nghiên cứu ứng dụng đông lạnh phôi bò bằng glycerol trong công nghệ cấy truyền phôi

nghiên cứu ứng dụng đông lạnh phôi bò bằng glycerol trong công nghệ cấy truyền phôi

Nghiên cứu ứng dụng đông lạnh phôi bò bằng glycerol

trong công nghệ cấy truyền phôi

Hoàng Kim Giao, Lưu Công Khánh, Nguyễn Thị Thoa Nguyễn Thị Kim Anh, Nguyễn Văn Lý, Phan Lê Sơn

Bộ môn Cấy truyền phôi

1 Đặt vấn đề

Kỹ thuật gây siêu bài non, tạo phôi tươi là vô cùng quan trọng, song chỉ

đáp ứng một phần nào công nghệ cấy truyền phôi, vì phôi tươi chỉ sử dụng để cấy cho cái nhận phôi đạt hiệu quả trong vòng 4-6 giờ kể từ khi phôi đợc lấy ra khỏi tử cung bò cái cho phôi Mặt khác khi có nhiều cái nhận phôi, có khi lại thiếu phôi, ngợc lại, ít cái nhận lại thừa phôi Hơn nữa, kỹ thuật gây siêu bài non một mình không đáp ứng đợc tính chất thương mại hoá của công nghệ này, cũng nh việc bảo tồn quĩ gen động vật quí hiếm có nguy cơ bị diệt chủng

Để khắc phục, các nhà khoa học đ tìm ra phương pháp đông lạnh phôi để khắc phục nhợc điểm của công nghệ phôi tươi và cũng làm tăng khả năng ứng dụng của công nghệ phôi mà vẫn bảo đảm tỷ lệ phôi sống >80% sau giải đông và

tỷ lệ cấy phôi đông lạnh đạt 45-50% có chửa

Xuất phát từ lý do trên, chúng tôI đ tiến hành nghiên cứu ứng dụng đông lạnh phôi bằng glycerol

2 Tình hình nghiên cứu trớc đây

Wilmut và Kowon (1973) đ đông lạnh phôi bò trong dung dịch PBS có chứa 2M Dimetyl Sunfoxid (DMSO) giảm nhiệt độ 0,20C/phút, giải đông nhanh và cấy phôi có chửa

Vào những năm sau, với những nghiên cứu của Willadsen và ctv (1977-1978); Trouson và ctv ((1977-1978); Lehsen và ctv ((1977-1978); Massip và ctv (1979); Schneider và ctv (1980), đ đổi mới phương pháp đông lạnh theo chiều hớng giảm cân bằmg với các chất bảo vệ lạnh, tăng nhanh tốc độ đông lạnh và giải đông mà vẫn bảo tồn sức sống của phôi và đ thu đợc kết quả tốt ở bò và chuột Ngày nay việc đơn giản hoá kỹ thuật đông lạnh và giải đông với phương pháp một bớc (one step method) do Leibo và ctv (1982) và Reinard và ctv (1982) đ thực sự thúc đẩy việc sử dụng phôi đông lạnh với sức sống của phôi trên 80% và tỷ lệ thụ thai đạt 50-60%

ở nớc ta, từ năm 1984 đ có những công trình nghiên cứu về đông lạnh phôi (Nguyên và ctv, 1984) và từ năm 1984, việc nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật

đông lạnh và cấy phôi đông lạnh đ thu đợc các kết quả bớc đầu, tỷ lệ thụ thai đạt 40-45% (Hoàng Kim Giao và ctv, 1997), nhng cha có công trình nào nghiên cứu ứng dụng phôi bò bằng glycerol

3 Mục tiêu của đề tài

ứng dụng qui trình đông lạnh phôi bò đạt hiệu quả cao trong điều kiện chăn nuôi ở Việt Nam

4 Đối tợng và phương pháp nghiên cứu

4.1 Đối tợng

Phôi bò ở giai đoạn 7 ngày tuổi

4.2 Phương pháp nghiên cứu

Tác động của sự hạ nhiệt độ và tăng nhiệt độ trong quá trình đông lạnh hoặc giải đông đ làm giảm sức sống của phôi sau bảo quản, dẫn đến tỷ lệ thụ thai thấp Vì vậy phải chọn các phương pháp thích hợp, đó là:

