据美国疾病控制和预防中心统计,在过去的20年里,40-44岁之间的美国女性数量翻了一番。随着越来越多的女性选择晚婚晚育,美国冷冻卵子的女性数量出现了“指数级”生长。过去,大多数冷冻卵子的女性都患有化疗或放疗的疾病,但现在,越来越多的单身女性也加入了冷冻卵子的行列。
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女性出生前卵母细胞约700万,出生后卵母细胞减少到200万。随着个体的生长,原始卵泡逐渐发育为生长卵泡,在此期间大部分卵泡都会闭锁凋亡。随着性成熟中下丘脑-垂体腺轴的逐渐建立,每月只有一个优势卵泡能在卵泡刺激素和促黄体素的作用下排出卵母细胞。35岁是女性生育的分水岭。35岁以后,女性卵母细胞的质量就像坐过山车,直线下降,卵子每年都会加速衰老。因此,年轻女性往往不需要急于冷冻卵子,但如果年龄超过35岁,她们需要采取预防措施,借助现代医学手段及时冷冻卵子。
低温可以减少生物代谢,超市冷冻食品是利用这一原理快速冷却新鲜食品,减少食品热量或支持各种化学活动能量,同时冷冻细胞部分游离水,降低水活性,最终减少食品营养损失,减少细菌繁殖有利于其长期保存。
速冻蔬菜
卵母细胞的冷冻保存也采用了低温降低代谢的基本原理,即在抗冻保护剂的作用下,在冷冻前缓慢冷却卵母细胞中的水分,在低温下降低卵母细胞中的物质代谢,使其处于相对静止的发育状态,以达到长期保存的目的。但卵母细胞的冷冻程序比速冻食品要复杂得多。如果低温超过0℃,这种减缓过程通常是可逆的,即在温度升高后,新陈代谢的速度也会恢复。冷藏食品的冷藏温度为-1℃~8℃,只能在不改变食品本身性质的情况下减缓食品的变质速度。但当温度降至冰点以下时,生物体往往会因细胞结冰而造成不可挽回的损伤,即冻伤。
冷冻食品中的水会在低温下形成锋利的结晶,穿透细胞壁或细胞膜。温度升高后,食物本身的性质也发生了变化,这也是冷冻食品味道差于新鲜食品的主要原因之一。食物味道差可以稍微让步,但卵母细胞是一个细胞,在冷冻过程中尽可能减少冰晶对其的损害,确保其生存是卵母细胞冷冻保存技术的关键。
细胞保存的最初方法是慢速冷冻。慢速冷冻法首次由Whitingham等(1972)发明,首次成功冷冻小鼠的8-细胞胚胎,解冻移植后获得后代,是低温生物学发展史上的重要突破。该方法的主要原理是在低浓度抗冻保护剂的作用下,卵母细胞缓慢冷却,实现细胞逐渐脱水。其主要目的是使卵母细胞逐渐适应高浓度的抗冻保护剂,使抗冻保护剂能够充分渗透到细胞中,在冷冻前将卵母细胞中的水分取出,防止有害冰晶的形成造成细胞损伤。主要过程是将细胞或胚胎放入低浓度抗冻保护剂中,在-5℃~-7℃下预平衡细胞外植冰几分钟,然后以0.3-0.5℃/min的降温速率逐渐降温至-65℃左右,最后放入液氮中长期保存。
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另一种冷冻方法是玻璃化冷冻,将卵母细胞放置在高浓度的抗冻保护剂中(6) mol/L)在-196℃的液氮中,抗冻保护剂从液体转变为半固体,最终呈现透明的玻璃状态,保留了分子和离子在液体中的排列,因此,在冷却过程中有效地减少了细胞内冰晶的形成,减少了对卵母细胞的损伤。
玻璃化液中MII期卵母细胞的形态变化
A.进入玻璃化液前的形状;B.平衡液中的形态;C.玻璃化液中的形态;D.解冻液中的形态;E.解冻后洗液中的形状;F.玻璃化冷冻的效果需要考虑三个因素:冷却速率、玻璃化液的粘度和玻璃化液的体积。冷却速度越大,玻璃化液粘度越高,玻璃化液体积越小,玻璃化程度越好。Rall和Fahy于1985年首次成功实现玻璃冷冻胚胎。此后,研究人员不断改进,建立了简单快速的玻璃冷冻方法。目前,它已广泛应用于人类、牲畜、实验动物卵母细胞和哺乳动物胚胎的冷冻和保存。1999年,Kuleshova将玻璃化冷冻技术应用于人卵母细胞的冷冻,并获得了第一个冷冻卵母细胞的胎儿。
低温可以延长卵母细胞的寿命,但也会造成一定的损伤。卵母细胞冷冻过程中主要有两种损伤类型:物理损伤和化学损伤。物理损伤主要是指冷冻冷却过程中形成的细胞内外冰晶对卵母细胞膜、透明带和卵母细胞内的各种细胞器造成的损伤。研究表明,冷冻过程会导致卵母细胞透明带硬化,在一定程度上影响卵子的受精率。
