RU2244525C2 - Method for growing normal descendants from oocytes injected with spermatozoa treated by drying with freezing - Google Patents

Method for growing normal descendants from oocytes injected with spermatozoa treated by drying with freezing Download PDF

Info

Publication number
RU2244525C2
RU2244525C2 RU2000126472/13A RU2000126472A RU2244525C2 RU 2244525 C2 RU2244525 C2 RU 2244525C2 RU 2000126472/13 A RU2000126472/13 A RU 2000126472/13A RU 2000126472 A RU2000126472 A RU 2000126472A RU 2244525 C2 RU2244525 C2 RU 2244525C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sperm
head
oocyte
spermatozoa
freeze
Prior art date
Application number
RU2000126472/13A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2000126472A (en
Inventor
Терухико ВАКАЯМА (US)
Терухико ВАКАЯМА
Рюзо ЯНАГИМАЧИ (US)
Рюзо ЯНАГИМАЧИ
Original Assignee
Юнивесити оф Гавайи
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US09/177,391 external-priority patent/US6641526B1/en
Application filed by Юнивесити оф Гавайи filed Critical Юнивесити оф Гавайи
Publication of RU2000126472A publication Critical patent/RU2000126472A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2244525C2 publication Critical patent/RU2244525C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: method involves using product containing spermatozoa treated by drying with freezing to humidity level of 1% and having injured membrane or spermatozoon head so that spermatozoon nucleus retains its genetic validity enough for fertilization. The spermatozoon heads fertilize an isolated oocyte after rehydration and microinjection being done. The retained genetic integrity is enough for fertilizing an oocyte and producing living descendants. Method involves collecting living mature spermatozoa, making spermatozoa suspension in special purpose physiological medium, freezing the spermatozoa suspension for producing frozen spermatozoa, drying the frozen spermatozoa or spermatozoa heads in vacuum to humidity level of 1%, making rehydration of spermatozoa or spermatozoa heads with injured membrane and selecting those retaining nucleus of genetic integrity. The selected spermatozoa or spermatozoa heads are used for fertilizing isolated oocytes with living descendants being produced.
EFFECT: enhanced effectiveness in producing living descendants.
39 cl, 5 dwg, 1 tbl

Description

Настоящая заявка основана на приоритетной заявке на патент США №09/177,391, поданной 23 октября 1998 г., которая в свою очередь имеет приоритет по предварительным заявкам США №60/078,925 от 20 марта 1998 г. и №60/089,938 от 19 июня 1998 г.This application is based on priority application for US patent No. 09/177,391, filed October 23, 1998, which in turn has priority over provisional applications US No. 60/078,925 of March 20, 1998 and No. 60 / 089,938 of June 19, 1998 g.

Правительство США имеет оплаченную лицензию на данное изобретение и право в ограниченных условиях потребовать от патентообладателя предоставить лицензию на разумных условиях другим лицам, как это оговорено условиями контракта №R01-HD-03402 с National Institutes of Health, Public Health Service.The US government has a paid license for this invention and the right under limited conditions to require the patent holder to grant the license under reasonable conditions to other persons, as stipulated by the terms of contract No. R01-HD-03402 with the National Institutes of Health, Public Health Service.

Настоящее изобретение относится к сушке вымораживанием сперматозоидов, оплодотворению ооцитов сперматозоидами, восстановленными после сушки вымораживанием, и развитию из них живого потомстваThe present invention relates to freeze-drying of sperm, the fertilization of oocytes with sperm, recovered after freeze-drying, and the development of living offspring from them

Успешное криосохранение спермы с использованием криопротекторов и возможность долгое время хранить замороженную сперму произвели разительный переворот как в разведении животных, так и в репродуктивной медицине человека. Было обнаружено, что криосохраненные смерматозоиды, размороженные после заморозки, часто восстанавливают свою подвижность и оплодотворяют почти так же эффективно, как и свежие сперматозоиды.Successful cryopreservation of sperm using cryoprotectants and the ability to store frozen sperm for a long time made a dramatic revolution in both animal breeding and human reproductive medicine. It was found that cryopreserved fatigue thawed after freezing often regains its mobility and fertilizes almost as efficiently as fresh sperm.

Для криосохранения сперматозоидов скота и человека обычно используют долгосрочное хранение сперматозоидов в жидком азоте (-196°С). Однако обычное сохранение спермы, в течение долгого времени стоит очень дорого, поскольку требует постоянного запаса жидкого азота. Более того, в некоторых районах земного шара затруднительно и/или дорого хранить сперматозоиды в жидком азоте; например, в развивающихся странах, где непросто достать жидкий азот (или даже сухой лед). Транспортировка сперматозоидов, замороженных обычным способом, также проблематична, так как она требует транспортировки больших емкостей для жидкого азота или использования специальных судовых контейнеров, содержащих жидкий азот или сухой лед. Поэтому было осуществлено множество попыток сохранения сперматозоидов без необходимости их хранения в жидком азоте.Long-term storage of sperm in liquid nitrogen (-196 ° C) is usually used for cryopreservation of livestock and human sperm. However, the usual conservation of sperm over time is very expensive because it requires a constant supply of liquid nitrogen. Moreover, in some parts of the world, it is difficult and / or expensive to store sperm in liquid nitrogen; for example, in developing countries where it is not easy to get liquid nitrogen (or even dry ice). Transportation of sperm cells frozen in the usual way is also problematic, as it requires the transport of large containers for liquid nitrogen or the use of special ship containers containing liquid nitrogen or dry ice. Therefore, many attempts have been made to preserve sperm without the need for their storage in liquid nitrogen.

Например, если способные к оплодотворению сперматозоиды можно было бы хранить в сублимированном (замороженно-обезвоженном) состоянии при обычных температурах или в простых холодильниках, снижение эксплуатационных и транспортных затрат могло бы быть огромным.For example, if sperm capable of fertilization could be stored in a freeze-dried (frozen-dehydrated) state at ordinary temperatures or in simple refrigerators, the reduction in operating and transportation costs could be enormous.

Считается, что первая зафиксированная попытка сублимирования (т.е. замораживания и обезвоживания) сперматозоидов была проделана в 1949 году, когда 1 миллилитр (мл) семени петуха смешали с равным объемом раствора Рингера, содержащего 20-30% глицерола, нанесли тонким слоем на дистилляционную колбу и “сублимировали”, удалив 90% воды. Когда препарат регидратировали через 2 ч после нагревания до комнатной температуры, было отмечено, что до 50% сперматозоидов сохранили подвижность. Однако до сих пор не была определена способность регидратированных сперматозоидов к оплодотворению.It is believed that the first recorded attempt to sublimate (i.e., freeze and dehydrate) spermatozoa was made in 1949, when 1 milliliter (ml) of rooster seed was mixed with an equal volume of Ringer's solution containing 20-30% glycerol, applied thinly to the distillation the flask and “sublimated” by removing 90% of the water. When the drug was rehydrated 2 hours after warming to room temperature, it was noted that up to 50% of sperm cells remained motile. However, the ability of rehydrated sperm to fertilize has not yet been determined.

Последующие попытки получения живого потомства с использованием сублимированных сперматозоидов не приносили успеха. Сообщалось, например, что после искусственного осеменения коровы сперматозоидами быка, которые были восстановлены сразу же после сублимации и показали 50-ти процентную подвижность спермиев, родился живой теленок. Также сообщалось, что было получено двенадцать выводков нормальных крольчат после осеменения с использованием сублимированных сперматозоидов. Однако, ни один из этих результатов не мог быть повторен авторами, либо дублирован и подтвержден другими специалистами, работающими в данной области.Subsequent attempts to obtain live offspring using sublimated sperm did not bring success. It was reported, for example, that after artificial insemination of a cow with bull sperm, which were restored immediately after sublimation and showed 50 percent sperm motility, a live calf was born. It was also reported that twelve broods of normal rabbits were obtained after insemination using sublimated sperm. However, none of these results could be repeated by the authors, or duplicated and confirmed by other specialists working in this field.

Из изучения свойств и фертильности нормальных и восстановленных сперматозоидов известно, что сперматозоидам не нужно быть “живыми” в обычном понимании этого слова (т.е. иметь неповрежденные плазменные мембраны) для того, чтобы поддерживать нормальное эмбриональное развитие. Например, при использовании методики инъекции спермия внутрь цитоплазмы (ИСВЦ) отбирают подвижные сперматозоиды человека. Их иммобилизируют (“убивают”) непосредственно перед инъекцией в ооцит путем энергичного удаления хвостовых частей, что приводит к нарушению плазменной мембраны. Было отмечено, что иммобилизация спермиев значительно увеличивает уровень успешности ИСВЦ оплодотворении. Также есть сообщение о том, что когда сперматозоиды мыши суспензировали в среде без какого-либо криопротектора, а затем мгновенно замораживали в жидком азоте, 100% сперматозоидов были “мертвыми”, как это определили с использованием маркировки живых/мертвых клеток, однако после микроинъекции головок размороженных сперматозоидов в ооциты происходило нормальное эмбриональное развитие. Также есть сообщение о рождении двух нормальных телят после микроинъекции в ооциты сперматозоидов, погибших при размораживании после сушки сублимацией в отсутствие каких-либо криопротекторов.From a study of the properties and fertility of normal and restored spermatozoa, it is known that spermatozoa do not need to be “alive” in the usual sense of the word (that is, have intact plasma membranes) in order to maintain normal embryonic development. For example, when using the sperm injection technique inside the cytoplasm (ISVC), human motile spermatozoa are selected. They are immobilized (“killed") immediately before injection into the oocyte by vigorously removing the tail parts, which leads to a violation of the plasma membrane. It has been noted that sperm immobilization significantly increases the success rate of IVEC fertilization. There is also a report that when mouse sperm were suspended in a medium without any cryoprotectant and then immediately frozen in liquid nitrogen, 100% of the sperm were “dead”, as determined using live / dead cell labeling, however, after microinjection of the heads thawed sperm into oocytes occurred normal embryonic development. There is also a message about the birth of two normal calves after microinjection into the oocytes of spermatozoa that died during thawing after drying by sublimation in the absence of any cryoprotectants.

Хотя известно, что высушенные вымораживанием головки сперматозоидов хомяка и человека, инъецированные в ооциты хомяка, могут образовывать внешне нормальные пронуклеусы, никогда ранее не определяли, могут ли такие головки сперматозоидов поддерживать нормальное эмбриональное развитие. Более того, было показано, что сублимирование сперматозоидов до влажности менее 30%, 7% и 0,5% приводит соответственно к потере подвижности, нарушению акросом и вытеканию энзимов. Были получены доказательства того, что клеточные белки в сперматозоидах изменяются при дегидратации ниже влажности в 6%.Although it is known that freeze-dried hamster and human sperm heads injected into hamster oocytes can form externally normal pronuclei, it has never been previously determined whether such sperm heads can support normal embryonic development. Moreover, it was shown that sublimation of spermatozoa to a moisture content of less than 30%, 7% and 0.5% leads, respectively, to loss of mobility, disruption by acrosome and leakage of enzymes. Evidence has been obtained that cell proteins in sperm change when dehydrated below a moisture content of 6%.

Ввиду перечисленного выше существует необходимость в надежном и воспроизводимом способе сублимации (сушки вымораживанием) сперматозоидов, при котором сублимированные спермии сохраняют свою способность к оплодотворению во время долгого хранения при комнатной температуре или в обычных холодильниках, либо при более низких температурах. Кроме того, необходим способ инъекции спермиев, при котором используют регидратированные после сублимации спермии для оплодотворения реципиентных ооцитов с получением в результате нормального живого потомства.In view of the above, there is a need for a reliable and reproducible method of sublimation (freeze-drying) of spermatozoa, in which sublimated sperm retain their ability to fertilize during long-term storage at room temperature or in ordinary refrigerators, or at lower temperatures. In addition, a sperm injection method is required, in which sperm rehydrated after sublimation are used to fertilize recipient oocytes resulting in normal live offspring.

Согласно изобретению предложен способ сушки вымораживанием сперматозоидов для получения по меньшей мере одного восстановленного сперматозоида, чья головка (ядро) обладает способностью оплодотворять ооцит для получения живого потомства. Способ изобретения включает стадии: (а) сбор живых сперматозоидов; (б) суспензирование сперматозоидов в суспензирующей среде; (в) замораживание суспензии сперматозоидов и (г) обезвоживание суспензии сперматозоидов до уровня влажности менее 1%, предпочтительнее менее 0,01%, еще лучше менее 0,001% и в особенности менее 0,00001%. Способ далее может включать стадию регидратации суспензии высушенных вымораживанием сперматозоидов, когда по меньшей мере одна головка регидратированного сперматозоида сохраняет свою генетическую целостность и способность к оплодотворению ооцита для получения живого потомства. Как будет рассмотрено ниже, способ может в дальнейшем включать стадию хранения высушенных вымораживанием сперматозоидов до регидратации.According to the invention, there is provided a method of freeze-drying sperm to obtain at least one recovered sperm, whose head (core) has the ability to fertilize an oocyte to produce live offspring. The method of the invention includes the steps of: (a) collecting live sperm; (b) suspension of sperm in a suspension medium; (c) freezing the sperm suspension; and (d) dewatering the sperm suspension to a moisture level of less than 1%, more preferably less than 0.01%, even better less than 0.001%, and in particular less than 0.00001%. The method further may include the step of rehydrating the freeze-dried sperm suspension, where at least one rehydrated sperm head retains its genetic integrity and the ability to fertilize an oocyte to produce live offspring. As will be discussed below, the method may further include the step of storing the freeze-dried sperm until rehydration.

Для получения живого потомства, по меньшей мере головка (ядро) регидратированного сперматозоида вводится в изолированный ооцит для образования оплодотворенного ооцита. Головку сперматозоида вводят в ооцит микроинъекцией, предпочтительно, пьезоэлектрической микроинъекцией. Предпочтительно, введение ядра происходит в течение одного часа после регидратации. Оплодотворенному ооциту затем предоставляют возможность развиться в эмбрион и имплантируют в матку суррогатной матери, где он развивается в живого потомка.To produce live offspring, at least the head (core) of the rehydrated sperm is introduced into an isolated oocyte to form a fertilized oocyte. The sperm head is introduced into the oocyte by microinjection, preferably by piezoelectric microinjection. Preferably, the introduction of the nucleus occurs within one hour after rehydration. The fertilized oocyte is then given the opportunity to develop into an embryo and implanted in the uterus of a surrogate mother, where it develops into a living offspring.

У некоторых видов (например, у большинства наземных млекопитающих, включая людей) нормальное эмбриональное развитие оплодотворенного ооцита требует также введения отцовских центросом, связанных с ядром спермия. Когда головка и хвостовая часть разделены, центросомы обычно остаются прикрепленными либо к заднему концу головки спермия, либо к переднему концу хвостовой части спермия. Так, в одной реализации изобретения связанная со спермием центросома другого сперматозоида может быть введена одновременно с головкой спермия или может быть введена путем одновременного, либо последующего введения хвостовой части спермия В качестве альтернативы введение ядра спермия и центросомы может сопровождаться введением целого регидратированного сперматозоида в ооцит.In some species (for example, in most terrestrial mammals, including humans), the normal embryonic development of a fertilized oocyte also requires the introduction of paternal centrosomes associated with the sperm nucleus. When the head and the tail are separated, the centrosomes usually remain attached either to the posterior end of the sperm head or to the front end of the tail sperm. So, in one embodiment of the invention, the sperm centrosome of another sperm can be introduced simultaneously with the sperm head, or it can be introduced by the simultaneous or subsequent introduction of the tail of the sperm. Alternatively, the introduction of the sperm nucleus and centrosome can be accompanied by the introduction of the whole rehydrated sperm into the oocyte.

