۱-۱- بیان مسئله
با وجود دستیابی به کارآیی نسبتاً بالا در تکنیک های انجماد اسپرم و جنین در پستانداران و از جمله گونه گوسفند، هنوز تکنیک مؤثری به منظور انجماد تخمک های این گونه حیوانی شناسایی نگردیده است. از جمله مهم ترین اهداف انجماد تخمک در نمونه های حیوانی می توان به حفظ و مدیریت ذخایر ژنتیکی، توسعه علم مهندسی ژنتیک، ارتقای تکنیک انتقال هسته[۲] (NT) در روند شبیه سازی، تهیه منابع کافی جهت انجام تحقیقات بنیادین، صادرات کم هزینه صفات ژنتیکی برتر و ایجاد بانک تخمک اشاره نمود. علاوه بر این با حفظ و ذخیره سازی طولانی مدت این منابع (تخمک) امکان اعمال برنامه های مدیریتی قویتر در مورد گونه های جانوری در معرض خطر انقراض و در انسان نیز امکان حفظ باروری در زنان در معرض خطر اختلال در عملکرد تخمدان به علت درمانهای خاص (شیمی و پرتو درمانی)، جراحی، نارسایی زودرس تخمدان و … فراهم می گردد؛ ضمن این که انجماد تخمک در نمونه های انسانی هیچ یک از مشکلات و محدودیت های اخلاقی و حقوقی انجماد جنین را نیز به همراه ندارد. مطالعات نشان می دهند که در تخمک های منجمد- ذوب شده، آسیب های فراساختاری، مورفولوژیک، فیزیولوژیک و عملکردی متعددی به چشم می خورد که مهم ترین آنها عبارتند از: وارد شدن صدمات غیرقابل برگشت به غشاء پلاسمایی تخمک، کاهش نفوذپذیری انتخابی غشاء پلاسمایی، اگزوسیتوز زودرس گرانول های کورتیکال، سفت و سخت شدن زوناپلوسیدا، کاهش شدید میکروویلی ها، بهم ریختگی شدید اووپلاسم، تغییرات شدید و کاهش مشخص دستجات میکروتوبول ها و میکروفیلامان ها، بهم ریختگی دوک تقسیم و حرکت اجزاء اطراف سانتریول ها به مرکز تخمک، خرد شدن هسته، افزایش احتمال پارتنوژنزیس، کاهش شدید فاکتور پیشبرنده میتوز MPF[3]، کاهش مشخص متابولیت ها و پروتئین ها، آنپلوییدی و پلی پلوییدی اشاره نمود .
در این مطالعه به بررسی افزودن برخی عوامل مؤثر در روند اتجماد تخمک مانند آلدوسترون در محیط های اختصاصی کشت جنین و تأثیر آنها بر بیان پروتیین مورد نظر (Na/K ATpase)در مراحل مختلف جنینی
می پردازیم. بدیهی است نتایج حاصل از این مطالعه ضمن مشخص نمودن میزان تاثیر عامل افزوده شده بر روند تکامل تخمک و جنین های حاصله از انجماد، امکان ارتقای کیفی روش های انجمادی تخمک مبتنی بر نتایج بدست آمده را نه تنها در این گونه جانوری بلکه در سایر پستانداران از جمله انسان فراهم نموده و بدین ترتیب گامی موثر در جهت رفع معضل تکامل تخمک های انجمادی از مورولا به بلاستوسیست در پستانداران برداشته خواهد شد. لازم به ذکر است تا به حال تأثیر آلدوسترون در روند تکاملی جنین های حاصل از تخمک های منجمد- ذوب شده گوسفند بررسی نگردیده است و در صورت وجود تأثیر مثبت در این زمینه، موجب تحول روش های انجماد تخمک در گوسفند و حتی سایر گونه ها خواهد شد .
۱-۲- اهداف پژوهش
۱- بررسی تأثیر هورمون آلدوسترون افزوده شده در طی IVM و مراحل مختلف جنینی بر عملکرد پمپ های Na+/K+/ATPase موجود در غشای بازولترال تروفکتودرم جنینی و برطرف شدن توقف جنین های حاصل از تخمک های منجمد- ذوب شده، در مرحله مورولا .
