利用溶氧感测晶片量化单一囊胚的呼吸活性

Using Oxygen Consumption Rate to Quantify the Respiratory Activity of Single Blastocyst with Dissolved-Oxygen Sensing Chips
 

论文作者：杨秉丰^*1, 郑恩惠², 林羿萍², 蔡汉霓², 李宗贤^2,3,4, 李俊逸^2,3,4, 李茂盛^2,3,4, 唐品琦⁵, Huynh Thi Ngoc Tham⁵, 吴靖宙¹
服务机关：中兴大学生物产业机电工程学系[1] 茂盛医院生殖医学中心[2] 中山医学大学医学研究所[3] 中山医学大学附设医院妇产部[4] 中兴大学动物科学系[5]

摘要

研究问题：

胚胎发育的不确定性导致体外受精（IVF）妊娠率能达到中等水平的原因之一。现在临床使用胚胎形态学评估、整倍体基因检测以及昂贵且耗时的人工智能影像培养系统来辅助评估胚胎的健康状，但这些方法成本高、耗费时间，且无法能真正量化胚胎的发育程度。因此，将无侵入性的呼吸活性测量技术应用于选择最优胚胎，对于不孕症患者来说尤为重要。 
 

研究设计、规模、持续时间：

本研究旨在开发一种无标记的电化学晶片，用来测量胚胎的呼吸情况，期望借此提供临床植入胚胎的参考标准。该晶片透过扩散模型分析，利用溶解氧（DO）微电极来测量和量化胚胎的氧气消耗率（OCR）。我们进行了小鼠胚胎的临床前测试，测量了17颗不同形态胚胎的氧气消耗率，并对其中4颗胚胎施加过氧化氢（H2O2）来改变氧气压力，观察它们的氧气消耗率变化，从而验证这套测量模型的可行性。 。

材料、设置、方法：

本研究经中山医学大学实验动物管理小组审核通过，IACUC审核编号为2727。感测晶片由中兴大学生物产业机电工程学系的生物微分析系统实验室，使用微加工技术制造。小鼠胚胎则由中兴大学动物科学系提供，不同胚胎形态的分级或以过氧化氢（H2O2）处理的实验，由茂盛医院生殖医学中心负责进行。 
 

主要结果：

结果显示，胚胎的形态学分类与其OCR之间存在明显的正相关（Pearson相关系数r=0.71）。此外，良好级别的囊胚与一般或较差等级的囊胚可以通过ROC曲线显著区分，当OCR值大于58.3 fmol/s时，区分的灵敏度达到100%。 
 

结论：

这项技术开发了一种可检测胚胎品质的并可快速量化OCR的晶片。此晶片的三维微结构能精确定位囊胚，固态盐桥则稳定了参比电极的电位。研究结果显示，晶片测得的胚胎OCR与形态学分类呈现正相关，且具备高灵敏度，这为选择高品质胚胎并提高单一囊胚植入成功率提供了良好的前景。未来将进一步在人类囊胚上进行临床测试。