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探秘微孔培養(yǎng)——為胚胎創(chuàng)造更優(yōu)越的成長環(huán)境

韋拓生物2024年07月26日

       由韋拓生物首席科學家Gábor Vajta教授首次提出的微孔培養(yǎng)WOW（Well of the Well）是一種創(chuàng)新的體外胚胎培養(yǎng)方法 1，旨在模擬胚胎在體內(nèi)發(fā)育時的微環(huán)境，以提高胚胎的發(fā)育效率和質(zhì)量2。

孔中孔（WOW）設計理念

在WOW系統(tǒng)中，培養(yǎng)皿底部設計了微小的微孔，這解決了傳統(tǒng)微滴培養(yǎng)中可能出現(xiàn)的胚胎位移或合并的問題。每個微孔可以容納一個或多個胚胎，它們共享上層的培養(yǎng)液，但各自獨立地處于自己的微孔中。這種設計有助于胚胎在模擬自分泌成長因子積累的環(huán)境中發(fā)育。此外，WOW系統(tǒng)還利用了Fick’s second law（菲克第二定律）來精確調(diào)控大分子生長因子和小分子代謝毒素的濃度3。這種精確的濃度控制有助于為胚胎提供一個更加理想的生長環(huán)境。

       WOW系統(tǒng)通過其獨特的設計，為胚胎提供了一個理想的三維培養(yǎng)環(huán)境。這種設計使得微孔的底部比上端開口部分更窄，形狀類似于倒置的圓錐。這樣的結構不僅讓胚胎與周圍的培養(yǎng)環(huán)境更加貼合，還促進了胚胎自身與其他胚胎的自分泌因子的交換和濃縮。

       與傳統(tǒng)的二維平面培養(yǎng)相比，WOW系統(tǒng)能夠更好地模擬胚胎在體內(nèi)發(fā)育的環(huán)境。這種微環(huán)境有助于胚胎吸收培養(yǎng)液中的營養(yǎng)成分，并促進共培養(yǎng)體系中各種因子的相互作用。即便是在單培養(yǎng)的情況下，WOW系統(tǒng)也能顯著提升胚胎的發(fā)育效果。

       研究表明，WOW系統(tǒng)中培養(yǎng)的胚胎展現(xiàn)出更高的分裂率和囊胚形成率。這一效果在牛和豬的模型中尤為顯著，表明WOW系統(tǒng)為哺乳動物胚胎（包括人類胚胎）的培養(yǎng)提供了一種有潛力的替代方案4。

       WOW系統(tǒng)有助于提高胚胎觀察的清晰度，便于對胚胎進行常規(guī)觀察和操作，有利于實驗室中對多個胚胎的快速檢查。

兼顧單/共培養(yǎng)的優(yōu)勢

       WOW系統(tǒng)支持共培養(yǎng)和單培養(yǎng)兩種模式。在共培養(yǎng)中，多個胚胎分別在獨立的微孔中發(fā)育，這不僅增加了局部生長因子的濃度，還可能通過胚胎間的相互作用，提升整體的發(fā)育效率。特別是在囊胚形成率和質(zhì)量上，WOW系統(tǒng)表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢5。

稀釋代謝產(chǎn)物

       WOW系統(tǒng)的微孔設計使得大分子生長因子（如bFGF、TGF、IGF、PAF和泛素6）能在微孔內(nèi)積累，形成高濃度區(qū)域，從而促進胚胎生長。同時，小分子代謝產(chǎn)物（如銨離子）由于其高擴散性和低分子量，易于從微孔擴散到外部，有效降低了微孔內(nèi)的有害物質(zhì)濃度，減少了對胚胎的毒性影響。

       這種設計不僅優(yōu)化了胚胎生長所需的大分子因子濃度，還有效稀釋了小分子有害代謝物，減少了其潛在傷害。WOW系統(tǒng)在提高囊胚率和胚胎質(zhì)量方面具有顯著優(yōu)勢，增強了胚胎間的相互作用，提高了高質(zhì)量囊胚的培育幾率及臨床應用的成功率。

 

參考文獻：

【1】Vajta G, Peura TT, Holm P, et al. New method for culture of zona-included or zona-free embryos: the Well of the Well (WOW) system.?Mol Reprod Dev. 2000;55(3):256-264.

【2】Swain JE, Smith GD. Advances in embryo culture platforms: novel approaches to improve preimplantation embryo development through modifications of the microenvironment.?Hum Reprod Update. 2011;17(4):541-557.

【3】Matsuura K. Numerical calculations for diffusion effects in the well-of-the-well culture system for mammalian embryos.?Reprod Fertil Dev. 2014;26(5):742-751.

【4】Vajta G, Kor?si T, Du Y, et al. The Well-of-the-Well system: an efficient approach to improve embryo development.?Reprod Biomed Onlin.2008;17(1):73-81.

【5】Vajta G, Parmegiani L, Machaty Z, Chen WB, Yakovenko S. Back to the future: optimised microwell culture of individual human preimplantation stage embryos.?J Assist Reprod Genet. 2021;38(10):2563-2574.

【6】Ieda S, Akai T, Sakaguchi Y, et al. A microwell culture system that allows group culture and is compatible with human single media.?J Assist Reprod Genet. 2018;35(10):1869-1880.