۲- ارتقای پروتکل های انجماد تخمک در گوسفند با هدف ارتقای کیفی(جنینهای حاصله از افزایش میزان تفریخ، ICM/Total) عملکرد اجزای داخل سلولی و یا کاهش آسیب های ساختاری تخمک در روند تکامل جنین های حاصل از تخمک های منجمد- ذوب شده .
۱-۳- ضرورت انجام تحقیق
این پروژه با هدف پاسخ به برخی از سؤال های زیر طراحی گردید: بررسی تأثیر هورمون آلدوسترون افزوده شده در مراحل مختلف جنینی بر عملکرد پمپ های Na+/K+/ATPase موجود در غشای بازولترال تروفکتودرم جنینی و برطرف شدن توقف جنین های حاصل از تخمک های منجمد- ذوب شده، در مرحله مورولا؛ بررسی ارتباط بین تجویز هورمون های فعال کننده تحت واحد های ۱α و ۱β پمپ Na+/K+/ATPase و میزان افزایش عملکرد آنزیم مذکور در مرحله انتقال از مورولا به بلاستوسیست و متعاقباً بهبود روند تکاملی جنین های حاصل از تخمک های منجمد- ذوب شده و ارتقای پروتکل های انجماد تخمک در گوسفند با هدف ارتقای عملکرد اجزای داخل سلولی و یا کاهش آسیب های ساختاری تخمک در روند تکامل جنین های حاصل از تخمک های منجمد- ذوب شده .
۱-۴- تولید جنین در شرایط In vivo
۱-۴-۱- روند ایجاد سلول جنسی ماده[۴]
واحدهای عملکردی تخمدان فولیکول نام دارند که تحت سازماندهی سلولی خاص تخمک را در خود جای دادهاند. این سازماندهی سلولی ثابت نبوده و در طی مراحل مختلف زندگی فولیکول تغییرات پیچیدهای مییابد. حاصل این تغییرات به آزاد شدن تخمک[۵] و یا تحصیل فولیکول رسیده منجر خواهد شد ]۱۳۲،۵۴[.
تولید مثل با تکامل تخمکها در تخمدان آغاز میگردد. تعداد ۱ تا ۲۵ تخمک، بسته به گونه حیوان، در مرحلهای از سیکل جنسی حیوان ماده به نام فاز اوولاسیون[۶] از فولیکول تخمدانی به داخل حفره شکمی آزاد میشوند. سپس این تخمکها از طریق لوله رحمی مربوطه وارد رحم میشوند. فولیکولهای تخمدانی متعددی در مراحل مختلف تکاملی در استرومای کورتکس واقع شدهاند. بیشترین فولیکولها، فولیکولهای پریموردیال[۷] هستند. هر فولیکول پریموردیال حاوی یک تخمک اولیه است که توسط یک لایه از سلولهای فولیکولی سنگفرشی احاطه شده است. در ادامه رشد این فولیکولها، سلولهای فولیکولی تبدیل به سلولهای مکعبی یا استوانهای کوتاه میشوند ]۱۴۸،۸۱ [.
مجموع وقایعی که منجر به تولید سلول زایایی تخمک در جنس ماده میشود، باعث بروز تمامی واکنشهای لازم قبل، حین و بعد از واکنش با اسپرم در تخمک می شود که شامل یک پروسه طولانی از تمایز اووگونی در تخمدان جنینی تا بلوغ نهایی تخمک، درست قبل از اوولاسیون آن میباشد.
از مدتها قبل مشخص شده که فقط تعداد کمی از تخمکهای اولیه حیوانات و نیز انسان میتوانند رشد ثانویه خود را دنبال کرده، تبدیل به تخمک ثانویه شده و تخمکگذاری کنند. بطور مثال در مورد گاو تخمین زده اند که در تخمدانهای گوساله تازه متولد شده حدود ۲۰۰٫۰۰۰ تخمک وجود دارد که احتمالاً کمتر از ۳۰۰ عدد آنها به مرحله تخمکگذاری میرسند] ۵۲،۱۳۶،۲۰[.