Было обнаружено, что сперматозоиды, подвергнутые сушке вымораживанием по способу изобретения могут храниться, по меньшей мере, три месяца или, что более предпочтительно, по меньшей мере, в течение года при температурах, колеблющихся в пределах от обычных (т.е. комнатная температура) до температур, существующих в холодильниках (т.е. около 4°С) без потери их генетической целостности или способности к оплодотворению. Так, высушенные вымораживанием сперматозоиды могут сохранять свои "способности" во время перевозки их практически в любую точку земного шара при обычных или существующих в холодильниках температурах и также могут выносить кратковременное хранение при обычных температурах или температурах, существующих в холодильниках, в местах, где жидкий азот или сухой лед не являются легко доступными. Предпочтительно, долгосрочное (т.е. неопределенно долгое) хранение высушенных вымораживанием спермиев происходит при температурах меньше 4°С (например, - 20°С или ниже).It was found that sperm freeze-dried according to the method of the invention can be stored for at least three months or, more preferably, at least for a year at temperatures ranging from ordinary (i.e. room temperature) to temperatures existing in refrigerators (i.e., about 4 ° C) without loss of their genetic integrity or ability to fertilize. So, freeze-dried spermatozoa can retain their “abilities” during transporting them to almost anywhere in the world at ordinary or existing temperatures in refrigerators and can also endure short-term storage at ordinary temperatures or temperatures existing in refrigerators, in places where liquid nitrogen or dry ice are not readily available. Preferably, the long-term (i.e., indefinitely long) storage of freeze-dried sperm occurs at temperatures below 4 ° C (e.g., 20 ° C or lower).

Способ изобретения может быть использован для сушки вымораживанием сперматозоидов как беспозвоночных, так и позвоночных животных, включая, но, не ограничиваясь беспозвоночными, такими как морской еж, лобстер, оболочник, моллюски и тому подобное и позвоночные, такие как рыбы, амфибии, рептилии, птицы и все млекопитающие.The method of the invention can be used for freezing spermatozoa of both invertebrates and vertebrates, including, but not limited to invertebrates such as sea urchin, lobster, shell, mollusks and the like, and vertebrates such as fish, amphibians, reptiles, birds and all mammals.

В материалах данного патента содержится по меньшей мере один рисунок, выполненный в цвете. Копии данного патента с цветным рисунком могут быть предоставлены Ведомством по Патентам и Товарным Знакам в ответ на запрос и после оплаты необходимых пошлин.The materials of this patent contain at least one pattern made in color. Copies of this color-coded patent may be provided by the Patent and Trademark Office in response to a request and after payment of the required fees.

Фиг.1 является фотографией вакуумированных ампул, содержащих высушенные вымораживанием сперматозоиды. Белый порошок на дне каждой ампулы - это среда CZB, содержащая сперматозоиды.Figure 1 is a photograph of evacuated ampoules containing freeze-dried sperm. The white powder at the bottom of each ampoule is CZB medium containing sperm.

Фиг.2А является микрофотографией высушенных вымораживанием сперматозоидов мыши сразу после регидратации. Доля головок спермиев без хвостовых частей или со сломанными хвостовыми частями колеблется в зависимости от того, как аккуратно или грубо обращались с высушенными образцами во время хранения.Fig. 2A is a micrograph of a freeze-dried mouse sperm immediately after rehydration. The proportion of sperm heads without tailings or with broken tailings varies depending on how carefully or roughly the dried samples were handled during storage.

Фиг.2В является электронной микрофотографией, показывающей продольное сечение через передний конец головки нормального спермия, который не был заморожен.2B is an electron micrograph showing a longitudinal section through the front end of a normal sperm head that has not been frozen.

Фиг.2С является электронной микрофотографией, на которой показаны продольное и горизонтальное сечения через переднюю часть головки высушенного вымораживанием сперматозоида после регидратации. Плазменная мембрана (п) и содержимое акросомы (ак) потеряно, (вам) - внутренняя акросомальная мембрана, (нам) - наружная акросомальная мембрана, (н) - нуклеус.2C is an electron micrograph showing longitudinal and horizontal sections through the front of the head of a freeze-dried sperm after rehydration. The plasma membrane (p) and the contents of the acrosome (ak) are lost, (to you) - the inner acrosomal membrane, (to us) - the outer acrosomal membrane, (n) - the nucleus.

Фиг.3 является фотографией трех молодых (черных) мышей, родившихся у CD-1 (альбинос) суррогатной матери. Эти детеныши развились из ооцитов B6D2F1, инъецированных сперматозоидами B6D2F1, которые хранились при комнатной температуре в течение одного месяца после сушки вымораживанием.Figure 3 is a photograph of three young (black) mice born to a CD-1 (albino) surrogate mother. These cubs developed from B6D2F1 oocytes injected with B6D2F1 sperm that were stored at room temperature for one month after freeze-drying.

Во время обычного оплодотворения у млекопитающих оплодотворяющий сперматозоид поднимается по женскому половому тракту, проникает через оболочки ооцита и затем сливается с ооцитом. Слияние спермия с ооцитом вызывает активирование ооцита. Активированный ооцит продолжает отложенный мейоз, и хромосомы ооцита трансформируются в женский пронуклеус. Тем временем ядро спермия внутри ооцита деконденсируется для трансформации в мужской пронуклеус. Полностью развитые мужской и женский пронуклеусы сливаются, и хромосомы из этих пронуклеусов объединяются. Образовавшаяся зигота развивается в живого потомка.During routine fertilization in mammals, the fertilizing sperm rises through the female genital tract, penetrates the oocyte membrane and then merges with the oocyte. The fusion of sperm with the oocyte causes activation of the oocyte. The activated oocyte continues delayed meiosis, and the oocyte chromosomes are transformed into the female pronucleus. Meanwhile, the sperm nucleus inside the oocyte is decondensed to transform into the male pronucleus. The fully developed male and female pronuclei fuse, and the chromosomes from these pronuclei combine. The resulting zygote develops into a living descendant.

Настоящее изобретение предлагает способ сублимации (т.е. сушки вымораживанием) сперматозоидов, которые после регидратации способны оплодотворять изолированные ооциты для получения живого потомства. Высушенные вымораживанием сперматозоиды, полученные по способу изобретения, сохраняют свой генетический и репродуктивный потенциал даже тогда, когда после регидратации они неподвижны и в обычном смысле “мертвы”. Когда целый спермий или изолированные головки спермиев (т.е. головки, содержащие все компоненты, включая ядро) или лишенные мембран спермии или головки спермиев (т.е. сохранившие ядро и перинуклеарный материал, но не имеющие плазменной мембраны) согласно изобретению инъецируются непосредственно в ооциты, происходит нормальное оплодотворение и эмбриональное развитие, которое может привести к получению живого потомства. Предпочтительнее головка спермия (ядро) вводится напрямую в цитоплазму ооцита. Введение головки спермия проводится микроинъекцией, предпочтительно пьезоэлектрической микроинъекцией. Как будет рассмотрено ниже, эмбриональное развитие оплодотворенного ооцита некоторых видов может требовать одновременной или следующей сразу после этого инъекции центросомы спермия.The present invention provides a method of freeze-drying (i.e., freeze-drying) spermatozoa that, after rehydration, are able to fertilize isolated oocytes to produce live offspring. Freeze-dried sperm obtained by the method of the invention retain their genetic and reproductive potential even when, after rehydration, they are immobile and in the usual sense are “dead”. When whole sperm or isolated sperm heads (i.e. heads containing all components, including the nucleus) or lacking sperm membranes or sperm heads (i.e. retaining the core and perinuclear material but not having a plasma membrane) according to the invention are injected directly into oocytes, normal fertilization and embryonic development occurs, which can lead to live offspring. Preferably, the sperm head (nucleus) is inserted directly into the oocyte cytoplasm. The introduction of the sperm head is carried out by microinjection, preferably by piezoelectric microinjection. As will be discussed below, the embryonic development of a fertilized oocyte of some species may require simultaneous or subsequent injection of a sperm centrosome immediately after this.

Если центросома не подвергается процессу сушки вымораживанием, для введения в ооцит можно отбирать центросомы из незамороженных сперматозоидов.If the centrosome is not subjected to freeze-drying, centrosomes from unfrozen spermatozoa can be selected for insertion into the oocyte.

Далее более детально представлены отдельные стадии и подстадии способа изобретения для подготовки способных к оплодотворению высушенных вымораживанием спермиев и их использование в процедуре оплодотворения, проводимой in vitro.The following are presented in more detail the individual stages and substages of the method of the invention for the preparation of fertilizable freeze-dried sperm and their use in the in vitro fertilization procedure.

Подготовка сперматозоидовSperm preparation

Для того чтобы обеспечить как можно большему числу высушенных вымораживанием спермиев сохранение их генетической целостности в процессе сушки вымораживанием, в способе изобретения предпочтительно использовать физиологически зрелые сперматозоиды. В зрелых сперматозоидах ДНК связана с основными белками, которые называются протаминами. У млекопитающих протамины многократно прошиты дисульфидными связями. Это стабилизирует ядра спермиев и делает их очень устойчивыми к физическому и химическому разрушению. Прошивка ядерных протаминов происходит в основном во время движения сперматозоидов через эпидидимис. Таким образом, сперматозоиды млекопитающих в эпидидимисе и эякуляте (семени) в основном физиологически более зрелые, чем внутри яичек, и предпочтительнее для способа изобретения, по крайней мере, в случае млекопитающих.In order to ensure as many freeze-dried sperm as possible maintain their genetic integrity during freeze-drying, it is preferable to use physiologically mature spermatozoa in the method of the invention. In mature spermatozoa, DNA is bound to major proteins called protamines. In mammals, protamines are repeatedly stitched with disulfide bonds. This stabilizes sperm nuclei and makes them very resistant to physical and chemical destruction. Nuclear protamine flashing occurs mainly during sperm movement through the epididymis. Thus, the mammalian sperm in the epididymis and ejaculate (seed) are generally physiologically more mature than inside the testes, and is preferred for the method of the invention, at least in the case of mammals.

Зрелые сперматозоиды беспозвоночных и позвоночных собирают способами, хорошо известными специалистам. Например, зрелые сперматозоиды грызунов, таких как мышь, золотой (Сирийский) хомяк, морская свинка, кролик и тому подобное, могут быть собраны из хвостовых эпидидимисов; тогда как у других видов, таких как люди, свиньи, лошади, быки, козлы, петухи и тому подобное, зрелые сперматозоиды можно выделить из свежего эякулированного семени плодовитых самцов. Сперматозоиды рыб (например, мечехвоста, Xiphophorus helleri) и беспозвоночных, таких как морские ежи (Tripneustes gratilla) можно отбирать из яичек зрелых самцов.Mature spermatozoa of invertebrates and vertebrates are harvested by methods well known in the art. For example, mature sperm of rodents, such as a mouse, a golden (Syrian) hamster, guinea pig, rabbit and the like, can be collected from caudal epididymes; while in other species, such as humans, pigs, horses, bulls, goats, roosters, and the like, mature sperm can be isolated from fresh ejaculated seed from prolific males. Sperm from fish (such as the horseshoe crab, Xiphophorus helleri) and invertebrates such as sea urchins (Tripneustes gratilla) can be selected from the testicles of mature males.

В качестве примера ниже описан способ получения сперматозоидов из каудального эпидидимиса. Каудальный эпидидимис берут у половозрелого самца мыши (приблизительно через 8 недель после рождения или старше). Кровь и жировую ткань убирают с поверхности хвостового эпидидимиса. Затем его сдавливают для высвобождения плотной массы сперматозоидов. Каплю (около 2 мкл) массы спермы помещают на дно полипропиленовой пробирки для центрифугирования с объемом 1,5 мл и сверху помещают 0,5 мл теплой физиологической среды (например, среды CZB, физраствора с фосфатным буфером, или изотонического физраствора). По истечении 10-20 мин при 37°С подвижные сперматозоиды могут быть отобраны из надосадочной жидкости.As an example, a method for producing spermatozoa from caudal epididymis is described below. Caudal epididymis is taken from a sexually mature male mouse (approximately 8 weeks after birth or older). Blood and adipose tissue are removed from the surface of the caudal epididymis. Then it is squeezed to release a dense mass of sperm. A drop (about 2 μl) of sperm mass is placed on the bottom of a centrifuged polypropylene tube with a volume of 1.5 ml and 0.5 ml of warm physiological medium (for example, CZB medium, saline with phosphate buffer, or isotonic saline) is placed on top. After 10-20 minutes at 37 ° C, motile spermatozoa can be taken from the supernatant.

Далее следует пример получения сперматозоидов из семени. Свеже эякулированной человеческой сперме позволяют перейти в жидкое состояние в течение 30 мин при комнатной температуре (около 25°С). Затем семя разбавляют примерно 10 мл физиологического раствора и фильтруют через два слоя фильтровальной бумаги для удаления примесей. Фильтрат затем можно отцентрифугировать при 400×g в течение 10 минут, а осажденные сперматозоиды повторно суспензировать в физиологическом растворе до желаемой концентрации для процесса сушки вымораживанием.The following is an example of obtaining sperm from a seed. Freshly ejaculated human sperm is allowed to go into a liquid state for 30 minutes at room temperature (about 25 ° C). Then the seed is diluted with approximately 10 ml of physiological saline and filtered through two layers of filter paper to remove impurities. The filtrate can then be centrifuged at 400 × g for 10 minutes, and the precipitated spermatozoa re-suspended in saline to the desired concentration for the freeze-drying process.

Далее следует пример способа получения сперматозоидов из мужских половых желез. Удаленные железы помещают в эритроцит-лизирующий буфер (т.е. 155 мМ NH4Cl, 10 мМ KHCO4, 2 мМ ЭДТК, рН 7.2-7.4), измельчают острыми ножницами и фильтруют через два слоя фильтровальной бумаги для удаления примесей. Затем фильтрат центрифугируют (например, 700×g, 5 минут) и осадок повторно суспензируют в физиологическом растворе до желаемой концентрации в процессе подготовки к процессу сушки вымораживанием.The following is an example of a method for producing sperm from the male sex glands. The removed glands are placed in an erythrocyte-lysing buffer (i.e. 155 mM NH 4 Cl, 10 mM KHCO 4 , 2 mM EDTA, pH 7.2-7.4), ground with sharp scissors and filtered through two layers of filter paper to remove impurities. Then, the filtrate is centrifuged (for example, 700 × g, 5 minutes) and the precipitate is re-suspended in physiological saline to the desired concentration in preparation for freeze-drying.

Вне зависимости от использованного способа подготовки сперматозоидов более 50% восстановленных сперматозоидов должны быть подвижными.Regardless of the sperm preparation method used, more than 50% of recovered sperm must be motile.

