显微注射技术:跨越百年的不老传奇
江湖寒，刀锋冷，人断肠。问世间江湖，几许清醒，几许梦寒？狂歌以后，路遥遥，风沙厉!
——古龙
时光荏苒，岁月穿梭，现已是公元2019年，回望2018，请允许小编以这古龙先生之词怀金庸先生之作。2018，注定是不平凡的一年，生命科学领域可谓是悲喜交加，前有科学家利用单细胞分离与单细胞测序技术揭示胚胎发育过程助力生命医学研究，后有饱受争议的世界首例基因编辑婴儿的诞生[1]，科学的脚步以超乎人类想象的速度，始终如一的前进着。 在新的一年里，小编由衷的祝福各位小伙伴能够早日实现自己的人生目标，勇往直前，无问西东！
好了，言归正传，今天小编要给大家科普一项跨越百年的神技能-显微注射。话不多说，先来一组图给大家提提神儿(图1)：
图1.显微注射发展史[2]
哈，小伙伴们是不是有点小惊讶? 显微注射都这么大岁数了！没错，正如大家看到的，从1904年第一台微注射装置问世以来，历经体外对小鼠受精卵、囊胚、前核的显微注射，再到后续的基因敲除小鼠以及灵长类动物克隆的诞生，距今已走过一个多世纪了。显微注射及其微操纵技术在医学概念与技术突破方面发挥了关键作用。截止到目前，至少有5项与显微注射密切相关的突破获得了诺贝尔生理学或医学奖，详见图2。[2]
图2. 诺贝尔生理学或医学奖获得者[2]
说到这，想必小伙伴们已经知道了显微注射技术的发展历程以及它的存在对科学研究的重大影响，下面随小编进一步了解下显微注射技术吧！[2]
显微注射技术概念及原理
显微注射法（Microinjection）简单来讲就是利用管尖极细的玻璃微量注射针，将外源基因片段直接注射到原核期胚或培养的细胞中，然后由宿主基因组序列可能发生的重组、缺失、复制或易位等现象而使外源基因嵌入宿主的染色体内，用以研究供体物的功能或者获得转基因动物的技术。[2-4]
显微操作系统工作站
显微注射说着是挺简单，实际上对于实验设备要求那是相当的高，必须配备一组高精密的显微操作系统才可以完成任务。既然是说显微注射嘛，那一定要在显微镜下操作的，所以首先需要配备一台倒置显微镜（图3A），还需要一款Leica（图3a）或者Eppendorf（图3b）制造的微操作器（图3B）用以连接Narishige显微注射器（图3C），当然这些精密设备一定要放置在减震台（图3D）上，这样才能在一定程度上避免震动因素给显微操作过程带来的不利影响。[2]
图3.显微操作系统工作站[2]
显微操作时需要在显微注射室中进行,首先向60×15mm培养皿（图4A）中加入一滴矿物油包裹的CZB/H培养基（图4B）,再将宿主细胞放入液滴中, 眼睛一定要紧盯着显微镜头哦，接下来就要进行“左右互搏术”啦，咱先摆好pose，左手持吸管（图4C）固定细胞,右手持配有不同规格外径的注射针（图4D）,然后开始注射外源物[2]，结果会像是图5这样，将人类精子注入卵子包浆中，虽然这个过程需要“一心二用”，小编相信只要反复练习，假以时日,小伙伴们一定会做的非常好滴~
图4.显微注射室[2]
显微注射技术应用
1、卵胞浆内单精子显微注射技术（ICSI）
概念及应用
既然说到这个卵子胞浆内精子注射，小编这里搜罗了一段关于他的小故事给大家讲讲。话说自上个世纪90年代初期，卵胞浆内单精子显微注射技术（ICSI），即第二代“试管婴儿”的出现真是轰动世界一时啊，该技术主要是在显微镜下将单一精子注射到卵子内以达到人工受精的效果，这种“包办婚姻”式的过程可以说为生殖缺陷的患者带来了巨大福音（图5）。随后此技术开始扩展到其他物种身上，包括牛、羊、马、兔、猪、小鼠等。[2,6]
图5. 人类卵子胞浆内精子注射图[3]
ICSI应用的局限性
虽然ICSI在早期可以提高受精成功率，增加转基因效率。但科学家们经大量实践发现，目前该技术仅在马上应用率较高，在应用其他一些模式动物制备上或多或少都存在一定的局限性，比如奶牛经ICSI后，受精率就特别低[2,6]，而小鼠经ICSI后，出现后期胚胎发育迟缓的问题[2,8]。此外，正常受精是需要经历精子获能、顶替反应以及精子穿过卵子外的放射冠和透明带等一系列过程的。而ICSI技术的建立是逾越了精子进入卵子的一系列程序，也就失去了卵子对精子的自然选择过程，对物种进化存在着某种潜在威胁性，再加上ICSI操作本身的非自然性，对于显微注射要求较高，在制备转基因动物特别是模式型小鼠上可能发生制备异常的情况出现[7]。相比近几年兴起的可跨越种间障碍进行基因编辑的CRISPR/Cas9技术逊色一点儿哈，有待继续升级哦!