冷冻造成的化学损伤主要来自抗冻保护剂。抗冻剂主要分为渗透性保护剂和非渗透性保护剂。渗透性保护剂是一种小分子物质,也被称为细胞内保护剂,可以自由进出细胞膜。其主要功能是将细胞膜从相对液体转变为相对固体。常用的是二甲基亚啶(DMSO)、甘油(GL)、乙二醇(EG)EG化学毒性小,但玻璃化状态差,DMSO分子大,透气性差,但玻璃化状态好,抗冻保护剂常混合使用,这不仅可以降低化学毒性,还可以形成更好的玻璃化状态。非渗透性保护剂又称细胞外保护剂,分子量大,不能进出细胞膜,主要是在细胞外形成渗透压梯度,使细胞内的水分脱落,减少细胞内冰晶的形成。
随着卵母细胞冷冻保存技术的不断发展,低毒抗冻保护剂和携带较小体积冷冻液的冷冻设备不断开发和更新,逐渐减少了冷冻对卵母细胞的损伤。卵母细胞的冷冻保存效率从1999年每100个卵母细胞获得一个妊娠胚胎提高到现在每20个卵母细胞获得一个妊娠胚胎。研究表明,冷冻卵母细胞可以通过IVF获得与新鲜卵母细胞相同的受精率和妊娠率。对165名孕妇和200名婴儿的平均出生体重和先天缺陷率的调查发现,冷冻卵母细胞的儿童与自然妊娠和常规辅助生殖技术的儿童在上述两个指标上没有明显差异。对936名通过冷冻保存卵母细胞技术出生的儿童的另一项调查还显示,冷冻并没有提高后代的先天畸形率。综上所述,卵母细胞的冷冻保存是一种安全可靠的辅助生殖技术,可用于保持女性生育能力,延迟女性生殖周期。
冷冻卵宜早不宜晚,“后悔药”有时效
单身女性目前可以在美国、日本、英国和西班牙冷冻卵子。在美国,允许年轻女性有偿提供 卵子。2013年5月,日本首次为不孕夫妇提供服务 卵子库建成;日本允许40岁以下的单身女性在2013年8月提交冷冻保存卵子的申请。卵子冷冻技术在英国已经发展多年。随着时间的推移,冷冻卵子的主要群体也从越来越多的癌症患者转变为非治疗性的年轻女性。年轻女性希望通过冷冻卵子来缓解生育压力。
那么中国单身女性能冷冻卵子吗? 《卫生部关于修订人类辅助生殖技术和人类精子库相关技术规范、基本标准和伦理原则的通知》明确提出:“禁止对不符合国家人口和计划生育法规和规定的夫妇和单身妇女实施人类辅助生殖技术。”冷冻卵母细胞是一种人类辅助生殖技术,只能在中国进行治疗。因此,单身女性在中国冷冻卵母细胞是不可行的。
目前,徐静蕾等国内女演员需要出国冷冻卵母细胞。随着整个人类寿命的延长,女性的更年期并没有延迟。一般来说,为了提高卵母细胞的质量,最好在25-40岁之间冷冻卵母细胞。随着对卵母细胞冷冻需求的不断扩大,在未来中国开放非治疗性卵子冷冻也是《纽约时报》的趋势。
卵子冷冻
“后悔药”并非“百忧解”
女性除了冷冻卵母细胞和胚胎外,还可以通过冷冻卵巢组织来保存生殖细胞。该方法主要适用于因疾病需要放疗或化疗的女性患者,在放疗和化疗前取出部分卵巢组织进行冷冻。近年来,卵巢组织的冷冻技术在临床实践中也取得了一定的效果。
冷冻胚胎也是保存生育能力的重要手段之一。卵母细胞是单细胞,一旦受损,就很难存活。相比之下,胚胎是多细胞,对冷冻保存的耐受性更强。然而,人类胚胎的冷冻保存仍存在一些伦理争议,冷冻胚胎不适用于单身女性。目前,胚胎冷冻保存广泛应用于畜牧业生产,为优秀种质资源的保存和运输提供了极大的便利。
随着多能干细胞技术的发展,胚胎干细胞或诱导多能干细胞(iPS)卵母细胞已成为生殖研究的热点。胚胎干细胞或iPS是多能细胞,具有多种分化潜力,其中重要的是具有系统分化能力。胚胎干细胞体外分化通过体外培养获得卵母细胞,对理解有性生殖和减数分裂的机制具有重要的参考意义。在小鼠身上,利用这种技术可以在体外获得分化的卵母细胞,这种卵母细胞具有受精能力。尽管如此,物种之间的差异使得这种技术在人类中的应用需要很长时间。未来生殖领域研究的热点将是寻找非胚胎源干细胞进行体外分化培养,实现体外减数分裂,也将是未来生殖领域最具挑战性的研究课题。
雌性生殖老化的主要原因有两个:母源性老化和胎源性老化。卵母细胞质量下降属于胎源性老化,母源性老化是指子宫老化和生殖内分泌轴老化。随着年龄的增长,女性子宫对胚胎的接受度会逐渐降低,内分泌系统会因衰老而异常,这也是高龄女性生育能力低的重要原因。基于此,即使女性冷冻卵母细胞,通过冷冻卵母细胞和IVF等辅助生殖技术获得后代的概率也很低。也就是说,除了通过冷冻保存技术或体外培养获得高质量的卵母细胞外,还需要注意女性生殖衰老的发生机制。也许在不久的将来,人类可以通过“人造子宫”孕育自己的后代。目前,冷冻卵母细胞仍然是女性保持生育能力的最佳选择,积极推进我国该技术的合法化进程实现我国妇女的生育自由具有重要意义。