Восстановленные таким образом сперматозоиды суспензируют в физиологической среде, описанной ниже, для подготовки к процессу сушки вымораживанием. Альтернативно до начала сушки вымораживанием сперматозоиды могут быть подвергнуты дальнейшей обработке для получения лишенных мембран головок сперматозоидовThus restored sperm are suspended in a physiological environment, described below, to prepare for the freeze-drying process. Alternatively, sperm can be further processed before freeze drying begins to produce membrane-free sperm heads

Приготовление лишенных мембран головок сперматозоидовPreparation of membrane-free sperm heads

Лишенные мембран головки сперматозоидов являются экстрагированными детергентом головками, которые лишены всех мембран, включая плазменную мембрану и внутреннюю и наружную акросомальные мембраны, но сохранившие ядерный и перинуклеарный материал. Например, головки сперматозоидов могут быть лишены мембран обработкой Тритоном Х-100 с или без ДСН (додецил сульфат натрия). Тритон Х-100 является хорошо известным неионным поверхностно-активным веществом, который широко используется для удаления мембранных компонентов в условиях без денатурации. ДСН является анионным детергентом, используемым для растворения различных белков, включая белки мембран. Было показано, что у мыши головки спермиев, лишенные мембран Тритоном Х-100, способны активировать ооциты, что приводит к нормальному эмбриональному развитию.Membrane-free sperm heads are detergent-extracted heads that are devoid of all membranes, including the plasma membrane and the inner and outer acrosomal membranes, but retaining nuclear and perinuclear material. For example, sperm heads may be deprived of membranes by treatment with Triton X-100 with or without SDS (sodium dodecyl sulfate). Triton X-100 is a well-known non-ionic surfactant that is widely used to remove membrane components under conditions without denaturation. SDS is an anionic detergent used to dissolve various proteins, including membrane proteins. It was shown that in mice, sperm heads lacking membranes with Triton X-100 are able to activate oocytes, which leads to normal embryonic development.

Далее приводится типичный способ удаления мембран головок спермиев, Кратные суспензии спермиев, подготовленные, как описано выше, подвергают действию звука. Например, сперматозоиды, отобранные из каудального эпидидимиса, половых желез или спермы, как описано выше, можно суспензировать в 5 мл БМ буфера (75 мМ NaCl, 24 мМ ЭДТК и 50 мМ Трис-HCl, рН 7.2) и подвергнуть действию звука в течение 30 секунд на 70%-80% мощности прибора Biosonic sonicator фирмы (Bronwill Scientific, Rochester, NY). Более 95% сперматозоидов обезглавливается при такой обработке. Для удаления мембран головок сперматозоидов суспензию спермиев после звукового воздействия центрифугируют в течение 5 мин при 700 g, и осадок промывают БМ буфером, а затем при комнатной температуре обрабатывают 1% Тритоном Х-100 в среде НИМ (среда НИМ состоит из 123 мМ КСl, 2.6 мМ NaCl, 7.8 мМ NaH2PO4, 1.4 мМ KH2PO4, 3 мМ Na2ЭДTK, с рН 7.2) Затем головки тщательно промывают средой НИМ и повторно суспензируют в процессе подготовки к процессу сушки вымораживанием.The following is a typical method for removing sperm head membranes. Multiple sperm suspensions prepared as described above are exposed to sound. For example, spermatozoa taken from caudal epididymis, gonads, or sperm, as described above, can be suspended in 5 ml of BM buffer (75 mM NaCl, 24 mM EDTA and 50 mM Tris-HCl, pH 7.2) and exposed to sound for 30 seconds at 70% -80% of the power of the device Biosonic sonicator company (Bronwill Scientific, Rochester, NY). Over 95% of sperm are beheaded during this treatment. To remove sperm head membranes, the sperm suspension after sound exposure is centrifuged for 5 min at 700 g, and the precipitate is washed with BM buffer, and then treated with 1% Triton X-100 in BAT medium at room temperature (BAT medium consists of 123 mM KCl, 2.6 mM NaCl, 7.8 mM NaH 2 PO 4 , 1.4 mM KH 2 PO 4 , 3 mM Na 2 EDTK, pH 7.2) Then the heads are thoroughly washed with BAT and re-suspended in preparation for freeze-drying.

Суспензионная среда для сперматозоидовSperm Suspension Medium

В процессе подготовки к сушке вымораживанием сперматозоиды (или лишенные мембран головки сперматозоидов) суспензируют в физиологическом растворе, который достаточен для поддержания в нормальных условиях целостности, по меньшей мере, ядер сперматозоидов. Раствор должен быть сбалансированным солевым раствором, имеющим, по меньшей мере, подходящее осмотическое давление и рН. Не существует единой среды, которая могла бы поддерживать выживание сперматозоидов всех видов животных. Например, подходящим раствором для сперматозоидов морского ежа является морская вода, имеющая осмотическое давление около 1,000 милли-осмолей и значение рН примерно 8.2. Морская вода, однако, мгновенно убьет сперматозоиды млекопитающих. Сперматозоиды млекопитающих требуют раствора с осмотическим давлением около 300 милли-осмолей и рН 7.0-7.6. Такой раствор, однако, убьет сперматозоиды морского ежа.In preparation for freeze-drying, sperm (or membrane-free sperm heads) are suspended in physiological saline, which is sufficient to maintain at least sperm nuclei integrity under normal conditions. The solution should be a balanced saline solution having at least a suitable osmotic pressure and pH. There is no single environment that could support the survival of sperm of all animal species. For example, a suitable solution for sperm of a sea urchin is seawater, having an osmotic pressure of about 1,000 milli-osmol and a pH of about 8.2. Sea water, however, will instantly kill mammalian sperm. Mammal sperm require a solution with an osmotic pressure of about 300 milli-osmol and a pH of 7.0-7.6. Such a solution, however, will kill the sperm of the sea urchin.

С учетом вышесказанного среда для суспензирования сперматозоидов должна быть выбрана согласно интересующему виду, принимая во внимание критерии, хорошо известные специалистам. Такой выбор можно сделать без проведения экспериментов. Поскольку для успешного оплодотворения ооцитов инъекцией сперматозоиды не обязательно должны быть с целыми мембранами (они могут быть “мертвыми”), не существует жестких требований к криопротекторам, таким как глицерол или тому подобное, в среде для суспензии.In view of the foregoing, a sperm suspension medium should be selected according to the species of interest, taking into account criteria well known to those skilled in the art. Such a choice can be made without experimentation. Since sperm cells do not have to be whole membranes (they can be “dead”) to successfully fertilize oocytes by injection, there are no strict requirements for cryoprotectants, such as glycerol or the like, in suspension medium.

УпаковкаPackaging

Суспензию спермиев можно поместить во множество различных контейнеров, включая, но не ограничиваясь стеклянными ампулами, пластиковыми криотрубочками (криопузырьками) с завинчивающимися крышками, либо суспензию можно поместить в пластиковые соломинки, которые после процесса сушки вымораживанием могут быть запечатаны порошковым герметиком, запаяны или закрыты нейлоновыми пробками. Объем суспензии сперматозоидов в каждой емкости не важен. Обычно объем примерно в 50-100 мкл помещают в 2 мл ампулу.Sperm suspension can be placed in many different containers, including, but not limited to glass ampoules, plastic cryotubules (cryobubbles) with screw caps, or the suspension can be placed in plastic straws that can be sealed with powder sealant after freeze-drying, sealed or closed with nylon caps . The volume of the sperm suspension in each reservoir is not important. Typically, a volume of about 50-100 μl is placed in a 2 ml ampoule.

Сушка вымораживанием спермы.Freeze-dried sperm.

Суспензию сперматозодов можно заморозить быстро или медленно хорошо известными способами. Например, суспензию можно заморозить в парах жидкого азота или в воздухе механического (электрического) холодильника способами, хорошо известными специалистам. Охлаждение и замораживание может проводиться в ручном статическом или стадийном режиме, либо в электронной автоматизированной и программируемой системе, подающей жидкий азот. Можно использовать различные скорости замораживания (например, 1°С-25°С/мин). Например, стадию замораживания можно проводить со скоростью до -196°С в течение 10 минут.The sperm suspension can be frozen quickly or slowly by well-known methods. For example, the suspension can be frozen in liquid nitrogen vapor or in the air of a mechanical (electrical) refrigerator by methods well known in the art. Cooling and freezing can be carried out in manual static or staged mode, or in an electronic automated and programmable system that supplies liquid nitrogen. Various freezing rates can be used (e.g. 1 ° C-25 ° C / min). For example, the freezing step can be carried out at a rate of -196 ° C for 10 minutes.

Для успешного замораживания суспензии в соломинках, ампулах или криотрубочках на пару можно использовать различные варианты. Металлический контейнер (канистра) с сигароподобными трубочками или другие держатели с соломинками, или держатели, или стойки с ампулами, или криотрубочками могут быть помещены прямо в пары жидкого азота с использованием жидкоазотного холодильника.To successfully freeze the suspension in straws, ampoules or cryotubes for a couple, you can use various options. A metal container (canister) with cigar-like tubes or other holders with straws, or holders, or racks with ampoules, or cryotubes can be placed directly in pairs of liquid nitrogen using a liquid nitrogen refrigerator.

Высушивание замороженной суспензии спермиев в вакууме может быть осуществлено с помощью множества различных систем, известных специалистам. Например, известен аппарат модели VirTis 10-020 фирмы (VirTis Co., Gardiner, NY). Суспензию высушивают до уровня влажности менее 1%. Однако, предпочтительнее, чтобы уровень влажности был менее 0,01%, еще лучше менее 0,001% и особенно хорошо - менее 0,00001%. Контейнер с высушенными вымораживанием сперматозоидами предпочтительно упаковывают под вакуумом или в присутствии инертного газа, такого как азот или аргон.Drying a frozen sperm suspension in vacuo can be accomplished using a variety of different systems known to those skilled in the art. For example, the apparatus of the model VirTis 10-020 of the company (VirTis Co., Gardiner, NY) is known. The suspension is dried to a moisture level of less than 1%. However, it is preferable that the moisture level is less than 0.01%, even better less than 0.001%, and especially good less than 0.00001%. The freeze-dried sperm container is preferably packaged under vacuum or in the presence of an inert gas such as nitrogen or argon.

ХранениеStorage

Контейнеры с высушенными вымораживанием сперматозоидами предпочтительнее хранить в темноте или завернутыми в алюминиевую фольгу или другим подобным образом. В случае долгосрочного хранения предпочтительно хранить контейнеры при температуре -20° или ниже. Предполагается, что аналогично высушенным вымораживанием бактериям, грибам и тому подобному, высушенные вымораживанием ядра спермиев при данных условиях хранения полностью сохранят свою генетическую целостность. Однако, некоторое время, превышающее три месяца, контейнеры можно хранить и при обычных температурах (т.е. комнатной температуре) или температурах обычных холодильников (около 4°С) без ухудшения способности высушенных вымораживанием ядер спермиев оплодотворять ооциты. Следовательно, высушенные вымораживанием спермии можно перевозить без необходимости создания особых условий или использования громоздких контейнеров.Containers with freeze-dried sperm are preferably stored in the dark or wrapped in aluminum foil or the like. For long-term storage, it is preferable to store containers at -20 ° C or lower. It is assumed that, similarly to freeze-dried bacteria, fungi, and the like, freeze-dried sperm nuclei under these storage conditions will fully retain their genetic integrity. However, for some time longer than three months, containers can be stored at ordinary temperatures (i.e. room temperature) or at temperatures of ordinary refrigerators (about 4 ° C) without impairing the ability of freeze-dried sperm nuclei to fertilize oocytes. Therefore, freeze-dried sperm can be transported without the need for special conditions or the use of bulky containers.

Регидратация сублимированной спермыSublimated Sperm Rehydration

Препараты высушенных вымораживанием спермиев предпочтительнее регидратировать чистой водой, объем которой равен начальному объему суспензии спермиев до высушивания вымораживанием. После регидратации для разбавления можно использовать любой физиологический солевой раствор, такой как 0,9% физраствор или среда CZB (см. ниже). Объем разбавителя не нормируется.It is preferable to rehydrate preparations of freeze-dried sperm with pure water, the volume of which is equal to the initial volume of the suspension of sperm before drying by freezing. After rehydration, any physiological saline solution, such as 0.9% saline or CZB medium (see below), can be used for dilution. The volume of diluent is not standardized.

Концентрация сперматозоидов в окончательной регидратированной среде должна быть достаточной для обеспечения восстановления отдельных спермиев или отдельных головок спермиев с целью инъекции спермиев в ооциты, как это будет описано ниже.The concentration of sperm in the final rehydrated medium should be sufficient to allow recovery of individual sperm or individual sperm heads for injection of sperm into oocytes, as described below.

Оказалось, что количество случаев активации ооцитов и нормального оплодотворения, следующих за инъекцией головки спермия, снижается с увеличением времени после регидратации спермиев. Допустимый промежуток времени между регидратацией и инъекцией у разных видов можно варьировать; однако, в качестве примера, для сперматозоидов мыши этот промежуток предпочтительно равен одному часу или еще меньше.It turned out that the number of cases of oocyte activation and normal fertilization following sperm head injection decreases with increasing time after sperm rehydration. The permissible time interval between rehydration and injection in different species can vary; however, as an example, for mouse sperm, this gap is preferably one hour or less.

Микроскопическое исследование спематозоидов, регидратированных после сушки сублимациейMicroscopic examination of spermatozoa rehydrated after freeze-drying

Высушенные вымораживанием сперматозоиды неподвижны. Жизнеспособность сперматозоидов может быть определена с использованием любого метода окрашивания, который позволяет различить сперматозоиды, которые в обычном смысле являются живыми и мертвыми. Подходящий тест-прибор на жизнеспособность, который легко можно купить для использования в изобретении это Live/dead FertiLight, фирмы Molecular Probes, Eugene, Oregon, который позволяет отличать клетки с ненарушенными плазменными мембранами (живые) от клеток с поврежденными плазменными мембранами (мертвые) по характеру флюоресценции под УФ микроскопом после окрашивания йодидом пропидиума/SYBR 14. Ядра “живых” сперматозоидов с ненарушенной плазменной мембраной флуоресцируют зеленым, тогда как таковые “мертвых” сперматозоидов флуоресцируют ярко оранжево-красным. Ожидается, что все исследованные сперматозоиды будут “мертвыми” в обычном смысле.Freeze-dried sperm are immobile. Sperm viability can be determined using any staining method that distinguishes sperm that are normally dead and alive. A suitable viability test device that can easily be purchased for use in the invention is Live / dead FertiLight, Molecular Probes, Eugene, Oregon, which allows to distinguish cells with undisturbed plasma membranes (living) from cells with damaged plasma membranes (dead) by the nature of the fluorescence under a UV microscope after staining with propidium iodide / SYBR 14. The nuclei of “living” spermatozoa with undisturbed plasma membranes fluoresce green, while those of “dead” sperm fluoresce brightly orange nym. It is expected that all studied sperm cells will be “dead” in the usual sense.

Фиг.2А является микрофотографией типичного высушенного вымораживанием сперматозоида мыши сразу после регидратации. Головки и хвостовые части некоторых сперматозоидов разделены. Доля сперматозоидов со сломанными хвостовыми частями или без хвостовых частей может варьировать в зависимости от того, как осторожно или грубо обращались с образцами во время хранения. Сперматозоиды с хвостовыми частями или без них использовались в процедуре инъекции, описанной ниже.Fig. 2A is a micrograph of a typical freeze-dried mouse sperm immediately after rehydration. The heads and tails of some sperm cells are separated. The proportion of spermatozoa with broken tail parts or without tail parts may vary depending on how carefully or roughly treated the samples during storage. Spermatozoa with or without tail sections were used in the injection procedure described below.