در فرایند بلوغ، اووسیت اولیه، پروفاز نخستین تقسیم میوزی پس از تولد را تکمیل میکند. در زمان بلوغ، تغییرات بعدی رخ میدهند. اووسیت اولیه حاوی تعدادی کرموزومهای دیپلوئید (xx) است. به طوری که در مرحلهی بلوغ، اووسیت بزرگ شده، سلولهای فولیکولی، مکعبی و به چندین لایه تکثیر مییابند. همچنین یک غشای مخطط به نام زوناپلوسیدا[۸]، پیرامون اووسیت تشکیل میشود (این لایه با به هم پیوستن زواید اووسیت اولیه و گلیکوپروتئین موجود در محل تشکیل شده است)، فولیکول بزرگ شده و فضاهای پر از مایع، بین سلولهای فولیکولی، پدیدار شده و به هم میپیوندند تا آنتروم فولیکول[۹] را تشکیل دهند. به همین دلیل، سلولهای فولیکولی، تفکیک میشوند تا لایهی گرانولوزوم[۱۰] و کومولوس اووفوروس[۱۱]، را تشکیل دهند. تک خارجی[۱۲] (لایهی فیبروزی) و تک داخلی[۱۳] (لایهی عروقی و سلولی) به وسیلهی سلولهای استرومایی تخمدان در خارج از لایهی گرانولوزوم، به وجود آمده و به این ترتیب، فولیکول گراف بالغ به وجود میآید. اووسیت اولیه، نخستین تقسیم میوزی را که در خلال حیات پیش از تولد آغاز شده بود، کامل میکند. در نتیجه دو سلول دختر هر یک با تعداد کروموزومهای هاپلوئید (n) تشکیل میشوند. در این فرایند تقسیم هستهای برابر بوده اما تقسیم سیتوپلاسمی نابرابر است. بنابراین یک سلول دختر که سیتوپلاسم فراوانی از سلول مادر دریافت کرده، بزرگ میشود. این سلول اووسیت ثانویه نامیده میشود. سلول کوچک، نخستین گویچهی قطبی[۱۴] است که در فضای پیرامون زردهای[۱۵] جای داده میشود. در شکل ۱-۱ روند کلی انجام اووژنز آمده است.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
تخمک گذاری[۱۶]، هنگامی رخ میدهد که یک فولیکول گراف بالغ در سطح تخمدان، پاره شود. تخمکگذاری میتواند در هر نقطه از سطح، به جز ناف تخمدان صورت گیرد. در این فرایند، اووسیت ثانویهی احاطه شده به وسیلهی زوناپلوسیدا و سلولهای کومولوس اوفوروس از تخمدان بیرون رانده میشوند.
۱-۴-۱-۱- ویژگیهای اووسیت ثانویه
الف: از سایر سلولها بزرگتر است. قطر آن نزدیک به ۱۵۰ میکرومتر است.
ب: غشای سلولی آن، غشای زردهای[۱۷] نامیده میشود. این غشا به وسیلهی زوناپلوسیدا، پوشیده شده است.
ج: فضای بین غشای زردهای و زوناپلوسیدا فضای پیرامون زردهای نامیده میشود.
د: هسته بزرگ خارج مرکزی و حاوی نیمی از کروموزومها است.
ه: در بیشتر پستانداران، اووپلاسم[۱۸] یا زرده شبیه به سیتوپلاسم سلولهای دیگر است. این نوع تخمها، تخمهای
میکرولسیتال[۱۹] (کم زرده) نامیده میشود. تخمهای پرندگان، حاوی زرده سرشار از مواد مغذی (دیوتوپلاسم) بوده و به همین سبب تخمهای ماکرولسیتال[۲۰] (پرزرده) نامیده میشوند.
اووسیتهای پستانداران عالی، حاوی زردهی اندکی هستند که تقریباً یکنواخت و پراکنده بوده و بنابراین تخمهای ایزو لسیتال[۲۱] نامیده میشوند.
و: سلولهای پیرامون اووسیت، به طور شعاعی به زوناپلوسیدا، متصل شدهاند. این لایههای سلولی تاج مشعشع[۲۲] نامیده میشوند.
