JP6622691B2 - 体外受精技術で使用される方法および品質管理として使用される分子系マウス胚アッセイ - Google Patents
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Description
本出願は、2013年3月14日に出願された「体外受精技術と共に使用される方法および品質管理として使用される分子系マウス胚アッセイ(A METHOD AND QUALITY CONTROL MOLECULAR BASED MOUSE EMBRYO ASSAY FOR USE WITH IN VITRO FERTILIZATION TECHNOLOGY)」という発明の名称の米国仮出願第61/783,557号の優先権を主張するものであり、その開示内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
プラスチックやガラス製品ならびに、手袋、プレート、培地、化学薬品および油などの他の消耗品の使用と同様に、配偶子および胚の培養は、生殖研究室の不可欠な部分である。IVFの場合、全ての消耗品および材料の品質管理は、胚培養にとって最適な環境を維持し、こうして、正常な胚の生理およびその後の妊娠率を保証するために重要である。従って、いくつかの実施形態は、IVF消耗品および材料の胚に対する影響または効果(例えば、潜在的毒性)を評価する方法に関する。
「トランスジェニック(遺伝子導入)」という用語は、宿主ゲノムに組み込まれたか、宿主細胞内で複製することができ、かつ1種以上の細胞産物の発現を引き起こすことができるDNAのセグメントを意味するかそれに関する。例示的な導入遺伝子は、対応する非形質転換細胞または動物に対して新規な表現型を有する宿主細胞またはそこから発生した動物を提供することができる。「トランスジェニック動物」は、その細胞の少なくとも一部において染色体外因子として存在するかその生殖細胞系DNAに安定に組み込まれた非内因性核酸配列を有する非ヒト動物、通常は哺乳類を意味する。
胚の成長、発生および/または品質に基づいて、臨床的ARTで使用される特定の製品の適合性を評価する。胚発生の定性的スコア化は、例えば、発光、強度もしくは蛍光または色などのあらゆる他の視覚的指標を評価するマーカーの定性的/定量的発現の評価に基づくことができる。いくつかの実施形態では、発現分析と共に胚の形態の評価も実施および利用することができる。
ART製品に関連する胚の影響または毒性を評価するための標準MEAアッセイよりも高レベルの感度を有する方法およびアッセイキットについても同様に本明細書に記載されている。本方法は、少なくとも多能性マーカーに作動可能に連結されたレポーター遺伝子の調節領域を有するトランスジェニック胚を含むアッセイを提供する工程を含むことができる。また、正常な胚発生を促進するかそれを生じさせることが知られている対照製品を提供することができる。対照製品は、ARTにおける試験製品の意図される使用と同じまたは同様の使用を有することができる。
ARTで使用される培地または材料の毒性および生殖不能性などのいくつかの因子は、胚の発生に影響を与える可能性がある。以下の実施例は、最適な培養条件および最適以下の培養条件下での胚の生存度を評価するためのアッセイについて記載する。多能性調節因子が蛍光顕微鏡を用いて可視化された胚を示す。発生のうち1細胞期または2細胞期からの胚発生を評価するために使用される多能性マーカーとしては、例えば、正常な胚発生を保証する役割を担うSOX2、Oct−4、Nanogならびにそれらの上流メディエーターおよび下流エフェクターが挙げられる。
図1は、初期段階のマウスの胚における多能性調節因子Oct−4の発現を示す蛍光顕微鏡写真である。最適な条件(対照)および最適以下の条件(試験)下で2細胞期の胚を生体外で培養した。約48時間後に、この胚をOct−4に特異的な抗体(赤色)で染色し、蛍光顕微鏡により評価した(Oct−4はOct−3/4ともいう)。図1からはっきり分かるように、最適な成長条件下でインキュベートした左側の胚は、均一な染色により十分に発色されている。対照的に、右側の胚盤胞は、最適以下の成長条件下でインキュベートしたものである。右側の胚の右側の細胞には、Oct−4染色の欠如が観察され、これは、最適以下の成長条件により、胚発生の初期段階であっても胚発生の遅れおよびOct−4発現の減少が生じることを実証している。