Различия между свежим (не высушенным вымораживанием) сперматозоидом и высушенным вымораживанием и регидратированным по способу изобретения сперматозоидом показаны на фиг.2В и 2С соответственно. Каждая из этих фигур представляет широтное поперечное сечение через переднюю часть головки спермия. Хотя высушенный вымораживанием регидратированный спермий сохранил ядро (я), часть наружной акросомальной мембраны (нам) и часть внутренней акросомальной мембраны (вам), как плазменная мембрана (пм), так и содержимое акросомы (а) отсутствуют.The differences between the fresh (not freeze-dried) sperm and the freeze-dried and sperm rehydrated by the method of the invention are shown in FIGS. 2B and 2C, respectively. Each of these figures represents a latitudinal cross section through the front of the sperm head. Although freeze-dried rehydrated sperm retained the core (s), part of the outer acrosomal membrane (us) and part of the inner acrosomal membrane (you), both the plasma membrane (pm) and the contents of the acrosome (a) are missing.

Ооциты-реципиентыRecipient Oocytes

Ооциты-реципиенты можно получить, например, вызывая у животного овуляцию или сверховуляцию действием инъекций гонадотропных гормонов (например, последовательным назначением лошадиного и человеческого хориональных гонадотропинов) и отбирая хирургическим путем яйцеклетки из яйцевода вскоре после ожидаемого времени овуляции (например, спустя 13-15 часов после инъекции человеческого хорионального гонадотропина мыши). В качестве альтернативы ооциты можно отбирать из яичников и культивировать в среде до их созревания, как это известно специалистам. Примером предпочтительной среды для культивации является видоизмененная среда Игла (ВСИ), усиленная альбумином сыворотки быка (АСБ), описанная у Downs, S.M. and A.M. Mastropolo, Develop. Biol. 162: 154-168, 1994 для ооцитов мыши.Recipient oocytes can be obtained, for example, by inducing ovulation or ovulation in an animal by injection of gonadotropin hormones (for example, by sequential administration of equine and human chorionic gonadotropins) and surgically removing eggs from the oviduct shortly after the expected ovulation time (for example, 13-15 hours after injection of human chorionic gonadotropin mouse). Alternatively, oocytes can be taken from the ovaries and cultured in a medium until they mature, as is known to those skilled in the art. An example of a preferred culture medium is a modified Eagle's medium (BCI) enhanced with bovine serum albumin (ASB), described by Downs, S.M. and A.M. Mastropolo, Develop. Biol. 162: 154-168, 1994 for mouse oocytes.

Компоненты спермы, необходимые для успешного оплодотворения in vitroSperm components necessary for successful in vitro fertilization

Известно, что у мыши нормального оплодотворения можно достичь, инъецируя изолированные головки спермиев в ооциты и что плазма и акросомальные мембраны и все компоненты хвоста не существенны для нормального эмбрионального развития. Мышь и, возможно, наиболее обычные лабораторные грызуны являются “исключениями” в том, что им для нормального оплодотворения не требуется центросома спермия, и во время обычного оплодотворения центросома спермия в шейке сперматозоида после оплодотворения обречена на дегенерацию внутри ооцита.It is known that normal fertilization can be achieved in mice by injecting isolated sperm heads into oocytes and that plasma and acrosomal membranes and all tail components are not essential for normal embryonic development. The mouse and perhaps the most common laboratory rodents are “exceptions” in that they do not require a centrosome of sperm for normal fertilization, and during normal fertilization of the centrosome, the sperm in the sperm neck after fertilization is doomed to degenerate inside the oocyte.

В противоположность этому, у большинства наземных млекопитающих, включая скот и человека, центросома спермия играет центральную роль в образовании микротрубочек, которые необходимы для объединения мужского и женского пронуклеусов, также как и для последующего дробления во время эмбрионального развития. Таким образом, у этих видов введение как ядра спермия (головки), так и центросомы в ооцит оказалось необходимым для получения нормального потомства. В настоящее время неизвестно, у всех ли видов центросомы спермиев могут выдержать сушку вымораживанием. Если нет, то для гарантии нормального эмбрионального развития центросома незамороженного спермия должна быть инъецирована в ооцит совместно с высушенной вымораживанием головкой спермия. Введение большего числа центросом, однако, приведет к ненормальному развитию пронуклеусов и ненормальному эмбриональному развитию.In contrast, in most terrestrial mammals, including livestock and humans, the sperm centrosome plays a central role in the formation of microtubules, which are necessary for the union of male and female pronuclei, as well as for subsequent fragmentation during embryonic development. Thus, in these species, the introduction of both the sperm nucleus (head) and the centrosome into the oocyte was necessary to obtain normal offspring. It is currently unknown whether sperm centrosomes in all species can survive freeze-drying. If not, then to guarantee the normal embryonic development of the centrosome, unfrozen sperm should be injected into the oocyte together with a freeze-dried sperm head. The introduction of a larger number of centrosomes, however, will lead to abnormal development of pronuclei and abnormal embryonic development.

Когда головка и хвостовая часть разделены, центросома обычно остается прикрепленной либо к заднему концу головки спермия, либо к переднему концу хвостовой части спермия. Поэтому центросома спермия может быть введена в ооцит одновременно с головкой спермия, или может быть введена путем одновременного или последующего введения хвостовой части спермия. В качестве альтернативы введение ядра спермия и центросомы может сопровождаться введением целого регидратированного сперматозоида в ооцит.When the head and tail are separated, the centrosome usually remains attached either to the posterior end of the sperm head or to the front end of the sperm tail. Therefore, the centrosome sperm can be introduced into the oocyte simultaneously with the sperm head, or it can be introduced by simultaneous or subsequent administration of the tail of the sperm. Alternatively, the introduction of the sperm nucleus and centrosome may be accompanied by the introduction of a whole rehydrated sperm into the oocyte.

Введение ядра сперматозоида в ооцит-реципиентIntroduction of the sperm nucleus into the recipient oocyte

В цитоплазму ооцита реципиента можно ввести целый сперматозоид, но для тех видов, у которых сперматозоиды крупные, предпочтительно прямо в цитоплазму техникой микроинъекции вводится изолированная головка (ядро) спермия. В предпочтительном методе микроинъекции регидратированной головки спермия или регидратированных лишенных мембран головок спермиев в ооцит-реципиент используется пьезоэлектрическая микропипетка.A whole sperm can be introduced into the recipient’s oocyte cytoplasm, but for those species in which the sperm are large, it is preferable to directly insert the sperm into the cytoplasm using the microinjection technique. In a preferred method for microinjection of a rehydrated sperm head or rehydrated membrane-free sperm head into a recipient oocyte, a piezoelectric micropipette is used.

Подходящий пьезоэлектрически управляемый прибор продается под названием Piezo Micromanipulator/Piezo Impact Drive Unit фирмой Prime Tech Ltd. (Tsukuba, Ibaraki-ken, Japan). В приборе используется пьезоэлектрический эффект для очень быстрого контролируемого продвижения держателя (инъекционной) пипетки на очень небольшое расстояние (приблизительно 0.5 микрометров). Интенсивность и продолжительность каждого импульса можно варьировать и регулировать с помощью пульта управления.A suitable piezoelectric controlled instrument is sold under the name Piezo Micromanipulator / Piezo Impact Drive Unit by Prime Tech Ltd. (Tsukuba, Ibaraki-ken, Japan). The device uses a piezoelectric effect for very fast, controlled advancement of the holder (injection) pipette over a very short distance (approximately 0.5 micrometers). The intensity and duration of each pulse can be varied and adjusted using the remote control.

Для инъекции в ооцит отдельный сперматозоид засасывается хвостовой частью вперед в инъекционную пипетку с коротким плоским кончиком, внутренний диаметр которого около 5 микрометров, помещенную в пьезоэлектрически управляемый прибор в соответствии с инструкциями изготовителя. Головка спермия отделяется от хвостовой части приложением одного или нескольких пьезоимпульсов в районе шейки. Затем головку засасывают внутрь пипетки.For injection into an oocyte, a separate sperm is aspirated with the tail part forward into an injection pipette with a short flat tip, the inner diameter of which is about 5 micrometers, placed in a piezoelectric controlled device in accordance with the manufacturer's instructions. The sperm head is separated from the tail by the application of one or more piezoelectric pulses in the neck region. Then the head is sucked into the pipette.

Во время инъекции головки (ядра) спермия ооцит удерживают подходящей удерживающей пипеткой. Кончик инъекционной пипетки, содержащий выбранную головку спермия, приводят в тесный контакт с зоной пеллюцида ооцита и для продвижения пипетки прикладывают несколько пьезоимпульсов (используя пульт управления, устанавливают интенсивность по шкале 1-5, скорость 4-6), одновременно создавая небольшое отрицательное давление внутри. Когда кончик пипетки проходит зону пеллюцида, получившуюся пробочку зоны выталкивают в перивителлиновое пространство, и головка спермия проталкивается вперед до тех пор, пока она не окажется вблизи кончика пипетки. Кончик пипетки затем прикладывают к плазменной мембране и продвигают вперед (по направлению к противоположной стороне ооцита), и удерживающая пипетка почти достигает противоположной стороны кортекса ооцита. Теперь плазменная мембрана глубоко вогнута вокруг кончика инъекционной иглы. При приложении одного или двух пьезоимпульсов (интенсивностью 1-2, скоростью 1), оолемма на кончике пипетки прорывается, на что указывает четко видное быстрое расслабление оолеммы. Головка спермия затем выталкивается в ооплазму с минимальным количеством (около 6 пиколитров) сопровождающей среды. Затем пипетку осторожно вынимают, оставляя вновь введенную головку внутри цитоплазмы ооцита. Эту операцию проводят быстро, обычно на группе из 10-15 ооцитов, которые все это время содержатся в условиях культуры.During injection of the sperm head (nucleus), the oocyte is held with a suitable retention pipette. The tip of the injection pipette containing the selected sperm head is brought into close contact with the oocyte pellucide zone and several piezo pulses are applied to advance the pipette (using the control panel, set the intensity on a scale of 1-5, speed 4-6), while creating a small negative pressure inside. When the tip of the pipette passes the zone of the pellucide, the resulting cork of the zone is pushed into the perivitelline space, and the sperm head is pushed forward until it is near the tip of the pipette. The tip of the pipette is then applied to the plasma membrane and pushed forward (towards the opposite side of the oocyte), and the retention pipette almost reaches the opposite side of the oocyte cortex. Now the plasma membrane is deeply concave around the tip of the injection needle. When one or two piezoelectric pulses are applied (intensity 1–2, speed 1), the olemma at the tip of the pipette breaks, as indicated by the clearly visible rapid relaxation of the olemma. The sperm head is then pushed into the ooplasm with a minimal amount (about 6 picoliters) of the accompanying medium. Then, the pipette is carefully removed, leaving the newly introduced head inside the oocyte cytoplasm. This operation is carried out quickly, usually on a group of 10-15 oocytes that have been kept under culture conditions all this time.

Альтернативно микроинъекционным вариантам для инъекции головок спермиев можно использовать обычные инъекционные пипетки. Пример подходящего микроинъекционого способа с использованием обычной пипетки для инъекции головки спермия в ооцит хомяка описан у Yanagida, К., Yanagimachi, R., Perreault, S.D. and R.G. Kleinfeld, Biology of reproduction 44, 440-447 (1991), описание которого, относящееся к таковому способу, включено в ссылки.Alternative microinjection options for the injection of sperm heads can use conventional injection pipettes. An example of a suitable microinjection method using a conventional pipette for injection of a sperm head into a hamster oocyte is described by Yanagida, K., Yanagimachi, R., Perreault, S.D. and R.G. Kleinfeld, Biology of reproduction 44, 440-447 (1991), the description of which relating to such a method is included in the references.

Микроинъекция головки спермия/лишенной мембраны головки спермия имеет несколько преимуществ. Во-первых, перенос головки спермия микроинъекцией применим для широкого спектра типов сперматозоидов вне зависимости от размера, морфологии и тому подобного. Во-вторых, микроинъекция позволяет совместно с инъекцией головки спермия (с головкой донорского спермия) осуществлять контролируемую инъекцию дополнительных агентов в ооцит. Ниже это показано на примерах. В-третьих, в реализации изобретения, где внесение головки спермия проводится пьезоэлектрической микроинъекцией, возможна быстрая и эффективная обработка проб, таким образом, снижается травмирование спермия и ооцитов, подвергнувшихся манипуляциям. Ооциты некоторых видов (например, мыши) не поддаются микроинъекции с использованием обычных игл, тогда как пьезоэлектрическая микроинъекция дает высокий уровень успешности.Microinjection of a sperm head / membraneless sperm head has several advantages. First, sperm head transfer by microinjection is applicable to a wide range of sperm types, regardless of size, morphology, or the like. Secondly, microinjection allows, together with the injection of the sperm head (with the head of donor sperm), to carry out a controlled injection of additional agents into the oocyte. This is shown below with examples. Thirdly, in the implementation of the invention, where the introduction of the sperm head is carried out by piezoelectric microinjection, a quick and efficient processing of samples is possible, thus, trauma to sperm and oocytes subjected to manipulation is reduced. Oocytes of certain species (for example, mice) are not susceptible to microinjection using conventional needles, while piezoelectric microinjection gives a high level of success.

Активация оплодотворенных ооцитовFertilized Oocyte Activation

Известно, что ооцит мыши может быть активирован инъекцией единственного неповрежденного сперматозоида мыши или его изолированной головки. Изолированная хвостовая часть спермия не может активировать ооцит. Активный, происходящий от спермия ооцит - активирующий фактор(ы) обычно появляется во время превращения шарообразной сперматиды в сперматозоид. Действие этих факторов не является строго видоспецифичным, поскольку ооциты мыши активируются инъекцией сперматозоидов других видов, таких как хомяк, кролик, свинья, человек и даже рыба. Есть сообщение, что один такой активирующий фактор является белком, размером 33 кило-дальтона и размещающимся в районе экваториального сегмента акросомы. Этот белок, называемый осциллин, легко экстрагируется из зрелых сперматозоидов (хомяка) простым замораживанием и размораживанием. Помимо осциллина зрелый сперматозоид, очевидно, несет другой активирующий фактор, который непросто экстрагировать, но можно получить последовательной обработкой сперматозоида Тритоном Х-100 и SDS. Однако неизвестно, являются ли легко экстрагируемый осциллин и замороженные/размороженные, устойчивые к экстракции факторы биологически и химически идентичными.It is known that mouse oocyte can be activated by injection of a single intact mouse sperm or its isolated head. The isolated tail of the sperm cannot activate the oocyte. An active, sperm-derived oocyte-activating factor (s) usually appears during the transformation of a spherical spermatid into a sperm. The action of these factors is not strictly species-specific, since mouse oocytes are activated by injection of spermatozoa of other species, such as a hamster, rabbit, pig, human and even fish. There is a report that one such activating factor is a protein, 33 kilo-daltons in size and located in the region of the equatorial segment of the acrosome. This protein, called oscillin, is easily extracted from mature sperm (hamster) by simple freezing and thawing. In addition to oscillillin, a mature sperm cell obviously carries another activating factor, which is not easy to extract, but can be obtained by sequential treatment of the sperm cell with Triton X-100 and SDS. However, it is not known whether the easily extractable oscillins and frozen / thawed, resistant to extraction factors are biologically and chemically identical.

Известно, что головки спермиев, обработанные звуком в присутствии Тритона Х-100, теряют все составные части, кроме ядра и перинуклеарных материалов. Однако после микрохирургического введения в ооциты такие обработанные Тритоном Х-100 головки спермиев (имеющие ядро и перинуклеарный материал, но без плазматических мембран) могут активировать ооциты так же эффективно, как и неповрежденные сперматозоиды.It is known that sperm heads treated with sound in the presence of Triton X-100 lose all components except the nucleus and perinuclear materials. However, after microsurgical introduction into oocytes, such Triton X-100-treated sperm heads (having a nucleus and perinuclear material, but without plasma membranes) can activate oocytes as efficiently as undamaged spermatozoa.

