成像仪视角下小鼠卵母细胞在培养的最初几个小时内出现细胞质萎缩和破裂
结语
在胚胎发育过程的研究中，胚胎各阶段的形态特征是评价其发育优劣的重要依据，用于指导胚胎体外培养体系的优化和改进。JuLI™ Stage活细胞成像分析系统配置了4倍、10倍和20倍镜以及相差功能，能够满足不同视场的观察需求；可以箱内长时程成像，不影响胚胎发育的前提下，跟踪记录发育过程的形态特征，为胚胎发育评估和体外培养体系的优化提供依据。
参考文献：
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.