図2Aおよび図2Bは、胚盤胞期でのOct−4の発現を示す。これらの胚を生体外で96時間培養した後、DAPI(青色の核染色、左の画像)および抗Oct−4抗体(赤色、中央の画像)で染色し、蛍光顕微鏡により観察した。各図の右の画像は、DAPI画像とOct−4画像とを1つにまとめた画像を表わし、染色の重なりは紫色で示されている。図2Aには、均一なOct−4染色により実証されるように、最適な成長条件下で正常な胚発生が観察される。対照的に、図2Bの胚は、最適以下の成長条件下でインキュベートしたものである。図2Bに矢印で示されているように、これらの胚には壁のような栄養外胚葉細胞上にOct−4染色の欠如が観察される。最適以下の培養条件は、本特許請求されている技術を使用することなく形態評価の従来のMEA標準QCプロトコルを用いた場合、胚盤胞が正常であるように見え、かつ正常な速度で発生しているように見えるため、最適以下であることが明らかになったり特定可能になったりすることはない。しかし、図2Bにおいて成長の遅さが観察されることで、胚盤胞の発生は、図2Aに観察される胚発生および胚盤胞分化よりも定性的に均一性も最適さも低いことは明らかである。
図3A、図3Bおよび図3Cは、最適な条件または最適以下の条件下で成長させた胚におけるSox2の発現パターンを示す。図3A〜図3Cは、対照のマウスの胚の蛍光顕微鏡写真である。胚を生体外で胚盤胞期までインキュベートし、固定し、DAPI(青色)および抗Sox2抗体(緑色)で染色し、顕微鏡で観察した。図3Aの左側の画像は、96時間の培養後の胚のDAPI染色を示す。図3Aの中央の画像は、Sox2生存度マーカーの染色パターンを示し、右側の画像はそれらを1つにまとめた画像である。胚に観察される染色パターンは均一であり、最適な条件下での正常で健康な胚盤胞発生を証明している。均一な染色ならびに胚盤胞の明瞭な分化に留意されたい。
図4は、本技術の優れた評価または品質管理能力特徴をさらに実証している。図4は、対照のマウスの胚の蛍光顕微鏡写真を表わす。胚を生体外で胚盤胞期までインキュベートし、染色し、顕微鏡で観察した。図4の左側の画像は、96時間の培養後に、固定し、かつDAPI(青色)で染色し、顕微鏡で観察して成長を評価した胚を示す。胚において観察される染色パターンは均一であり、最適な条件下で正常で健康な胚盤胞発生を証明している。図4の中央の画像は、緑色蛍光で染色したCDX−2転写因子を有する胚を示す。図4の右側の画像は、CDX−2染色とDAPI染色とを1つにまとめた画像である。栄養外胚葉には均一な染色が認められるが、内細胞塊には認められないことに留意されたい。矢印は、染色されていない内細胞塊を示す。
多能性マーカーに連結されたレポーター遺伝子を含むトランスジェニックマウスを使用して、最適な条件および最適以下の条件下で、分子系マウス胚アッセイ(mMEA)を行った。POUタンパク質ドメイン、クラス5、転写因子1(Pou5f1、別名:Oct−4)プロモーターおよび遠位エンハンサーの制御下で高感度緑色蛍光タンパク質(EGFP)を発現するトランスジェニック雄マウス(B6、CBA−Tg(Pou5f1−EGFP)2Mnn/J、ジャクソン研究所)を使用した。
1細胞期の胚を、最適な条件および最適以下の条件下で20μLの培地ドロップ当たり3〜4個の胚群で培養した。48時間の培養後に、胚の形態を確認し、発生段階を決定し、GFPの蛍光強度の関数としてOct−4の発現レベルを評価するために、光顕微鏡(立体鏡)およびUV顕微鏡(UV光を備えた倒立顕微鏡)の両方を用いて胚発生を評価した。両方の方法により同じ胚を評価した。光学顕微鏡により決定される胚発生(図5A)は、8細胞期および8細胞期を超える胚の両方を示し、蛍光強度(図5B)により、低強度(光なし〜弱い光、0〜1)または高強度(中〜強い光、2〜3)として特徴づけた。図5Bに示すように、正常な形態を有する8細胞期の胚は、8細胞期の胚の低強度(矢印)により実証されるような低いOct−4の発現を有することがある。
1細胞期の胚を回収し、最適な条件または最適以下の条件下で20μLの培地ドロップ当たり3〜4個の胚群で培養した。48時間後に、2つの評価器により胚の各群の盲検評価を行った。すなわち1つの評価器により、光学顕微鏡(立体鏡)により胚群の形態を決定し、第2の評価器により、胚群の蛍光強度を決定した。96時間後に胚の各群について別の評価を行って、胚盤胞発生を決定した。
実施例3:異なる品質の油の存在下で胚盤胞発生を評価するために使用される分子系マウス胚アッセイ