Как описано на примерах ниже, по меньшей мере, происходящие от спермия ооцит-активирующие молекулы мыши должны быть устойчивы к сушке вымораживанием, поскольку большинство ооцитов, которые выжили после инъекции высушенных вымораживанием головок спермиев, были нормально активированными и оплодотворенными.As described in the examples below, at least the sperm-derived mouse oocyte-activating molecules must be freeze-dried, since most oocytes that survived the injection of freeze-dried sperm heads were normally activated and fertilized.

Если у других видов инъекция головки спермия не вызывает активации ооцита, активация может осуществляться партеногенетическими средствами, такими как электроактивация, инъекция одного или нескольких ооцит-активирующих веществ или переносом ооцитов в среду, содержащую одно или больше ооцит-активирующих веществ. Реагенты, способные давать активирующий стимул (или комбинацию активирующих стимулов), включают, но не ограничиваются: активирующим фактором цитоплазмы спермия и определенными фармакологическими соединениями (например, Са2+ и другими модуляторами сигнальной трансдукции), которые могут быть введены микроинъекцией после или одновременно с инъекцией головки спермия. Некоторые активирующие стимулы применяют вслед за переносом оплодотворенных ооцитов в среду, содержащую один из членов подгрупп активирующих соединений, включая стимуляторы высвобождения Са2+ (например кофеин, Са2+, ионофоры, такие как А 23187 и иономицин, и этанол), модуляторы фосфопротеиновых сигналов (например, 2-аминопурин, стауроспурин и сфингозин), ингибиторы синтеза протеинов (например, А 23187, циклогексамид), 6-диметиламинопурин или комбинации перечисленных (например, 6-диметиламинопурина и иономицина). В одном способе реализации изобретения активация ооцитов мыши достигалась культивированием в течение 1-6 часов в свободной от Са2+ CZB среде, содержащей 2-10 мМ Sr2+.If sperm injection does not cause oocyte activation in other species, activation can be carried out by parthenogenetic agents, such as electroactivation, injection of one or more oocyte-activating substances, or transfer of oocytes to a medium containing one or more oocyte-activating substances. Reagents capable of providing an activating stimulus (or a combination of activating stimuli) include, but are not limited to: sperm cytoplasmic activating factor and certain pharmacological compounds (e.g., Ca 2+ and other signal transduction modulators) that can be administered by microinjection after or simultaneously with the injection sperm heads. Some activating stimuli are used following the transfer of fertilized oocytes to an environment containing one of the members of a subset of activating compounds, including Ca 2+ release stimulants (e.g. caffeine, Ca 2+ , ionophores such as A 23187 and ionomycin, and ethanol), phosphoprotein signal modulators (e.g. 2-aminopurine, staurospurin and sphingosine), protein synthesis inhibitors (e.g. A 23187, cyclohexamide), 6-dimethylaminopurine, or a combination of the above (e.g. 6-dimethylaminopurine and ionomycin). In one embodiment of the invention, mouse oocyte activation was achieved by culturing for 1-6 hours in a Ca 2+ CZB-free medium containing 2-10 mM Sr2 +.

Развитие эмбриона с получением жизнеспособного плода и потомстваEmbryo development with a viable fetus and offspring

Вслед за образованием пронуклеуса эмбрион можно культивировать in vitro до достижения им стадии 2-8 клеток или стадии морула/бластоцист, на которой эмбрион можно перенести в яйцевод или матку суррогатной матери.Following the formation of the pronucleus, the embryo can be cultured in vitro until it reaches the stage of 2-8 cells or the morula / blastocyst stage, at which the embryo can be transferred to the oviduct or uterus of the surrogate mother.

Одновременное введение с головками спермы биологически значимых веществSimultaneous administration of biologically significant substances with sperm heads

В одном примере реализации изобретения микроинъекция головки спермия в ооцит позволяет вводить до, во время, или после инъекции головки спермия в ооцит один или нескольких агентов, оказывающих влияние на выход развившихся эмбрионов Например, рибонуклеиновая кислота (РНК) или дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), могут быть введены в ооцит микроинъекцией до или вслед за инъекцией головки спермия. Например, инъекция рекомбинантной ДНК, несущей необходимые cis-активные сигналы, может привести к транскрипции последовательностей, присутствующих на рекомбинантной ДНК резидентными или инъецированными совместно с ней факторами транскрипции и последующей экспрессии закодированных белков с антагонистическим действием на факторы, ингибирующие развитие, либо с позитивным действием на эмбриональное развитие. Более того, транскрипт может обладать антисенсорной активностью против мРНК, кодирующих протеины, ингибирующие развитие. Альтернативно, антисенсорную регуляцию можно получить инъекциями нуклеиновых кислот (или их производных), которые способны влиять на ингибиторное действие путем прямого взаимодействия с их мишенями - нуклеиновыми кислотами, без предварительной транскрипции внутри ооцита.In one embodiment of the invention, microinjection of the sperm head into the oocyte allows one or more agents to affect the yield of developed embryos to be injected before, during, or after the sperm head is injected into the oocyte. For example, ribonucleic acid (RNA) or deoxyribonucleic acid (DNA) can be introduced into the oocyte by microinjection before or after injection of the sperm head. For example, injection of recombinant DNA carrying the necessary cis-active signals can lead to transcription of sequences present on the recombinant DNA by transcription factors resident or injected with it and subsequent expression of encoded proteins with antagonistic effects on developmental inhibitors or with a positive effect on embryonic development. Moreover, the transcript may have antisensory activity against mRNAs encoding development inhibitory proteins. Alternatively, antisensory regulation can be obtained by injection of nucleic acids (or their derivatives), which are able to influence the inhibitory effect by direct interaction with their targets, nucleic acids, without prior transcription inside the oocyte.

Рекомбинантная ДНК (линейная или другая), введенная по способу изобретения, может нести функциональный репликон, содержащий один или более экспрессируемых функциональных генов под контролем промоутера, проявляющего все, от узкого до широкого, профили экспрессии развития. Например, промоутер может вызывать мгновенную, но краткую экспрессию тогда, когда промоутер активен только в ранней зиготе. Интродуцированная ДНК может либо теряться в какой-то момент во время эмбрионального развития, либо интегрироваться в одном или нескольких геномных локусах, чтобы стабильно реплицироваться во время жизни получившегося трансгенного индивидуума. В одном примере реализации одновременно с микроинъекцией в ооцит может быть введена ДНК, строящая закодированные, предположительно “направленные против старения” протеины, такие как теломераза или суперокисная дисмутаза. Альтернативно, такие белки могут быть инъецированы напрямую.Recombinant DNA (linear or other) introduced by the method of the invention can carry a functional replicon containing one or more expressed functional genes under the control of a promoter that exhibits everything from narrow to wide, developmental expression profiles. For example, a promoter may cause instant but brief expression when the promoter is active only in the early zygote. The introduced DNA can either be lost at some point during embryonic development, or integrated at one or more genomic loci in order to stably replicate during the life of the resulting transgenic individual. In one embodiment, DNA can be introduced simultaneously with microinjection into the oocyte, building encoded, presumably “anti-aging” proteins, such as telomerase or superoxide dismutase. Alternatively, such proteins can be injected directly.

ПРИМЕРЫEXAMPLES

Нижеследующие примеры иллюстрируют способ изобретения и развитие живого потомка из ооцита, инъецированного восстановленным после сушки вымораживанием сперматозоидом. В частности, пример иллюстрирует развитие нормальных мышей из ооцитов мыши, инъецированных головками (ядрами) восстановленных после сушки вымораживанием сперматозоидов мыши, которые хранили либо при комнатной температуре (около 25°С), либо в холодильнике (около 4°С). Средой для суспензирования спермиев до сушки вымораживанием были среды CZB или ДМЕМ, описанные ниже.The following examples illustrate the method of the invention and the development of a live offspring from an oocyte injected with sperm restored after freeze-drying. In particular, the example illustrates the development of normal mice from mouse oocytes injected with heads (cores) recovered after freeze-drying of mouse sperm, which were stored either at room temperature (about 25 ° C) or in a refrigerator (about 4 ° C). The medium for suspending sperm before freeze-drying was CZB or DMEM media described below.

Примеры, приведенные здесь, следует рассматривать только в качестве примеров ооцитов и сперматозоидов отдельных видов животных, сред для суспензирования спермиев, схем замораживания, условий хранения, сред для регидратации и тому подобного, что может быть использовано в процессе изобретения, но не следует ограничиваться ими, поскольку другие примеры способов реализации изобретения могут быть без труда определены специалистами.The examples given here should be considered only as examples of oocytes and spermatozoa of certain animal species, sperm suspension media, freezing schemes, storage conditions, rehydration media and the like that can be used in the process of the invention, but should not be limited to them, since other examples of methods for implementing the invention can be easily determined by specialists.

Среда и реагентыMedium and Reagents

Все неорганические и органические соединения были приобретены у Sigma Chemicals Co. (St. Louis), если это не оговорено особо.All inorganic and organic compounds were purchased from Sigma Chemicals Co. (St. Louis), unless otherwise specified.

Собранные ооциты до инъекции спермиев хранили в среде CZB (Chatot, et al., 1989. J. Reprod. Pert. 86, 679-688). Среда CZB содержит 81.6 мМ NaCl, 4.8 мМ КСl, 1.7 мМ СаCl2, 1.2 мМ MgSO4, 1.8 мМ KH2PO4, 25.1 мМ NaHCO3, 0.1 мМ лактата натрия, 0.3 мМ пирувата натрия, 7 ед./мл пенициллина G, 5 ед./мл сульфата стрептомицина, и 4 мг/мл альбумина сыворотки быка. Среда для сбора ооцитов из яйцеводов, последующей обработки и микроманипуляций была модифицированной средой CZB, содержащей 20 мМ Hepes, уменьшенное количество NаНСО3 (5 мМ), и альбумина сыворотки быка (АСБ) - 3 мг/мл. Эта среда здесь упоминается как Hepes-CZB. Для целей микроинъекции предпочтительно заменить АСБ в Hepes-CZB на 1 мг/мл поливинилового спирта (ПВС, растворенного в холодной воде, средняя молекулярная масса 10×103), потому что ПВС сохраняет стенки инъекционной пипетки менее липкими в течение большего времени, чем АСБ, что лучше при неоднократном использовании одной и той же пипетки для многократных переносов головок спермиев в ооциты.The collected oocytes were stored in CZB medium before sperm injection (Chatot, et al., 1989. J. Reprod. Pert. 86, 679-688). The CZB medium contains 81.6 mm NaCl, 4.8 mm KCl, 1.7 mm CaCl 2 , 1.2 mm MgSO 4 , 1.8 mm KH 2 PO 4 , 25.1 mm NaHCO 3 , 0.1 mm sodium lactate, 0.3 mm sodium pyruvate, 7 units / ml penicillin G , 5 units / ml streptomycin sulfate, and 4 mg / ml bovine serum albumin. The medium for collecting oocytes from the oviducts, subsequent processing and micromanipulations was a modified CZB medium containing 20 mM Hepes, a reduced amount of NaHCO 3 (5 mM), and bovine serum albumin (ASB) - 3 mg / ml. This medium is here referred to as Hepes-CZB. For microinjection purposes, it is preferable to replace the ASB in Hepes-CZB with 1 mg / ml polyvinyl alcohol (PVA dissolved in cold water, average molecular weight 10 × 10 3 ), because the PVA keeps the walls of the injection pipette less sticky for longer than the ASB , which is better when repeatedly using the same pipette for multiple transfers of sperm heads to oocytes.

Были использованы две различные среды для суспензирования сперматозоидов перед сушкой вымораживанием: (1) среда CZB без этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДГК), содержащая 4 мг/мл АБС; и (2) модифицированная Dulbecco среда Eagle (ДМИС), усиленная 10% (об./проц.) сывороткой бычьего плода (Hyclone, Logan, UT).Two different media were used to suspend the sperm cells before freeze-drying: (1) CZB medium without ethylenediaminetetraacetic acid (EDHC) containing 4 mg / ml ABS; and (2) Dulbecco-modified Eagle medium (DMIS) enhanced with 10% (v / v) bovine fetal serum (Hyclone, Logan, UT).

Для того чтобы определить, какая среда будет “наилучшей” для суспензирования сперматозоидов, были проведены предварительные эксперименты; с этой целью было проведено первичное суспензирование свежих сперматозоидов в среде CZB, за чем последовало центрифугирование и повторное суспензирование в одной из сред, описанных ниже, и затем сразу же следовала сушка вымораживанием спермиев. Тестируемые среды для суспензирования спермиев включали (а) дистиллированную воду, (6) 34% сахарозы в дистиллированной воде, (в) 180 мг/мл рафинозы плюс 5 мг/мл АСБ, (г) 0.9% NaCl с 5 мг/мл АСБ, (д) 0.9% NaCl с 1 мг/мл глюкозы плюс 5 мг/мл АСБ и (е) свободную от лактата и кальция CZB. Только последняя среда (е) оказалась столь же хорошей, как и обычная CZB по способности сохранять ядро спермия, способным к развитию во время сушки вымораживанием (данные не приводятся).In order to determine which medium would be “the best” for sperm suspension, preliminary experiments were carried out; for this purpose, initial suspension of fresh sperm in CZB medium was carried out, followed by centrifugation and re-suspension in one of the media described below, and then immediately followed by freezing of sperm. Test media for sperm suspension included (a) distilled water, (6) 34% sucrose in distilled water, (c) 180 mg / ml raffinose plus 5 mg / ml ASB, (g) 0.9% NaCl with 5 mg / ml ASB, (e) 0.9% NaCl with 1 mg / ml glucose plus 5 mg / ml ASB; and (e) lactate and calcium free CZB. Only the latter medium (e) turned out to be as good as the usual CZB in its ability to preserve the sperm core, capable of developing during freeze-drying (data not shown).

ЖивотныеAnimals

Животных, которые были использованы в этих примерах, содержали в соответствии с указаниями лабораторной службы животных Гавайского университета и указаниями, подготовленными Комитетом по содержанию и использованию лабораторных животных Института лабораторных ресурсов Национального Исследовательского совета (DHEW, публикация №{NIH} 80-23, пересмотренная в 1985). Схема обращения с животными и работа с ними были пересмотрены и одобрены Комитетом по содержанию и использованию животных Гавайского университета.The animals that were used in these examples were kept in accordance with the instructions of the Laboratory Animal Service of the University of Hawaii and the guidelines prepared by the Laboratory Animal Containment and Use Committee of the Institute for Laboratory Resources of the National Research Council (DHEW, publication No. {NIH} 80-23, revised in 1985). The treatment and handling of animals has been reviewed and approved by the Animal Care and Use Committee of the University of Hawaii.