ز: سانتروزوم[۲۳] با دو سانتریول[۲۴]، مجاور هسته قرار گرفته است ] ۲۲[.
۱-۴-۲- روند ایجاد سلول جنسی نر[۲۵]
فرایند تبدیل سلولهای جنسی اولیهی نر به اسپرم، نتیجهی مجموعهای از تغییرات شیمیایی و فیزیکی است. این فرایند از زمان بلوغ آغاز میشود. سلولهای جنسی اولیهی نر، از راه میتوز تقسیم شده و اسپرماتوگونیا را به وجود میآورند، آنها تمایز مییابند تا اسپرماتوسیتهای اولیه را به وجود آورند که هر یک از آنها حاوی همان تعداد کروموزومهای دیپلوئید (۲n) معمول گونه است. هر اسپرماتوسیت اولیه، دستخوش تقسیم کاهشی (میوز I) شده و دو سلول اسپرماتوسیتهای ثانویه را به وجود میآورند. بنابراین، اسپرماتوسیتهای ثانویه، حاوی تعداد کروموزومهای هاپلوئید (n) هستند. هر اسپرماتوسیت ثانویه، دیگر بار با تقسیم غیرکاهشی (میوزII )، تقسیم شده و اسپرماتیدها را به وجود میآورد.
اسپرماتیدها از راه فرایند اسپرمیوژنز[۲۶]، بدون هیچ تقسیم سلولی، متحمل تغییر شکل متامورفولوژیکی[۲۷] شده و به اسپرماتوزوآ تبدیل میشوند. وزیکولهای گلژی[۲۸] به هم میپیوندند تا کلاهک سری تشکیل شود. سانتریول خلفی، فیلامنتهای محور[۲۹] بدنه و دم را به وجود میآورد. میتوکندریها به شکل مارپیچی، آرایشی دوباره یافته و غلاف میتوکندریایی[۳۰] را تشکیل میدهند و اسپرماتید طویل میشود]۱۴۱[در شکل ۱-۱ روند کلی اسپرماتوژنز آمده است.
شکل ۱-۱- روند انجام اووژنزیزیس و اسپرماتوژنزیس]۱۴۱[
۱-۴-۳- لقاح
فرآیندی است که در خلال آن دو سلول جنسی بالغ (یک اسپرم و یک تخمک) در هم آمیخته و یک سلول واحد به نام سلول تخم را تشکیل میدهند. بنابراین سلول تخم، یک سلول دیپلوئید تمایز نیافته است که از در هم آمیختن دو گامت هاپلوئید بسیار تخصص یافته تشکیل شده است . لقاح در لولهی رحمی رخ میدهد. در زمان لقاح، اووسیت ثانویه (هاپلوئید)، در پی تولید شدن از اووسیت اولیه با فرایند نخستین تقسیم کاهش میوزی، آزاد میشود. اووسیت ثانویه، به لولهی رحمی رسیده و در تماس با اسپرماتوزوآ قرار میگیرد.
در هر انزال[۳۱] ، نزدیک به ۲۰۰ تا ۳۰۰ میلیون اسپرم، آزاد میشود. از این تعداد، نزدیک به ۵۰۰ اسپرم به محل لقاح میرسند. تنها یک اسپرم پس از گذشتن از سد تاج مشعشع، زوناپلوسیدا و غشای زردهای اووسیت ثانویه، به اووسیت میپیوندند. سایر اسپرمهایی که به تخمک رسیدهاند، درگیر تجزیهی ماتریکس بین سلولهای تاج مشعشع به وسیلهی ترشح آنزیم هیالوروینداز[۳۲] میشوند. بقیهی اسپرمها در عرض ۲۴ ساعت پس از انزال میمیرند. پس از لقاح وقایع زیر رخ می دهد:
۱-اووسیت ثانویه، به محض ورود اسپرم، دومین تقسیم میوزی (بلوغ) را کامل کرده و همچنان که دومین گویچهی قطبی[۳۳] را به بیرون از غشای زردهای (فضای پیرامون زردهای) میراند، یک تخمک بالغ را تشکیل میدهد.