2、胚胎干细胞（ESC）囊胚显微注射
目前，胚胎干细胞囊胚显微注射技术已趋于成熟，其主要在体外将外源基因导入经培养的胚胎干细胞中，然后将转基因的胚胎干细胞通过显微操作仪注入动物囊胚(图6：②)，此胚胎干细胞可参与宿主的胚胎构成，形成嵌合体(图6：②-③)，得到种系嵌合F0代小鼠(图6：④-⑤)，再与对应品系背景的小鼠进行杂交,直到获得我们所需要的纯合子小鼠(图6：⑥)。[9]
图6. 基于同源重组的ESC克隆产生基因组修饰小鼠[9]
3、CRISPR/Cas9技术进行基因改造小鼠
虽然显微注射是一项非常古老的技术，但随着基因组工程技术的突破性进展，特别是近年来CRISPR/Cas9技术的出现，基本消除了精确基因组修饰的物种屏障，显微注射的应用也有了长足的发展。CRISPR/Cas9技术进行基因改造小鼠的主要流程，如图7所示，收集小鼠受精卵(图7：①)，将携带目的片段的sgRNA和Cas9 mRNA通过显微注射直接注入受精卵内(图7：②)，培养过夜后转入代孕小鼠的输卵管中(图7：③-④)，随后出生的子代即可获得目的基因改造小鼠。[2] 如此的神操作下,明显降低了基因改造小鼠的制备周期，速度大大地加快了有没有！
图7. CRISPR/Cas9技术进行基因改造小鼠流程[2]
科技前沿
当然，随着科技的进步，也有科学家正在开发一种基于电脉冲CRISPR-EZ的工具，据说一个具有基本胚胎操作技能的研究生水平的研究者可以在6周内获得转基因小鼠[10]，不过目前并未进行产业化。此外，还有利用体细胞核移植（SCNT）技术进行克隆猴制备的，目前该技术领域尚未落地，还有许多问题需要解决[11]。
总结
21世纪是人工智能爆发元年，同样也是生命大健康绽放的时代，高通量纳米操作器的出现可能会进一步推动显微注射的持续发展[2]，小编相信显微注射技术在未来无疑会继续找到其独特的位置。
好了，今天小编就为大家科普到这。百奥赛图目前拥有自主开发的基于C57BL/6小鼠胚胎干细胞的基因编辑系统以及基于CRISPR/Cas9技术自主研发的EGE系统（同源重组率提高20倍），可对多种细胞系、大小鼠进行基因改造，周期短，制备效率高，欢迎感兴趣的小伙伴前来垂询！
参考文献
[1]http://www.seqchina.cn/8761.html
[2]Liu, Chengyu (EDT)/ Du, Yubin (EDT). Microinjection : Methods and Protocols (Methods in Molecular Biology). Humana Pr Inc.2018
[3]https://en.wikipedia.org/wiki/Microinjection
[4]http://protocol.everlab.net/Protocol/ProtocolBrowse/ProtocolBrowse/c86a2c9e-e69b-411e-95e0-204bba7f8655
[5]https://en.wikipedia.org/wiki/Intracytoplasmic_sperm_injection
[6]Salamone DF, Canel NG, Rodríguez MB. Intracytoplasmic sperm injection in domestic and wild mammals.Reproduction. 2017 Dec；154(6):F111-F124. doi: 10.1530/REP-17-0357. Epub 2017 Dec 1.
[7]http://www.docin.com/p-1032486023.html
[8]唐娜，王晓红，梁新新。ICSI导致小鼠胚胎雄原核H3K9甲基化异常以及胚胎发育迟缓 [J]。中华男科学杂志。2013, 19(7)
[9]Hicham Bouabe and Klaus Okkenhaug.Gene Targeting in Mice: a Review. Methods Mol Biol. Author manuscript； available in PMC 2015 Aug 5.
[10] Andrew J. Modzelewski, Sean Chen, et al. Efficient mouse genome engineering by CRISPR -EZ technology. Nature Protocols. 2018 Jun； 13(6): 1253–1274.
[11]http://www.sohu.com/a/218741408_354973
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