ПРИМЕР 1EXAMPLE 1

Подготовка сперматозоидовSperm preparation

Было подготовлено четыре различных препарата для того, чтобы проиллюстрировать влияние среды для суспензирования сперматозоидов, температуры хранения и времени хранения на способность ядер, высушенных вымораживанием спермиев, участвовать в развитии живого потомства после инъекции в ооцит, как это описано ниже и проиллюстрировано таблицей 1. Для каждого препарата были использованы по два каудальных эпидидимиса половозрелого B6D2F1 самца мыши. Одновременно со сдавливанием каждого эпидидимиса пальцами, его дистальную часть протыкали острым пинцетом. Плотную массу сперматозоидов, выделившуюся из эпидидимиса переносили в 1,5 мл полипропиленовую трубку, содержащую 1 мл одной или двух описанных выше исследуемых сред, CZB или ДМИС. После инкубации в течение 30 минут при 37,5°С, верхние 0.3-0.5 мл среды удаляли из трубки. Более 90% сперматозоидов в этой взвеси (приблизительно 3-10×106 на мл) были активно подвижными.Four different preparations were prepared in order to illustrate the effect of the sperm suspension medium, storage temperature and storage time on the ability of nuclei dried by freezing sperm to participate in the development of live offspring after injection into the oocyte, as described below and illustrated in table 1. For each two caudal epididymes of the mature B6D2F1 male mouse were used. Simultaneously with squeezing each epididymis with fingers, its distal part was pierced with sharp tweezers. The dense mass of sperm released from the epididymis was transferred into a 1.5 ml polypropylene tube containing 1 ml of one or two of the test media described above, CZB or DMIS. After incubation for 30 minutes at 37.5 ° C, the upper 0.3-0.5 ml of medium was removed from the tube. More than 90% of the sperm in this suspension (approximately 3-10 × 10 6 per ml) were actively motile.

ПРИМЕР 2EXAMPLE 2

Сушка вымораживанием сперматозоидовSperm Freeze Drying

Аликвотное количество (100 мкл) суспензии спермиев помещали в 2 мл ампулу (Wheaton Scientific, Millville, NJ, каталог №651506), которую опускали прямо в жидкий азот. Десять минут спустя ампулы помещали в предварительно охлажденные (-50°С) холодильные колбы, соединенные с установкой для сушки сублимацией (вымораживанием) (Модель 10-020, VirTis Co., Gardner, NY). Давление на входе было приблизительно равно 1 миллиТорр. Колбы отсоединяли от системы примерно через 12 ч, когда она наполнялась аргоном, поданным через камеру для осушки газа (Fisher Scientific, Pittsburg, PA номер по каталогу 09-204). Каждую ампулу подсоединяли к вакуумному насосу и, после того, как больше 99% газа было откачано, запаивали. Ампулы индивидуально заворачивали в алюминиевую фольгу и хранили в темноте при комнатной температуре (около 25°С) или при 4°С.An aliquot (100 μl) of the sperm suspension was placed in a 2 ml ampoule (Wheaton Scientific, Millville, NJ, catalog No. 651506), which was lowered directly into liquid nitrogen. Ten minutes later, the ampoules were placed in pre-cooled (-50 ° C) refrigeration flasks connected to a freeze-drying unit (Model 10-020, VirTis Co., Gardner, NY). The inlet pressure was approximately 1 milliTorr. The flasks were disconnected from the system after about 12 hours when it was filled with argon supplied through a gas dehydration chamber (Fisher Scientific, Pittsburg, PA catalog number 09-204). Each ampoule was connected to a vacuum pump and, after more than 99% of the gas was evacuated, sealed. The ampoules were individually wrapped in aluminum foil and stored in the dark at room temperature (about 25 ° C) or at 4 ° C.

Ампулы с высушенными вымораживанием сперматозоидами, подготовленными, как описано выше, показаны на фиг.1. Белый порошок на дне каждой ампулы представляет собой сухую среду CZB, содержащую сперматозоиды.Ampoules with freeze-dried sperm prepared as described above are shown in FIG. The white powder at the bottom of each ampoule is a dry CZB medium containing sperm.

ПРИМЕР 3EXAMPLE 3

Регидратация высушенных вымораживанием спермиевRehydration of Freeze-dried Sperm

Ампулы, содержащие высушенные вымораживанием сперматозоиды, подготовленные описанным выше способом, вскрывали и добавляли в ампулу по 100 мкл дистиллированной воды для получения восстановленной суспензии спермиев. Затем 5 мкл суспензии тщательно смешивали с 50 мкл Hepes-CZB, содержащей 12% (мас./об.) поливинилпирролидона (средняя молекулярная масса 360,000). Регидратированные спермии просматривали под микроскопом и для дальнейших манипуляций отбирали только те, которые имели неповрежденные головки и хвостовые части.Ampoules containing freeze-dried sperm prepared as described above were opened and 100 μl of distilled water were added to the ampoule to obtain a reconstituted suspension of sperm. Then 5 μl of the suspension was thoroughly mixed with 50 μl of Hepes-CZB containing 12% (w / v) polyvinylpyrrolidone (average molecular weight 360,000). Rehydrated sperm were examined under a microscope and only those with intact heads and tails were selected for further manipulations.

ПРИМЕР 4EXAMPLE 4

Перевозка высушенных вымораживанием сперматозоидовFreeze-dried sperm transport

Был проведен эксперимент для того, чтобы убедиться, могут ли подготовленные в соответствии с настоящим изобретением высушенные вымораживанием сперматозоиды быть перевезены за границу, сохранив при этом способность оплодотворять ооциты после регидратации. В этом эксперименте несколько ампул высушенных вымораживанием эпидидимисных сперматозоидов перевозили вручную во время трехнедельного путешествия в Японию, начавшегося в Гонолулу, Гавайи. До высушивания вымораживанием сперматозоиды были суспензированы в среде CZB. Никаких специальных мер предосторожности для сохранения сперматозоидов не соблюдали кроме того, что ампулы во время всего путешествия были завернуты в алюминиевую фольгу, и их держали в картонных коробках. Окружающая температура менялась от 5°С до 30°С. Через неделю после возвращения в Гонолулу сперматозоиды регидратировали и использовали по способу изобретения.An experiment was conducted to verify that freeze-dried sperm prepared in accordance with the present invention could be transported abroad, while maintaining the ability to fertilize oocytes after rehydration. In this experiment, several freeze-dried vials of epididymic spermatozoa were transported by hand during a three-week trip to Japan, which began in Honolulu, Hawaii. Prior to freeze-drying, the sperm cells were suspended in CZB medium. No special precautions were taken to preserve sperm besides the fact that the ampoules were wrapped in aluminum foil throughout the journey and kept in cardboard boxes. The ambient temperature varied from 5 ° C to 30 ° C. One week after returning to Honolulu, sperm were rehydrated and used according to the method of the invention.

ПРИМЕР 5EXAMPLE 5

Подготовка ооцитаOocyte preparation

У половозрелых самок B6D2F1 (C57BL/6×DBA/2) вызывали сверховуляцию путем инъецирования каждой мыши 7,5 международных единиц (ME) гонадотропина сыворотки беременной кобылы, потом через 48 ч следовала инъекция 7,5 ME человеческого хорионального гонадотропина (чГТ). Через четырнадцать часов после инъекции чГТ из яйцеводов отбирали комплексы кумулюс-ооцит и для отделения клеток кумулюса обрабатывали тестикулярой гиалорунидазой быка (300 USP ед./мл; ICN Biochemicals, Costa Mesa, CA) в среде Hepes-CZB в течение 3 мин.In sexually mature females, B6D2F1 (C57BL / 6 × DBA / 2) was over-ovulated by injecting 7.5 international units (ME) of pregnant mare gonadotropin into each mouse, followed by an injection of 7.5 ME human chorionic gonadotropin (hGT) after 48 hours. Fourteen hours after hGT injection, cumulus-oocyte complexes were taken from the oviducts and treated with testicular bovine hyalorunidase (300 USP units / ml; ICN Biochemicals, Costa Mesa, CA) in Hepes-CZB medium for 3 min to separate cumulus cells.

До инъекции ядром спермия ооциты промывали и хранили в среде CZB до 4 ч в атмосфере, содержащей 5% СО2 в воздухе.Prior to sperm injection, the oocytes were washed and stored in CZB medium for 4 hours in an atmosphere containing 5% CO 2 in air.

ПРИМЕР 6EXAMPLE 6

Микроинъекция ядер спермиев в ооцитыMicroinjection of sperm nuclei into oocytes

Для инъекции головок спермиев в подготовленные ооциты подготовили камеру для микроинъекции с использованием крышечки (10 мм глубиной) для пластиковой чашки (100 мм×15 мм; Falcon Plastics, Oxnard, CA, номер по каталогу 1001). Ряд, состоящий из двух круглых капель и одной продолговатой капли, помещали вдоль центральной линии чашки. Первая капля (2 мкл; 2 мм диаметром) - для промывки пипетки (Hepes-CZB, содержащая 12% (мас./об.) ПВС, средней молекулярной массы 360,000 дальтон). Вторая капля (2 мкл; 2 мм диаметром) представляла собой суспензию регидратированных высушенных вымораживанием сперматозоидов в CZB или ДМЭМ, подготовленных, как описано выше. Третья, продолговатая капля (6 мкл; 2 мм шириной и 6 мм длиной) представляла собой среду Hepes-CZB для ооцитов. Каждая из этих капель была покрыта минеральным маслом (Squibb and sons). Чашку располагали на столике инверсионного микроскопа с интерферентной контрастной оптикой.For injection of sperm heads into prepared oocytes, a microinjection chamber was prepared using a lid (10 mm deep) for a plastic cup (100 mm × 15 mm; Falcon Plastics, Oxnard, CA, catalog number 1001). A row consisting of two round drops and one oblong drop was placed along the center line of the cup. The first drop (2 μl; 2 mm in diameter) is for pipet flushing (Hepes-CZB containing 12% (w / v) PVA, average molecular weight 360,000 daltons). The second drop (2 μl; 2 mm in diameter) was a suspension of rehydrated, freeze-dried sperm in CZB or DMEM prepared as described above. The third, oblong drop (6 μl; 2 mm wide and 6 mm long) was Hepes-CZB medium for oocytes. Each of these drops was coated with mineral oil (Squibb and sons). The cup was placed on the stage of an inverse microscope with interference contrast optics.

Микроинъекцию ядер спермиев в ооциты проводили описанным ранее способом пьезоэлектрической микроинъекции с использованием пьезомикроманипулятора модели MB-U от Prime Tech Ltd. (Tsukuba, Ibaraki-ken, Japan). В приборе используется пьезоэлектрический эффект для однократного продвижения держателя пипетки на очень маленькое расстояние (например, 0.5 мкм) на очень большой скорости, Интенсивность и скорость импульсов регулировали с помощью пульта управления.Microinjection of sperm nuclei into oocytes was carried out as previously described by the piezoelectric microinjection method using the MB-U model piezo micromanipulator from Prime Tech Ltd. (Tsukuba, Ibaraki-ken, Japan). The device uses the piezoelectric effect for a single advancement of the pipette holder at a very small distance (for example, 0.5 μm) at a very high speed. The intensity and speed of the pulses were controlled using the control panel.

Для инъекции в ооцит, подготовленный как описано выше, в инъекционную пипетку (внутренний диаметр кончика около 5 мкм), которая была прикреплена к прибору, управляющему пьезоэлектрической пипеткой, отбирали отдельный сперматозоид хвостовой частью вперед. Головку и хвостовую часть спермия разделяли приложением одного или нескольких пьезоимпульсов в районе шейки. Интенсивность и скорость (частоту) импульсов регулировали пультом PMAS-CT01 (на пульте установлены шкалы: интенсивность 2, скорость 1). Затем головки засасывали глубоко в пипетку и небольшой объем (около 0.5 мкл) ртути помещали у проксимального конца инъекционной пипетки.For injection into an oocyte prepared as described above, into an injection pipette (inner tip diameter of about 5 μm), which was attached to a device controlling a piezoelectric pipette, a separate sperm was selected with the tail part forward. The sperm head and tail were separated by the application of one or more piezoelectric pulses in the neck region. The intensity and speed (frequency) of the pulses was regulated by the PMAS-CT01 remote control (scales are set on the remote control: intensity 2, speed 1). Then the heads were sucked deep into the pipette and a small volume (about 0.5 μl) of mercury was placed at the proximal end of the injection pipette.

Тем временем зрелый неоплодотворенный ооцит помещали на столик микроскопа в среду Hepes-CZB. Ооцит фиксировали удерживающей пипеткой, и кончик инъекционной пипетки приводили в тесный контакт с зоной пеллюцида в положении на 3 ч. Подавали несколько пьезоимпульсов (интенсивностью 1-2, скоростью 1-2) для продвижения пипетки с одновременным созданием легкого отрицательного давления внутри Когда кончик инъекционной пипетки проходил зону пеллюцида, цилиндрический кусочек зоны пеллюцида в пипетке выталкивался в перивителлиновое пространство. После того как головку сперматозоида проталкивали вперед, пока она не окажется вблизи кончика пипетки, пипетку механически продвигали вперед до тех пор, пока ее кончик почти не доходил до противоположной стороны кортекса ооцита. Оолемму протыкали приложением 1 или 2 пьезоимпульсов (интенсивностью 1-2, скоростью 1) и головку сперматозоида выталкивали в ооплазму с минимальным количеством (около 6 пкл) сопровождающей среды для суспензии спермиев. После удаления максимально возможного количества среды, пипетку осторожно вынимали, оставляя головку сперматозоида внутри ооплазмы. Все инъекции проводили в среде Hepes-CZB при комнатной температуре (23-27°С) в течение одного часа после регидратации. В каждый ооцит инъецировали одну головку спермия. Приблизительно 5-20 ооцитов микроинъецировали в течение 10-15 минут.Meanwhile, a mature, unfertilized oocyte was placed on a microscope stage in Hepes-CZB medium. The oocyte was fixed with a holding pipette, and the tip of the injection pipette was brought into close contact with the zone of the pellucid at the 3 o'clock position. Several piezo pulses (intensity 1-2, speed 1-2) were applied to advance the pipette while creating a slight negative pressure inside When the tip of the injection pipette passed the pellicidal zone, a cylindrical piece of the pellicidal zone in the pipette was pushed into the perivitelline space. After the sperm head was pushed forward until it was near the tip of the pipette, the pipette was mechanically advanced forward until its tip almost reached the opposite side of the oocyte cortex. The olemma was pierced by the application of 1 or 2 piezoelectric pulses (intensity 1-2, speed 1) and the sperm head was pushed into the ooplasm with a minimum amount (about 6 pl) of the accompanying medium for the suspension of sperm. After removing the maximum possible amount of medium, the pipette was carefully removed, leaving the sperm head inside the ooplasm. All injections were performed in Hepes-CZB medium at room temperature (23-27 ° C) for one hour after rehydration. One sperm head was injected into each oocyte. About 5-20 oocytes were microinjected for 10-15 minutes.