4.2.1 Trạng thái phát triển của phôi:

Chọn trạng thái phát triển của phôi thích hợp là một biện pháp rất quan trọng để có tỷ lệ sống cao sau đông lạnh và giải đông Những nghiên cứu trên phôi chuột 1 tế bào cho đến phôi nang đợc đông lạnh –1960C của Whittingham (1972)

và Willadsen (1980) làm cơ sở ban đầu để nghiên cứu ứng dụng ở các loài gia súc khác

Phôi bò ở trạng thái 8-16 tế bào (Wilmut và ctv, 1975) và 16-24 tế bào (Trouson và ctv, 1976) giảm sức sống ở 00C, trong khi ở trạng thái cao hơn – phôi nang - với 00C sức sống duy trì đợc 2 ngày (Trouson và ctv, 1976; Bondurant và ctv, 1982)

Bảng1 Trạng thái phát triển phôi ở nhiệt độ thấp (Willasen, 1976)

Trạng thái phát triển lúc thu phôi Ngày 3

(8-16 tế bào)

Ngày 5 (phôi dâu)

Ngày 6 (Phôi nang sớm)

Ngày 7 (Phôi nang)

Tỷ lệ phát triển % 9/22-40,0 8/21-38,0 13/14-92,0 20/51-54,0

Sự khác nhau về sự sống của trạng thái phát triển có liên quan đến sự khác nhau về kích thớc tế bào trong quá trình phát triển, đến sự biến đổi tính thẩm thấu

này với nhiệt độ Phôi nang (6-8 ngày) có màng trong suốt, có sức kháng cơ học với biến đổi nhiệt độ tốt hơn và hạn chế tổn hại hơn Polge và ctv (1974) cho rằng

ở bò, phôi nang nên chọn để đông lạnh và giải đông; phôi gin nở (expanded blastocyst) và phôi nang mở (hatched blastocyst) có khả năng nhạy cảm hơn phôi dâu muộn và phôi dâu sớm vì tầm vóc của phôi (đĩa phôi và xoang phôi phát triển hơn (Willadsen, 1980) Tuy nhiên sức đề kháng cơ học khi xoang phôi lớn sẽ kém hơn với biến đổi nhiệt độ, tuy nhiên tỷ lệ tế bào sống sau đông lạnh cao nên khả năng phục hồi tốt hơn Vì vậy, trên thực tế sản xuất ngời ta chọn phôi dâu và phôi nang sớm để đông lạnh là phù hợp hơn Kết quả nghiên cứu của chúng tôi qua

đánh giá hình thái của phôi dâu và phôi nang sau giải đông đạt loại 1 và 2 là 82%

và 83% là phù hợp với yêu cầu đ đề ra

4.2.2 Chất lợng phôi

Chất lợng phôi có vị trí quan trọng quyết định khả năng sống khi đông lạnh

và giải đông Thông thờng, ở bất kỳ trạng thái phát triển nào, trong quá trình đông lạnh và giải đông chất lợng phôi ít nhiều đều bị giảm Phôi bò sau khi 4 – 16 tế bào sau khi làm lạnh xuống 4o C vì cấu trúc không gian của tế bào bị sắp sếp lại, mất đi sự đồng chất của một số thể vùi hình túi (inclusion vesiculaire) trong nguyên sinh chất (Mohr và ctv, 1981) ở phôi nang bò 7– 8 ngày tuổi, % diện tích thể hạt xoang nớc so với thể hạt đối lập trong nguyên sinh chất (mitochondrie vacuolise, mitochondrie courtaste) ở đông lạnh chiếm là 43, không đông lạnh là

37 (Debem A.R và ctv, 1983) Những biến đổi này làm giảm sức sống của phôi và

tỷ lệ thụ thai Vì vậy cần phải chọn lọc nghiêm khắc chất lợng phôi trớc khi đông lạnh để tránh mất mát trớc khi giải đông Một số tác giả (Lindner và Wright, 1983) cho rằng chất lợng phôi quan trọng hơn trạng thái phát triển, tuy nhiên cần thiết cần quan tâm cả 2 biện pháp này Trong thực tế sản xuất việc đánh giá phân loại 2 chỉ tiêu này Trong thực tế sản xuất việc đánh giá phân loại 2 chỉ tiêu này thờng tiến hành song song Nói chung chất lợng phôi trớc đông lạnh tốt đảm bảo tỷ lệ phôi tốt sau đông lạnh và tỷ lệ có chửa cao, tuy nhiên việc đánh giá chủ yếu dựa vào hình thái học nên vẫn có thể bị sai sót đáng kể vì khó phát hiện những biến đổi vì cấu trúc của tế bào phôi