۲- هستهی تخمک بالغ، پیش هستهی ماده[۳۴] نامیده میشود. هم زمان، سر اسپرم، متورم میشود تا پیش هستهی نر[۳۵] را تشکیل دهد . هر دو پیش هسته، در هم آمیخته و تعداد کروموزوم دیپلوئید، دوباره در سلول تخم، بر قرار میشود.
۳- جنسیت کروموزومی[۳۶]، تعیین میشود. اگر اسپرم حاوی کروموزوم x ، تخمک را بارور کند، نتاج ماده شده و اگر یک اسپرم حاوی کروموزوم Y، تخمک را بارور کند یک حیوان نر، به وجود میآید.
شکل ۱-۲- روند انجام لقاح از زمان رشد تخمک]۱۴۱[
۱-۴-۴- تسهیم
پس از تشکیل تخم، رویان متحمل تقسیمات میتوزی متعددی میشود. سلول تخم در مقایسه با سلولهای غیر جنسی بدن دارای نسبت سیتوپلاسم به هسته بیشتری است. طی تقسیماتی که این سلول انجام میدهد، این نسبت به تدریج کوچکتر میشود ، یعنی از مقدار سیتوپلاسم آن به تدریج کم شده و هسته آن نسبتاً بزرگتر میشود. این نوع تقسیمات را تسهیم گویند.
از طرفی الگو و نحوه تسهیم به میزان زردهای که در زایگوت موجود است بستگی خواهد داشت . در پرندگان حجم زیاد زرده مانع از تقسیم کامل زایگوت شده ، بنابراین کلیواژ نسبی[۳۷] و مروبلاستیک[۳۸] است. کلیواژ کامل[۳۹] یا هلو بلاستیک[۴۰] در پستانداران جفتدار که زایگوت دارای حداقل مقدار زرده است رخ میدهد. تقسیمات میتوزی رویان را میتوان به مراحل مختلف تقسیم کرد .
پس از اولین تقسیم، سلول تخم به رویان دو سلولی تبدیل میشود و هر یک از این سلولها که اینک یک بلاستومر[۴۱] نامیده میشود ، مجدداًً چندین بار تقسیم شده به ترتیب رویانهای چهار سلولی ، هشت سلولی و شانزده سلولی را به وجود میآورند. در هر یک از این مراحل بلاستومرها به طور هم زمان دچار تقسیمات میتوزی میشوند. حدوداً از مرحلهی شانزده سلولی به بعد در گاو، هم زمانی تقسیم میتوز بین بلاستومرها از بین میرود و سلولها از نظر فیزیولوژیکی تفرق مییابند. به عبارت دیگر تا مرحله شانزده سلولی هر یک از سلولها قادرند که پس از چند تقسیم میتوزی به یک رویان تبدیل شوند ولی از مرحله شانزده سلولی به بعد سلولها به گروههای مختلف (از نظر فیزولوژیکی) تقسیم شده و تقسیم وظایف میشوند.
زمانی که رویان به مرحله شانزده سلولی رسید مورولا[۴۲] نامیده میشود . در مرحلهی مورولا بلاستومرها از حالت کروی خارج میشوند و جدارهی سلولها در تماس کامل با یکدیگر قرار میگیرند و نهایتاً یک تودهی سلولی کروی شکل ر ا به وجود میآورند. در این مرحله آن را مورولای متراکم[۴۳] میگویند. تماس سلولها به خصوص سلولهایی که در حاشیهی تودهی سلولی مورولای متراکم قرار دارند، سبب میشود مایعاتی که وارد سلولها شده، نتواند به راحتی از آن خارج شود.
همزمان با انباشته شدن مایع در داخل تودهی سلولی، سلول ها به دو گروه تقسیم میشوند . بخشی از آنها در حاشیه قرار میگیرند و تشکیل کیسهای به نام تروفکتودرم[۴۴] را میدهند. سلولهای تشکیل دهنده این لایه را تروفوبلاست[۴۵] یا سلولهای حاشیهای میگویند. بقیه سلولهای رویان که در داخل کیسهی تروفکتودرم قرار دارند به تدریج دور یکدیگر تجمع مییابند و تشکیل تودهی سلولی داخلی[۴۶] را میدهند. سلولهای تشکیل دهنده توده سلولی را سلولهای رویانی یا امبریوبلاست[۴۷] مینامند. سلولهای رویانی مسئول ساختن بافتهای مختلف بدن نوزاد هستند و سلولهای حاشیهای نیز پس از تحمل تغییراتی، به خارجیترن لایه پردههای رویانی، یعنی لایهی کوریون[۴۸] تبدیل میشوند.