ПРИМЕР 7EXAMPLE 7

Осмотр ооцитов и пересадка эмбрионовInspection of oocytes and embryo transfer

Инъецированные головками сперматозоидов ооциты инкубировали в среде Hepes-CZB при 37°С при 5% содержании СО2 в воздухе и осматривали под инверсионным микроскопом через 5-6 часов. Сперматозоиды, которые имели два четких пронуклеуса и второе полярное тельце, считали нормально оплодотворенными и культивировали в среде Hepes-CZB в течение 4 суток. Сперматозоиды, которые достигли стадии морулы или бластоциста, переносили в рога (трубы) маток реципиентных самок CD-1 (альбиносы), которые были спарены с вазектомированными CD-1 самцами за три дня до этого для синхронизации стадий эмбрионального развития с развитием эндометрии матки. В среднем восемь морул/бластоцистов перемещали в каждый рог (трубу). Самкам предоставляли возможность выносить и вырастить их суррогатных потомков (с черными, коричневыми или серыми шкурками). Несколько половозрелых самцов и самок из потомства были отобраны случайным образом и скрещены, для того чтобы проверить их плодовитость.Oocytes injected with sperm heads were incubated in Hepes-CZB medium at 37 ° C at 5% CO 2 in air and examined under an inverse microscope after 5-6 hours. Sperm cells that had two distinct pronuclei and a second polar body were considered normally fertilized and cultured in Hepes-CZB medium for 4 days. Spermatozoa that have reached the morula or blastocyst stage were transferred to the horns (tubes) of the uterus of the recipient female CD-1 (albinos), which were paired with the vasectomized CD-1 males three days earlier to synchronize the stages of embryonic development with the development of uterine endometrium. On average, eight morul / blastocysts were moved to each horn (tube). Females were given the opportunity to bear and grow their surrogate offspring (with black, brown or gray skins). Several sexually mature males and females from the offspring were randomly selected and crossed in order to check their fecundity.

РЕЗУЛЬТАТЫRESULTS

Микроскопическое исследование регидратированных высушенных вымораживанием сперматозоидовMicroscopic examination of rehydrated freeze-dried sperm

Микроскопическое исследование регидратированных сперматозоидов показало, что 100% спермиев были неподвижными. Жизнеспособность спермиев определяли с использованием набора для определения жизнеспособности клеток, который легко можно купить (Leave/dead FertiLight, Molecular Probes, Eugene, Oregon) и который выявляет клетки с целой плазменной мембраной (живые) и с поврежденной плазменной мембраной (мертвые) в соответствии с характером флюоресценции под УФ микроскопом. Ядра “живых” сперматозоидов с целыми плазменными мембранами флюоресцируют зеленым, тогда как ядра “мертвых” флюоресцируют ярким красно-оранжевым. После сушки вымораживанием и дегидратации, было исследовано более 10000 сперматозоидов от четырех самцов. Все исследованные сперматозоиды были “мертвыми”, как это было определено с помощью данного теста.Microscopic examination of rehydrated sperm showed that 100% of the sperm were immobile. Sperm viability was determined using a cell viability kit, which can be easily purchased (Leave / dead FertiLight, Molecular Probes, Eugene, Oregon) and which detects cells with a whole plasma membrane (live) and with a damaged plasma membrane (dead) in accordance with the nature of fluorescence under a UV microscope. The nuclei of “living” sperm cells with whole plasma membranes fluoresce green, while the nuclei of “dead” fluoresce bright red-orange. After freeze-drying and dehydration, more than 10,000 spermatozoa from four males were examined. All sperm tested were “dead,” as determined using this test.

Как проиллюстрировано в таблице 1, 1236 из 1353 ооцитов (91.4%) пережили инъекционную микрохирургию и из выживших 1157 (93,6%) были активированы ядром спермия и нормально оплодотворены, вне зависимости от первоначальной среды для суспензирования (CZB или ДМЭМ), температуры хранения (25°С или 4°), и времени хранения (1 день, 2 недели, 1 месяц или 3 месяца).As illustrated in Table 1, 1236 of 1353 oocytes (91.4%) survived injection microsurgery and 1157 (93.6%) of the survivors were activated by the sperm nucleus and normally fertilized, regardless of the initial suspension medium (CZB or DMEM), storage temperature (25 ° С or 4 °), and storage time (1 day, 2 weeks, 1 month or 3 months).

Максимальное время хранения ампул в этих примерах было 3 месяца при 4°С. В трех экспериментах, 57 ооцитов от трех самок были инъецированы сперматозоидами, хранившимися 3 месяца, 95% инъецированных ооцитов пережили микрохирургию, и все они были нормально оплодотворены. 91% оплодотворенных яиц развился до стадии морула/бластоцист in vitro. Четырнадцать (30%) из 46 эмбрионов, перенесенных трем суррогатным матерям, развились в нормальные взрослые организмы.The maximum storage time of the ampoules in these examples was 3 months at 4 ° C. In three experiments, 57 oocytes from three females were injected with spermatozoa that had been stored for 3 months, 95% of the injected oocytes survived microsurgery, and all of them were normally fertilized. 91% of fertilized eggs developed to the morula / blastocyst stage in vitro. Fourteen (30%) of the 46 embryos transferred to three surrogate mothers developed into normal adult organisms.

Большинство (90%-93%) оплодотворенных яиц, которые были инъецированы головками спермиев, суспензированных в среде CZB, высушенных замораживанием, хранившихся от 1 дня до 2 недель при 25°С или 4°С и регидратированных, развились до стадии морула/бластоцист in vitro и 25-34 (20%-29%) из них развились до нормального потомства после переноса в суррогатных матерей. Хотя меньший процент (76%) оплодотворенных яиц, которые были инъецированы суспензированными в среде CZB высушенными вымораживанием спермиями, хранившимися до регидратации в течение 1 месяца при 25°С, развились до стадии морула/бластоцист, 16 (18%) из них развились до нормальных потомства после переноса в суррогатных матерей. Девять (28%) из 32 перенесенных эмбрионов, происходящих из оплодотворенных яиц, которые были инъецированы спермиями, суспензированными в среде CZB, высушенными вымораживанием и хранившимися при 4°С в течение 3 месяцев, развились в нормальное потомство. В общем, при использовании суспензированных в среде CZB высушенных вымораживанием спермиев, всего было получено 143 живых потомка после переноса 562 эмбрионов, развившихся из 664 ооцитов, которые пережили микрохирургию и оплодотворились нормально при среднем уровне успешности 18,7%.Most (90% -93%) of fertilized eggs that were injected with sperm heads suspended in CZB medium, freeze dried, stored from 1 day to 2 weeks at 25 ° C or 4 ° C and rehydrated, developed to the morula / blastocyst stage in vitro and 25-34 (20% -29%) of them developed to normal offspring after transfer to surrogate mothers. Although a smaller percentage (76%) of fertilized eggs that were injected with CZB suspended in freeze-dried sperm, stored until rehydration for 1 month at 25 ° C, developed to the morula / blastocyst stage, 16 (18%) of them developed to normal offspring after transfer to surrogate mothers. Nine (28%) of 32 transferred embryos originating from fertilized eggs, which were injected with sperm suspended in CZB medium, freeze-dried and stored at 4 ° C for 3 months, developed into normal offspring. In total, using freeze-dried sperm suspended in CZB medium, a total of 143 live offspring were obtained after transferring 562 embryos that developed from 664 oocytes that survived microsurgery and fertilized normally with an average success rate of 18.7%.

Как проиллюстрировано на фиг.1b, все потомство росло нормально. Соотношение полов у них было 1:1. Две полностью выросшие самки и два самца из каждой из 12 экспериментальных групп были случайным образом выбраны и спарены. Все доказали свою плодовитость и произвели выводки обычных размеров (от 8 до 12).As illustrated in FIG. 1b, all offspring grew normally. The sex ratio was 1: 1. Two fully grown females and two males from each of the 12 experimental groups were randomly selected and mated. All proved their fertility and produced broods of usual sizes (from 8 to 12).

Из сперматозоидов, которые были отправлены в Японию и обратно и восстановлены после их возвращения в Гонолулу, 29 выбранных случайным образом сперматозоидов были индивидуально инъецированы в ооциты. Девятнадцать (83%) развились до стадии морула/бластоцист in vitro. Три (16%) из них достигли полного развития после переноса в суррогатную мать. Все три (2 самки и 1 самец) выросли в плодовитых взрослых.Of the sperm that were sent to and back from Japan and recovered after they returned to Honolulu, 29 randomly selected sperm were individually injected into oocytes. Nineteen (83%) developed to the in vitro morula / blastocyst stage. Three (16%) of them reached full development after transfer to a surrogate mother. All three (2 females and 1 male) grew up in prolific adults.

С точки зрения последующих примеров было продемонстрировано, что сперматозоиды мыши могут сохранять свою генетическую целостность после сушки вымораживанием. Нет причин верить в то, что сперматозоиды других видов, включая беспозвоночных и позвоночных, будут вести себя по-иному.From the point of view of the following examples, it was demonstrated that mouse sperm can retain their genetic integrity after freeze-drying. There is no reason to believe that spermatozoa of other species, including invertebrates and vertebrates, will behave differently.

Хотя описанное выше изобретение касается предпочтительных форм реализации, следует понимать, что изобретение не ограничивается вышеописанными формами. Напротив, предполагается, что настоящее изобретение охватывает все модификации и альтернативные варианты, подпадающие под дух и область данного изобретения.Although the invention described above relates to preferred forms of implementation, it should be understood that the invention is not limited to the above forms. On the contrary, it is intended that the present invention cover all modifications and alternatives that fall within the spirit and scope of this invention.

Таблица 1
Развитие ооцитов мыши, инъецированных высушенными вымораживанием сперматозоидами
Table 1
The development of mouse oocytes injected with freeze-dried sperm
Среда суспензирования спермиевSperm Suspension Medium Хранение пробSample storage Ооциты, инъецированные спермиямиSperm Injected Oocytes Кол-во пересаженных эмбрионов (кол-во суррогатных самок)Number of transplanted embryos (number of surrogate females) Кол-во (общий %) живых потомков (диапазон)*Number (total%) of live descendants (range) * Температура (С)Temperature (C) Период времениPeriod of time Общее кол-во инъецированных ооцитов (№ экспер.)The total number of injected oocytes (expert No.) Кол-во (%) выживших ооцитовThe number (%) of surviving oocytes Кол-во (%) нормально оплодотворенных ооцитовNumber (%) of normally fertilized oocytes Кол-во (%) достигших стадии морула/бластоцистThe number (%) reached the stage of morula / blastocyst CZBCzb 25°25 ° 1 день1 day 155(5)155 (5) 135(87)135 (87) 133(99)a 133 (99) a 120(90)e 120 (90) e 116(8)116 (8) 34(29) {0-71}34 (29) {0-71}     2 недели2 weeks 158(4)158 (4) 144(91)144 (91) 141(98)a 141 (98) a 131(93)f 131 (93) f 126(8)126 (8) 25(20) {0-30}k 25 (20) {0-30} k     1 месяц1 month 130(4)130 (4) 120(92)120 (92) 117(98)a 117 (98) a 89(76)g 89 (76) g 87(5)87 (5) 16(18) {5-33}k 16 (18) {5-33} k   4 ° 2 недели2 weeks 137(4)137 (4) 126(92)126 (92) 123(98)a 123 (98) a 114(93)e 114 (93) e 105(7)105 (7) 27(26) {0-45}27 (26) {0-45}     1 месяц1 month 131(4)131 (4) 117(89)117 (89) 112(96)a 112 (96) a 98(88)h 98 (88) h 96(6)96 (6) 32(33) {14-65}l 32 (33) {14-65} l     3 месяца3 months 40(2)40 (2) 38(95)38 (95) 38(100)b 38 (100) b 35(92)h 35 (92) h 32(2)32 (2) 9(28) {26-31}9 (28) {26-31} ДМЭМDMEM 25°25 ° 1 день1 day 128(3)128 (3) 116(91)116 (91) 104(90)b 104 (90) b 95(91)e 95 (91) e 95(6)95 (6) 91(31) {18-47}l 91 (31) {18-47} l     2 недели2 weeks 109(2)109 (2) 102(94)102 (94) 85(83)c 85 (83) c 67(79)i 67 (79) i 60(3)60 (3) 8(13) {0-20}m 8 (13) {0-20} m     1 месяц1 month 13(2)13 (2) 106(94)106 (94) 74(70)d 74 (70) d 47(64)j 47 (64) j 47(3)47 (3) 8(17) {0-24}8 (17) {0-24}   4 ° 2 недели2 weeks 83(2)83 (2) 79(95)79 (95) 79(100)a 79 (100) a 69(87)h 69 (87) h 56(3)56 (3) 20(36) {21-46)l 20 (36) {21-46) l     1 месяц1 month 152(3)152 (3) 137(90)137 (90) 135(99)a 135 (99) a 114(84)h 114 (84) h 54(3)54 (3) 22(41) {15-60}n 22 (41) {15-60} n     3 месяца3 months 17(1)17 (1) 16(94)16 (94) 16(100)16 (100) 14(88)14 (88) 14(1)14 (1) 5(35) {35-35}5 (35) {35-35} * - разброс данных (%) потомства от суррогатной матери* - scatter of data (%) of offspring from a surrogate mother Статистическая достоверность:Statistical significance: а против с, d:but against c, d: р<0/005p <0/005 f против g,i,j;f against g, i, j; р<0.005p <0.005 n против m: р<0.01n vs m: p <0.01   b против d:b vs d: р<0.005p <0.005 h против j:h vs j: р<0.005p <0.005 l против m: р<0/01l vs m: p <0/01   е против g,j:e vs g, j: р<0.005p <0.005 n против k:n vs k: р<0.01p <0.01  

Claims (39)