4.2.3 Bổ sung chất bảo vệ lạnh (Cryoprotector)

Trong quá trình đông lạnh, phôi chỉ có khả năng sống đợc nếu trong môi tr-ờng có chất bảo vệ lạnh (cryoprotector) thích hợp Các chất có tác dụng tương tự là: Dimethylsulfoxid (DMSO), glycerol, một số glycol (ethylenglycol), sucrose Tuy nhiên cơ chế chính xác về sự bảo vệ lạnh đối với tế bào còn cha hiểu biết hết Moore và Bilton (1977) đ công nhận glycerol 1,4M thu đợc phôi có sức sống cao

khi đông lạnh với tốc độ 0,30C/phút đến -30-350C và sau đó cho vào Nitơ lỏng –

1960C để bảo quản Ngày nay glycerol đợc sử dụng phổ biến để bảo vệ lạnh phôi

và trớc khi hạ nhiệt độ phải cho phôi cân bằng với dung dịch glycérol với nồng độ tăng dần Renard và ctv (1986) đ áp dụng 6 bớc với nồng độ 0,25M; 0,5M; 0,75M; 1,0M; 1,25M; 1,5M cách nhau 10 phút và giữ phôI ở nồng độ cuối cùng

Về sau Kennedy và ctv (1983) đ áp dụng cân bằng với 0,47M; 0,93M; 1,4M và 0,33M; 0,67M; 1,0M và đ thu đợc tỷ lệ phôi sống cao hơn Leibo và ctv (1983) đ

đông lạnh phôi bò trong cọng rạ 0,25ml và chỉ cân bằng một bớc (glycerol 1,4M)

và đông nhanh ở bảo tồn ôn (bain Marie) nhiệt độ 370C và sau đó rửa phôi vào dung dịch PBS có 0,25M sucrose Renard và ctv (1983) có phương pháp cải tiến hơn là cân bằng phôi 1 bớc với 1,4M glycerol trong cọng rạ Cassou nhng trong cọng ra có môi trờng PBS + 0,25M sucrose và môi trờng B2 và cấy phôi ngay sau khi giải đông ở bảo ôn 370C và không cần phân loại Tuy nhiên phương pháp này

có thể giảm tỷ lệ chửa đến 10%, bởi vì ngời ta chứng minh khi không đông lạnh phôi bò tổn hại 10-15%

Trong đề tài này chúng tôi sử dụng glycerol và sucrose

4.2 Phương pháp đông lạnh

Có hai phương pháp đông lạnh, đó là phương pháp nhanh và phương pháp chậm Trong thí nghiệm này chúng tối dùng phương pháp chậm của Australia Chúng tôi đông lạnh đợc 42 phôi và đ giải đông và cấy số phôi đ đợc nghiên cứu Phương pháp đông lạnh chậm theo qui trình của Australia: máy CL-2000 theo sơ

đồ sau:

Sơ đồ 1 Chương trình đông lạnh phôi bò Nhiệt độ (0C)

-5

-10

-15

-20

-25

-30

-35

0 15 30 45 60 75

90 Thời gian (phút)

4.3 Phương pháp giải đông và pha loãng chất bảo vệ lạnh

Về nguyên tắc phương pháp giả đông và pha long chất bảo vệ lạnh phụ thuộc vào phương pháp đông lạnh và bổ sung chất bảo vệ lạnh, thông thờng có quá trình ngợc lại với đông lạnh và kết thúc bảo quản Về mặt sinh học, giải đông là làm cho phôi chuyển từ trạng thái tiềm sinh lạnh ở nhiệt độ môi trờng cực thấp

(-1960C) sang trạng thái sinh học của nhiệt độ môi trờng 370C Vì vậy, sức sống của phôi còn có thể bị mất đi ở mỗi giai đoạn này, thậm chí phôi còn có thể bị phá huỷ cấu trúc, biến dạng hình thái