ترشحات بلاستومرها در داخل مورولای متراکم جمع شده و حفرهی پر از مایعی را تشکیل میدهند. این مایعات در فضایی که در حد فاصل بین توده سلولی و لایه تروفکتودرم ایجاد میشود، تجمع مییابند. در نتیجه تجمع این مایعات، توده سلولی فشرده شده و به گوشهای رانده میشود. فضایی را که این مایعات اشغال میکنند، بلاستوسل[۴۹] و رویان بلاستوسلدار را بلاستوسیست[۵۰] یا بلاستولا مینامند. به تناسب رشد بلاستوسیست، بلاستوسل به تدریج بزرگتر شده و توده سلولی کوچکتر میشود . بر همین اساس مرحله بلاستوسیست را میتوان به بلاستوسیست اولیه[۵۱]، بلاستوسیست و بلاستوسیست پیشرفته[۵۲] تقسیم کرد.
در مرحله بلاستوسیست پیشرفته، بخش اعظم رویان به وسیله بلاستوسل اشغال میشود و تودهی سلولی تنها گوشهای از حجم رویان را پر میکند. از این مرحله به بعد، افزایش حجم مایع بلاستوسل و رشد توده سلولی به گونهای است که لایهی شفاف نمی تواند آن را تحمل نماید. لذا لایه شفاف به تدریج نازکتر شده و نهایتاً پاره میشود.
پس از پاره شدن آن، رویان که اینک شامل توده سلولی، لایه حاشیهای و حفره بلاستوسل است، از لایه شفاف خارج شده، پس از آن میتواند به راحتی افزایش حجم یابد. رویان را در این مرحله بلاستوسیست آزاد[۵۳] میگویند ] ۷۳، ۱۳[ .
۱-۵- تولید جنین در شرایط In vitro
تولید جنین در شرایط آزمایشگاه شرایط تولید مقادیر انبوه جنین در مراحل تکاملی گوناگون را ایجاد میکند و از اینرو بسیار مورد استقبال دانشمندان علومزیستی تولید مثلی و بیوتکنولوژی قرار گرفته است.
برخی کاربردهای این تکنیک عبارتند از:درمان ناباروری به ویژه در انسان، ایجاد روش های نوین تعیین جنسیت جنین، درمان بیماریها با بهره گرفتن از سلولهای بنیادی، مقاصد دارویی، تحقیقات در تمامی جنبه های شبیهسازی، پیشرفت فناوری تزریق ژن، مطالعهی مراحل مختلف جنینی و کاربردهای تجاری همانند تسهیل دوقلوزایی در گلههای گوشتی، سرعت بخشیدن به برنامههای اصلاح نژاد، نجات گونه های در حال انقراض و بسیاری کاربردهای دیگر[۷۲،۱۲۸].
پیشرفت موفقیتآمیز و کاربرد گسترده این روشها و فناوریهای وابسته، ارتباط تنگاتنگی با گسترش فناوریهای پایه مرتبط با بلوغ آزمایشگاهی اووسیت[۵۴]، لقاح آزمایشگاهی[۵۵]، کشت آزمایشگاهی جنین[۵۶]، تکنیکهای انتقال جنین[۵۷] و روش های کشت اسپرم در آزمایشگاه دارد.
در ابتدا در بسیاری از موارد، کار بر روی تخمدانهای جمعآوری شده از کشتارگاهها انجام میگرفت. امروزه نیز استفاده از نمونه های حاصل از کشتارگاه کاربرد فراوانی دارد، البته هماکنون یکی از روش های متداول، برداشت اووسیت با بهره گرفتن از روش های اولتراسونوگرافی از حیوانات بارور یا نابارور میباشد.
۱-۵-۱- بلوغ آزمایشگاهی تخمک (IVM)