CDX2−GFPを含むトランスジェニックマウスの胚を使用して、異なる品質の油:(1)良質な油、(2)5%の悪質な油、(3)7.5%の悪質な油、(4)10%の悪質な油および(5)15%の悪質な油の存在下で分子系マウス胚アッセイ(mMEA)を行った。上に列挙した油の品質のそれぞれについて18個の胚を試験した。これらの胚を48時間および96時間後に立体顕微鏡を用いて評価して形態学的に胚盤胞発生を評価し、かつ48時間および96時間後に蛍光顕微鏡を用いてGFPの発現を評価した。従来のMEAプロトコルを用いて、96時間後に80%以上のあらゆる胚のスコア化(拡大した胚盤胞および孵化胚盤胞)がパスすれば、試験したパラメータを利用可能であるとみなす。以下に示すように、形態学的分析のみでは、分子的発現方法ほど高感度でなく、7.5%の悪質な油について1回の偽陽性が生じた。
図8Aは、48時間後の形態評価での胚の早期の卵割発生、具体的には8細胞期未満(青色)の胚の割合および8細胞期以上(赤色)の胚の割合を示す。48時間後に同じ胚のCdx−2発現/蛍光強度も評価した。蛍光について0〜3の相対的かつ主観的な尺度(0は「蛍光なし」を意味し、1は「低い蛍光」を意味し、2は「中間の蛍光」を意味し、かつ3は「高い蛍光」を意味する)で胚を評定した。0〜1(「蛍光なし」または「低い蛍光」、青色)、2〜3(「中間の蛍光」または「高い蛍光」、赤色)として評定された発生中の胚の割合は、図8Bに示されている。
図8Cおよび図8Dは、96時間後に光学顕微鏡(図8C)および蛍光顕微鏡(図8D)により決定された胚盤胞発生(青色:初期の胚盤胞、赤色:胚盤胞、緑色:拡大した胚盤胞、紫色:孵化胚盤胞)を示す。図8Cに示すように、「良質な油」、「5%の悪質な油」および「7.5%の悪質な油」の全てが、MEAまたは形態学的分析を用いて許容されるものとみなされる80%の閾値を満たしている。10%および15%の悪質な油は、80%の閾値に届かなかった。特に96時間後の蛍光強度に関する胚盤胞の評価では、最適な条件と最適以下の条件との間で発生差が区別されない。図8Eは、48時間後に各蛍光強度を示す胚の数として示されるそれらの蛍光状態による各種処理条件下での胚の分布を示す。蛍光について0〜3(0は「蛍光なし」を意味し、1は「低い蛍光」を意味し、2は「中間の蛍光」を意味し、かつ3は「高い蛍光」を意味する)の相対的かつ主観的な尺度で胚を評定した。
以下の表1および表2は、形態評価のみを用いる場合に、7.5%の悪質な油*で偽陽性が生じたことを示している。対照的に、分子系MEAにより、48時間もの早期において最適以下の発生が特定されている。表2のデータにより示されているように、形態のみを用いた場合、7.5%の悪質な油により、80%超のカットオフ値を記録しているが、Cdx−2の発生発現は、それらの胚が7.5%の悪質な油により悪影響を受けていることを実証した。これは、視覚的形態学的分析のみの場合と比較すると、本明細書に記載されている分子系MEAにより提供されるいくつかの実施形態により感度が上昇することを示している。
a.最適以下の培地成分の決定
多能性マーカーに連結されたレポーター遺伝子を含むトランスジェニックマウスの胚を、異なる品質のヒト血清アルブミン(HSA)を含む20μLの培地ドロップでインキュベートした。これらの胚を鉱油で覆い、古典的な細胞培養条件(空気中に5%のCO2を含む湿気のある雰囲気)下、37℃でインキュベートした。48時間および96時間の培養後に、胚を形態およびGFPの発現について評価した。
Claims (26)
- 生殖補助医療(ART)のために使用される製品を評価するための方法であって、
少なくとも1種の胚の生存度マーカーの調節領域に作動可能に連結された少なくとも1種のレポーター遺伝子および/または少なくとも1種の胚の生存度マーカーの調節領域に作動可能に連結された少なくとも1種の導入遺伝子を含む、非ヒト動物由来のトランスジェニック胚を用意する工程と、
前記製品と直接物理的に接触した状態で前記胚を指定された持続期間にわたって生体外で培養する工程と、
前記胚の少なくとも1つの発生段階の間に、前記少なくとも1種のレポーター遺伝子および/または前記導入遺伝子の発現を評価する工程と、
前記評価に基づき、ARTでのその意図される使用と同様の方法で使用される前記製品の許容性または不十分性を決定する工程と、
を含む方法。 - 前記胚の少なくとも1つの発生段階の間に、前記胚の形態を評価する工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記トランスジェニック胚は、1細胞期または2細胞期の胚である、請求項1に記載の方法。
- 前記トランスジェニック胚は、哺乳類由来である、請求項1に記載の方法。
- 前記哺乳類は、マウス、ブタ、ウマ、ウシ、ヒツジまたは非ヒト霊長類である、請求項4に記載の方法。
- 前記少なくとも1種のレポーター遺伝子は、蛍光タンパク質をコードする、請求項1に記載の方法。