1. Продукт для искусственного оплодотворения, содержащий обработанные сушкой вымораживанием до уровня влажности менее 1% сперматозоиды с нарушенной мембраной или головку сперматозоида, ядро которых сохранило генетическую целостность, достаточную для оплодотворения, причем после регидратации и микроинъекции в изолированный ооцит указанные головки сперматозоида оплодотворяют изолированный ооцит, при этом сохраненная генетическая целостность достаточна для оплодотворения с получением живого потомства.1. Product for artificial insemination, containing spermatozoa with a broken membrane or a sperm head treated with freeze-dried to a moisture level of less than 1%, the core of which retained genetic integrity sufficient for fertilization, and after rehydration and microinjection into an isolated oocyte, these sperm heads inseminate an isolated oocyte while the preserved genetic integrity is sufficient for fertilization with the receipt of live offspring. 2. Продукт для искусственного оплодотворения по п.1, отличающийся тем, что сперматозоид или головка сперматозоида после сушки вымораживанием хранят некоторое время до регидратации.2. The product for artificial insemination according to claim 1, characterized in that the sperm or sperm head after freeze-drying is stored for some time until rehydration. 3. Продукт для искусственного оплодотворения по п.2, отличающийся тем, что сперматозоид или головку сперматозоида хранят после сушки вымораживанием при обычной температуре.3. The product for artificial insemination according to claim 2, characterized in that the sperm or sperm head is stored after freezing drying at normal temperature. 4. Продукт для искусственного оплодотворения по п.2, отличающийся тем, что сперматозоид или головку сперматозоида хранят при температуре около 4°С.4. The product for artificial insemination according to claim 2, characterized in that the sperm or sperm head is stored at a temperature of about 4 ° C. 5. Продукт для искусственного оплодотворения по п.2, отличающийся тем, что сперматозоид или головку сперматозоида хранят при температуре минус 20°С или ниже.5. The product for artificial insemination according to claim 2, characterized in that the sperm or sperm head is stored at a temperature of minus 20 ° C or lower. 6. Продукт для искусственного оплодотворения по п.2, отличающийся тем, что время хранения составляет не более трех месяцев, или около одного года, или меньше года, или более одного года.6. The product for artificial insemination according to claim 2, characterized in that the storage time is not more than three months, or about one year, or less than a year, or more than one year. 7. Продукт для искусственного оплодотворения по п.1, отличающийся тем, что лишенная мембраны головка содержит ядро и перинуклеарные материалы.7. The product for artificial insemination according to claim 1, characterized in that the membraneless head contains a core and perinuclear materials. 8. Продукт для искусственного оплодотворения по п.1, отличающийся тем, что сперматозоид или головку сперматозоида получают от беспозвоночного животного.8. The product for artificial insemination according to claim 1, characterized in that the sperm or sperm head is obtained from an invertebrate animal. 9. Продукт для искусственного оплодотворения по п.8, отличающийся тем, что сперматозоид или головку сперматозоида получают от морского ежа, лобстера, оболочника или моллюска.9. The artificial insemination product of claim 8, wherein the sperm or sperm head is obtained from a sea urchin, lobster, shell or mollusk. 10. Продукт для искусственного оплодотворения по п.1, отличающийся тем, что сперматозоид или головку сперматозоида получают от позвоночного животного.10. The product for artificial insemination according to claim 1, characterized in that the sperm or sperm head is obtained from a vertebrate animal. 11. Продукт для искусственного оплодотворения по п.10, отличающийся тем, что сперматозоид или головку сперматозоида получают от рыбы, амфибии, рептилии, птицы или млекопитающего.11. The artificial insemination product of claim 10, wherein the sperm or sperm head is obtained from fish, amphibian, reptile, bird or mammal. 12. Продукт для искусственного оплодотворения по п.10, отличающийся тем, что сперматозоид или головку сперматозоида получают от человека.12. The product for artificial insemination according to claim 10, characterized in that the sperm or sperm head is obtained from a person. 13. Продукт для искусственного оплодотворения по п.10, отличающийся тем, что сперматозоид или головку сперматозоида получают от мыши.13. The artificial insemination product of claim 10, wherein the sperm or sperm head is obtained from a mouse. 14. Ампула, содержащая продукт для искусственного оплодотворения, отличающаяся тем, что продукт для искусственного оплодотворения представляет собой продукт по п.1.14. An ampoule containing a product for artificial insemination, characterized in that the product for artificial insemination is a product according to claim 1. 15. Способ получения продукта для искусственного оплодотворения по п.1, включающий сбор живых зрелых сперматозоидов, суспензирование сперматозоидов в физиологической среде для суспензирования, замораживание суспензии сперматозоидов для получения замороженных сперматозоидов, высушивание замороженных сперматозоидов или головок сперматозоидов под вакуумом до уровня влажности менее 1% с получением высушенных вымораживанием сперматозоидов или головок сперматозоидов с нарушенной мембраной, регидратацию сперматозоидов или головок сперматозоидов с нарушенной мембраной, отбор сперматозоидов или головок сперматозоида, которые имеют сохранившее генетическую целостность ядро, и после микроинъекции в изолированный ооцит оплодотворяют ооцит с получением живого потомства.15. The method of obtaining a product for artificial insemination according to claim 1, comprising collecting live mature sperm, suspending sperm in a physiological suspension medium, freezing a suspension of sperm to obtain frozen sperm, drying the frozen sperm or sperm heads under vacuum to a moisture level of less than 1% s obtaining freeze-dried sperm or sperm heads with a broken membrane, rehydration of sperm or sperm heads membrane-damaged atozoids, the selection of sperm or sperm heads that have a nucleus that has preserved their genetic integrity, and after microinjection into an isolated oocyte, the oocyte is fertilized with live offspring. 16. Способ по п.15, отличающийся тем, что дополнительно включает стадию удаления мембран сперматозоидов до стадии замораживания с получением лишенных мембран головок сперматозоидов.16. The method according to p. 15, characterized in that it further includes the step of removing the sperm membranes to the stage of freezing with obtaining deprived membranes of sperm heads. 17. Способ по п.16, отличающийся тем, что стадия удаления мембран включает обработку сперматозоидов детергентом и, возможно, поверхностно-активным веществом.17. The method according to clause 16, wherein the step of removing the membranes comprises treating the sperm with a detergent and possibly a surfactant. 18. Способ по п.15, отличающийся тем, что высушивание замороженного сперматозоида или головки осуществляют до уровня влажности менее 0,01%, предпочтительно менее 0,001%, более предпочтительно менее 0,00001%.18. The method according to p. 15, characterized in that the drying of the frozen sperm or head is carried out to a moisture level of less than 0.01%, preferably less than 0.001%, more preferably less than 0.00001%. 19. Способ по п.15, отличающийся тем, что сперматозоиды получают от позвоночного животного.19. The method according to clause 15, wherein the sperm is obtained from a vertebrate animal. 20. Способ по п.19, отличающийся тем, что сперматозоиды получают от рыбы, амфибии, рептилии, птицы или млекопитающего.20. The method according to claim 19, characterized in that the sperm are obtained from fish, amphibians, reptiles, birds or mammals. 21. Способ по п.19, отличающийся тем, что сперматозоиды получают от человека.21. The method according to claim 19, characterized in that the sperm are obtained from a person. 22. Способ по п.19, отличающийся тем, что сперматозоиды получают от мыши.22. The method according to claim 19, characterized in that the sperm are obtained from the mouse. 23. Способ по п.15, отличающийся тем, что сперматозоиды получают от беспозвоночного животного.23. The method according to clause 15, wherein the sperm is obtained from an invertebrate animal. 24. Способа по п.23, отличающийся тем, что сперматозоиды получают от морского ежа, лобстера, оболочника или моллюска.24. The method according to item 23, wherein the sperm is obtained from a sea urchin, lobster, shell or mollusk. 25. Способ по п.15, отличающийся тем, что замораживание суспензии сперматозоидов осуществляют при минус 196°С в течение 10 минут.25. The method according to p. 15, characterized in that the freezing of a suspension of sperm is carried out at minus 196 ° C for 10 minutes. 26. Способ по п.15. отличающийся тем, что дополнительно включает стадию хранения высушенных вымораживанием сперматозоидов в течение некоторого времени до стадии регидратации.26. The method according to clause 15. characterized in that it further includes the step of storing freeze-dried sperm for some time until the rehydration stage. 27. Способ по п.26, отличающийся тем, что высушенные вымораживанием сперматозоиды хранят при обычной температуре.27. The method according to p. 26, characterized in that the freeze-dried sperm stored at ordinary temperature. 28. Способ по п.26, отличающийся тем, что высушенные вымораживанием сперматозоиды хранят при температуре около 4°С.28. The method according to p. 26, characterized in that the freeze-dried sperm stored at a temperature of about 4 ° C. 29. Способ по п.26, отличающийся тем, что высушенные вымораживанием сперматозоиды хранят при температуре минус 20°С или ниже.29. The method according to p. 26, characterized in that the freeze-dried sperm stored at a temperature of minus 20 ° C or lower. 30. Способ по п.26, отличающийся тем, что время хранения сперматозоидов составляет не более трех месяцев, или примерно до одного года, или более одного года.30. The method according to p, characterized in that the storage time of the sperm is not more than three months, or up to about one year, or more than one year. 31. Способ оплодотворения ооцитов млекопитающих продуктом для искусственного оплодотворения по п.1, содержащим сперматозоид с нарушенной мембраной или головку сперматозоида, включающий сбор живых зрелых сперматозоидов млекопитающих, суспензирование сперматозоидов в физиологической среде для суспензирования, замораживание суспензии сперматозоидов для получения замороженных сперматозоидов, высушивание замороженных сперматозоидов под вакуумом до уровня влажности менее 1% с получением высушенных вымораживанием сперматозоидов, регидратацию сперматозоидов после сушки вымораживанием, изоляцию такого регидратированного сперматозоида с поврежденной мембраной или головки сперматозоида, который содержит сохранившее генетическую целостность и способное к оплодотворению ядро, и способен после регидратации к оплодотворению в результате микроинъекции изолированного ооцита с получением живого потомства, изолирование ооцита аналогичных видов млекопитающих и введение сперматозоида с поврежденной мембраной или головки сперматозоида в изолированный ооцит с образованием оплодотворенного ооцита.31. The method of fertilizing mammalian oocytes with a product for artificial insemination according to claim 1, containing a sperm with a broken membrane or a sperm head, including collecting live mature mammalian spermatozoa, suspending sperm in physiological medium for suspension, freezing a suspension of spermatozoa, to obtain frozen spermatozoa, for frozen under vacuum to a moisture level of less than 1% to obtain freeze-dried sperm, reagent sperm cells after freeze-drying, isolation of such a rehydrated sperm with a damaged membrane or sperm head, which contains a nucleus that has retained genetic integrity and is capable of fertilization, and is capable of re-hydration by fertilization as a result of microinjection of an isolated oocyte with the formation of living offspring and isolation of living offspring, introduction of a sperm with a damaged membrane or sperm head into an isolated oocyte with the formation of fertilized oocyte. 32. Способ по п.31, отличающийся тем, что сперматозоид с поврежденной мембраной или головку сперматозоида вводят в ооцит пьезоэлектрической микроинъекцией.32. The method according to p, characterized in that the sperm with a damaged membrane or the sperm head is injected into the oocyte by piezoelectric microinjection. 33. Способ по п.31, отличающийся тем, что дополнительно включает удаление мембран сперматозоидов до стадии замораживания с образованием лишенных мембран головок сперматозоидов.33. The method according to p, characterized in that it further includes the removal of sperm membranes to the stage of freezing with the formation of sperm heads devoid of membranes. 34. Способ по п.31, отличающийся тем, что при введении в ооцит головки сперматозоида дополнительно вводят центросому сперматозоида.34. The method according to p, characterized in that when the sperm head is introduced into the oocyte, the centrosome of the sperm is additionally introduced. 35. Способ по п.31, отличающийся тем, что сперматозоиды получают от человека.35. The method according to p, characterized in that the sperm are obtained from a person. 36. Способ по п.31, отличающийся тем, что сперматозоиды получают от мыши.36. The method according to p, characterized in that the sperm are obtained from the mouse. 37. Способ по п.31, отличающийся тем, что уровень влажности замороженных под вакуумом сперматозоидов составляет менее 0,01%, предпочтительно менее 0,001%, более предпочтительно менее 0,00001%.37. The method according to p, characterized in that the humidity level of the sperm frozen under vacuum is less than 0.01%, preferably less than 0.001%, more preferably less than 0.00001%. 38. Способ по п.31, отличающийся тем, что изолированный сперматозоид инъецируют в ооцит в течение 1-60 мин после регидратации.38. The method according to p, characterized in that the isolated sperm is injected into the oocyte for 1-60 minutes after rehydration. 39. Способ получения живого потомства негуманоидного млекопитающего из изолированного ооцита, оплодотворенного регидратированным продуктом для искусственного оплодотворения по п.1, содержащим сперматозоид с поврежденной мембраной или головку сперматозоида, включающий сбор живых зрелых сперматозоидов от негуманоидных млекопитающих, суспензирование сперматозоидов в физиологической среде для суспензирования, замораживание суспензии сперматозоидов с получением замороженных сперматозоидов, высушивание замороженных сперматозоидов под вакуумом до уровня влажности менее 1% с получением высушенных вымораживанием сперматозоидов, регидратацию высушенных вымораживанием сперматозоидов, изолирование такого регидратированного сперматозоида с поврежденной мембраной или головки сперматозоида, который содержит сохранившее генетическую целостность и способное к оплодотворению ядро и способен после регидратации оплодотворять изолированный ооцит в результате микроинъекции с получением живого потомства, изолирование ооцита аналогичных видов негуманоидных млекопитающих, введение сперматозоида с поврежденной мембраной или головки сперматозоида в изолированный ооцит для образования оплодотворенного ооцита; культивирование оплодотворенного ооцита до получения живого потомства.39. A method for producing live offspring of a non-humanoid mammal from an isolated oocyte fertilized with a rehydrated artificial insemination product according to claim 1, comprising a sperm with a damaged membrane or a sperm head, including collecting live mature sperm from non-human mammals, suspension of spermatozoa in physiological cells, suspension of sperm to obtain frozen sperm, drying frozen sperm p vacuum to a moisture level of less than 1% to obtain freeze-dried sperm, rehydration of freeze-dried sperm, isolation of such a rehydrated sperm with a damaged membrane or sperm head, which contains a preserved genetic integrity and is capable of fertilization and can be insulated after re-hydration with live offspring, isolation of an oocyte of similar non-humanoid mammals Introduction of sperm with damaged membrane or sperm head into an isolated oocyte to form a fertilized oocyte; cultivation of a fertilized oocyte to obtain live offspring.
RU2000126472/13A 1998-10-23 1999-03-18 Method for growing normal descendants from oocytes injected with spermatozoa treated by drying with freezing RU2244525C2 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US60/078,925 1998-03-20
US60/089,938 1998-06-19
US09/177,391 US6641526B1 (en) 1998-03-20 1998-10-23 Development of normal offspring from oocytes injected with freeze-dried spermatozoa
US09/177,391 1998-10-23

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2000126472A RU2000126472A (en) 2003-06-20
RU2244525C2 true RU2244525C2 (en) 2005-01-20

Family

ID=34978277

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000126472/13A RU2244525C2 (en) 1998-10-23 1999-03-18 Method for growing normal descendants from oocytes injected with spermatozoa treated by drying with freezing

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2244525C2 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KATAYOSE H. et al. jhe ability of dehydrated hamster and human sperm nuclei to develop into pronuclei. BIOL. REPROD. 1992, v.47, p.277-284, ХР 002117/73. СОЛСБЕРИ Г.У. и др. Теория и практика искусственного осеменения коров в US. - М.: Колос, 1966, с.261-264, 317-318, 322-323, 334. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Moore et al. A 100-Year Review: Reproductive technologies in dairy science
Wakayama et al. Production of normal offspring from mouse oocytes injected with spermatozoa cryopreserved with or without cryoprotection
US6641526B1 (en) Development of normal offspring from oocytes injected with freeze-dried spermatozoa
Gook et al. Cryopreservation of mouse and human oocytes using 1, 2-propanediol and the configuration of the meiotic spindle
RU2267270C2 (en) Transgenesis due to intracytoplasmatic spermatic injection in mammalians
RU2303354C2 (en) Artificial insemination of mammalians with low quantity of sex-separated spermatozoa
Kishikawa et al. Fertility of mouse spermatozoa retrieved from cadavers and maintained at 4 C
Grøndahl et al. Intracytoplasmic sperm injection of in vitro-matured equine oocytes
JP2004505624A (en) Sperm cryopreservation
Buarpung et al. Feline spermatozoa from fresh and cryopreserved testicular tissues have comparable ability to fertilize matured oocytes and sustain the embryo development after intracytoplasmic sperm injection
Leibo The early history of gamete cryobiology
US7138227B2 (en) Frozen spermatozoa compositions and uses thereof
JP2009005651A (en) Method for preserving spermatid
RU2244525C2 (en) Method for growing normal descendants from oocytes injected with spermatozoa treated by drying with freezing
US20040161735A1 (en) Cryopreservation of oocytes and embryos and methods for producing animals involving the same
EP1161144A1 (en) Cryopreservation of oocytes and embryos and methods for producing animals involving the same
Luster Cryopreservation of bovine and caprine oocytes by vitrification
Amoah et al. Embryo recovery, evaluation, storage and transfer in goats
Lindeberg embryo technology in the farmed european polecat (Mustela putorius)
Momozawa et al. Vitrification of bovine blastocysts on a membrane filter absorbing extracellular vitrification solution
MXPA00009176A (en) Development of normal offspring from oocytes injected with freeze-dried spermatozoa
RU2442324C2 (en) Way to get several germs and mammal of defined sex
Dobrinsky Cryopreservationof pig embryos
AU2003213537B2 (en) Sex-specific insemination of mammals with low number of sperm cells
van der Ven et al. Vitrification of pronuclear embryos: research basis for aseptic technology and its application to oocytes and blastocysts

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070319