非损伤微测技术在细胞生物学研究中的应用——生殖健康方面应用

作者：旭月（北京）科技有限公司 美国扬格非损伤技术中心

摘要：本文介绍了非损伤微测技术在生殖健康研究领域的应用。

关键词：非损伤微测技术，生殖健康

近年来，环境中的生殖毒性物质对人类生殖健康的危害突显出来，严重地影响了人口素质，促使生殖健康方面的研究越来越受到重视。非损伤微测技术^[1,2]作为世界尖端水平的特异性离子分子检测技术，测量方便、快捷、三维和实时，对样品无任何伤害，在生殖健康的研究中拥有其他方法无法比拟的优势。下面简要介绍三个具体应用实例。

1 非损伤微测技术检测小鼠胚胎活力

胚胎活力是反映生育质量的重要指标。Trimarchi JR等^[3]利用非损伤微测技术检测小鼠胚胎细胞周围环境中Ca²⁺、O₂等离子分子的梯度变化，作为表征小鼠胚胎活力的指标。他们发现胚胎周围存在剧烈的Ca²⁺梯度变化，而O₂的浓度梯度变化则较为平缓。同时该研究将测试过的黑鼠胚泡移植到假孕的白鼠（white pseudopregnant female mice）体内，能以很高的概率产下健康的黑鼠后代，充分证明了非损伤微测技术对胚胎的后续发育并无影响。

图1 非损伤微测技术测量胚泡的生理学指标不会抑制胚泡后续发育。A为在单个胚泡附近测得的Ca²⁺浓度梯度谱。A中插入的小图为测量实景图，电极和胚泡的距离小于0.5微米，但电极并未接触胚泡。B为被测量后的胚泡移入假孕的白鼠体内生产的幼鼠。^[3]

2 非损伤微测技术研究小鼠胚胎细胞凋亡

异常胚胎细胞的程序性死亡是重要的生殖调控机制，能够确保产生正常的后代。Trimarchi JR等^[4]用双氧水处理小鼠受精卵，检测处理前后受精卵形态和胞外K⁺浓度的变化。结果显示细胞收缩及与之同时发生的K⁺通道外排K⁺是胚胎细胞凋亡的早期征兆，对K⁺的检测可能先于其他生理生化指标来判别细胞凋亡。

3 非损伤微测技术研究Cd²⁺对大鼠精子的毒性

环境因素导致精子质量不断下降是男性生殖健康的重要问题，毒性物质对精子的危害成为研究热点。Herak-Kramberger CM等^[5]采用非损伤微测技术研究Cd²⁺对大鼠附睾的影响，发现Cd²⁺会抑制对巴弗洛霉素敏感（bafilomycin-sensitive）的空泡型质子泵发挥功能，这可能使附睾和输精管中本应呈酸性的微管液碱化进而损害精子。

非损伤微测技术对人们认识生殖过程的各种生理机制，促进人类生殖健康具有重要意义。一些基于非损伤微测技术方法很可能发展为未来的临床检测手段。

图2 双氧水处理后受精卵细胞的收缩和K⁺外流。A为细胞收缩（点线）和胞外K⁺ 浓度梯度谱。B为K⁺ 浓度梯度随着与胚胎距离的增加而迅速衰减。^[4]

图3 输精管中Cd²⁺对H⁺流的影响。A为典型的H⁺流曲线，B为统计条形图。^[5]

参考文献

[1] Smith PJ. The non-invasive probes - tools for measuring transmembrane ion flux,Nature,1995, 378(6557):645-646

[2] Reid B, Nuccitelli R, Zhao M. Non-invasive measurement of bioelectric currents with a vibrating probe,Nat Protoc,2007,2(3):661-669

[3] Trimarchi JR, Liu L, Porterfield DM,et al. A non-invasive method for measuring preimplantation embryo physiology,Zygote,2000,8(1):15-24

[4]  Trimarchi JR, Liu L, Smith PJ,et al. Noninvasive measurement of potassium efflux as an early indicator of cell death in mouse embryos,Biol Reprod,2000,63(3):851-857

[5] Herak-Kramberger CM, Sabolić I, Blanusa M,et al. Cadmium inhibits vacuolar H⁺ATPase-mediated acidification in the rat epididymis,Biol Reprod,2000,63(2):599-606