- 前記評価する工程は、前記蛍光タンパク質の蛍光強度を決定する工程を含む、請求項6に記載の方法。
- 前記評価する工程は、
(i)前記胚の少なくとも1つの画像を取得する工程と、
(ii)前記画像に基づき前記レポーター遺伝子の発現レベルを決定する工程と、
を含む、請求項1に記載の方法。 - 工程(ii)をコンピュータにより行う、請求項8に記載の方法。
- (iii)前記発現レベルを閾値レベルおよび/または対照レベルと比較する工程
をさらに含む、請求項8に記載の方法。 - 工程(iii)をコンピュータにより行う、請求項10に記載の方法。
- 前記評価する工程は、前記発現レベルを閾値レベルおよび/または対照レベルと比較する工程を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記評価する工程は、前記発現レベルを相対的に比較する工程を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記評価する工程は、対照条件下で培養したトランスジェニック胚における前記少なくとも1種のレポーター遺伝子の発現を比較する工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの発生段階は、1細胞期、2細胞期、4細胞期、8細胞期、桑実胚期、胚盤胞期および/または原腸形成期である、請求項1に記載の方法。
- 前記製品は、前記少なくとも1種のレポーター遺伝子の発現が、前記製品の使用により前記胚が影響を受けないことを示すのに十分である場合に許容される、請求項1に記載の方法。
- 前記製品は、針、カテーテル、マイクロツール、実験器具、注射器、組織培養皿、組織培養プレート、ピペットチップ、皿、プレート、水、水精製システム、培地、培地添加物、および配偶子、胚もしくは組織培養培地と物理的に接触する他の容器、装置または試薬からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記生存度マーカーは、Oct−4、Cdx2、Sox2およびNanogからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記蛍光タンパク質は、緑色蛍光タンパク質、赤色蛍光タンパク質、黄色蛍光タンパク質またはシアン蛍光タンパク質である、請求項6に記載の方法。
- 生殖補助医療(ART)のために使用される製品を評価するための方法であって、
少なくとも1種の胚の生存度マーカーの調節領域に作動可能に連結された少なくとも1種のレポーター遺伝子を含む、非ヒト動物由来のトランスジェニック胚を用意する工程と、
培養プロセスにおいてARTで使用することが提案されている製品を用いる工程と、
前記胚を指定された持続期間にわたって前記培養プロセスに従って生体外で培養する工程と、
指定された持続期間の少なくとも一部の間に前記培養した胚における前記少なくとも1種のレポーター遺伝子の発現を評価する工程と、
前記少なくとも1種のレポーター遺伝子の発現に基づいて、前記製品を用いることによる前記胚に対する影響を評価する工程と、
前記評価に基づき、前記製品の許容性または不十分性を決定する工程と、
を含む方法。 - 前記製品を、ARTでのその意図される使用と同様の方法で使用する、請求項20に記載の方法。
- 前記胚は、1細胞期または2細胞期の胚である、請求項20に記載の方法。
- 前記製品は、配偶子および胚培養培地、配偶子および胚操作/処理培地、輸送培地、卵母細胞を裸化するための酵素、精子を分離するための勾配試薬、凍結/ガラス化培地、解凍/加温培地、培地添加物、ピペットおよび胚操作装置、ヒトのARTプロセスで使用される実験器具ならびにARTに関わるあらゆる溶液、試薬または装置からなる群から選択される、請求項20に記載の方法。
- ヒトのARTプロセスで使用される実験器具が、遠心管、凍結保存装置、冷凍貯蔵装置、針、カテーテル、マイクロツール、注射器、組織培養皿、組織培養プレート、ピペットチップ、皿、プレート、水、水精製システム、ならびに配偶子と物理的に接触する他の容器、装置または試薬からなる群より選択される、請求項23に記載の方法。
- 前記発現を評価する工程は、ARTでの使用が提案されている前記製品を用いて培養した1つ以上の胚の発現を、前記提案されている製品を用いずに培養した1つ以上の胚の発現と比較する工程を含む、請求項20に記載の方法。
- 前記提案されている製品を用いずに培養した前記1つ以上の胚を、対照製品を用いて培養する、請求項25に記載の方法。
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