Phương pháp cơ bản để giải đông gồm có phương pháp chậm và phương pháp nhanh Phương pháp chậm đợc tiến hành nh sau: cọng rạ phôi đợc đa vào thiết bị đông lạnh để nâng nhiệt độ bằng với nhiệt độ môi trờng (370C), tốc độ giải

đông thờng là 40C/phút đến 250C/phút và rút các chất bảo vệ lạnh bằng cách rửa phôi vào dung dịch pha long với 4-6 nồng độ là 1,5M; 1,25M; 1M; 0,75M; 0,5M; 0,25M (Tervit và ctv, 1984) Nhng phương pháp này khi thực hiện trong đIều kiện sản xuất thờng gặp nhiều khó khăn, có nhiều biến động lớn Phương pháp giải

đông nhanh một bớc, cọng rạ chứa phôI đợc đa vào nhiệt độ 370C trong 10 giây với tốc độ 3600C/phút; và các dung dịch bảo vệ lạnh có trong cộng rạ để giải đông giống nh sử dụng cọng rạ dẫn tinh Solano và ctv (1987) đ đạt tỷ lệ sống của phôi 89,5% và 87,4% khi sử dụng phương pháp giải đông một bớc với dung dịch sucrose 0,25M (A) và 4 bớc với nồng độ glycerol (B) 1,5M; 1,0M 0,75M và 0,35M

để giải đông

Bảng 2 So sánh kết quả phôi nuôi sống (2-4 giờ) của hai phương pháp

Phương pháp A Phương pháp B Chỉ tiêu

Phôi dâu

Phôi nang

Tổng số Phôi

dâu

Phôi nang

Tổng

số

Số phôi sống/số

phôi giải đông

42/48 77/85 119/133 42/50 41/50 83/95

Tỷ lệ phôi sống

(%)

87,5 70,5 89,5 84,0 91,1 87,4

Renard và các cộng tác viên đ thực hiện đông lạnh và giải đông trong cọng rạ chỉ một bớc đ đạt tỷ lệ chửa xấp xỉ 50%

Trên đây là những biện pháp chủ yếu, ngoài ra các thao tác nhằm đảm bảo khoảng không khí ngăn cách phôi với 2 đầu cọng rạ và có dung tích thích hợp cũng

có tác dụng giữ phôi an toàn khi đông lạnh và giải đông…

Chúng tôi dùng phương pháp giải đông của Australia nh sau: cọng rạ có chứa phôi đợc đa vào cốc nớc 30-370C trong 2-3 giây và rút các chất bảo vệ lạnh bằng cách rửa phôi qua ba bớc

Bớc 1: Môi trờng I gồm PBS + 20% HTB + 6% v/v Glycerol + 10,3% w/v sucrose Thời gian 5 phút

Bớc 2: Môi trờng II gồm PBS + 20% HTB + 3 %v/v glycerol + 10,3% w/v sucrose Thời gian 5 phút

Bớc 3: Môi trờng III gồm PBS + 20 % HTB +10,3% w/v sucrose Thời gian

5 phút

Sau đó chuyển sang môi trờng nuôi phôi trong thời gian 5 phút, rồi hút phôi lên cọng ra Sau đó đem đi cấy cho bò nhận phôi

5 Địa điểm, thời gian nghiên cứu

- Địa điểm: Phòng thí nghiệm cấy truyền phôi-Viện chăn nuôi, Trại bò Cầu diễn, Phù

Đổng, Ba Vì, Một số nông trại ở huyện Đông Anh, Hà Nội, TP Hồ Chí Minh

- Thời gian nghiên cứu: 1999-2001

6 Kết quả nghiên cứu và thảo luận

6.1 Chất lợng phôi bò trớc đông lạnh

Bảng 3 Chất lợng phôi thu đợc

Số phôi Chỉ tiêu theo dõi

Tổng số phôI và trứng thu đợc

Số trứng không thụ tinh (n)

Số phôi chậm phát triển (n)

Số phôi thoái hoá (n)

Số phôi có khả năng cấy

62 4 2 6 50

100 6,45 3,23 9,68 80,64

Qua bảng 3 nhận thấy tổng số phôi thu đợc là 62 (100%) trong đó có 6,45% phôi không thụ tinh; 3,23 số phôi chậm phát triển và 9,68% số phôi thoái hoá Số phôi có khả năng cấy là 80,64%

- Giai đoạn phát triển của phôi ảnh hởng rất lớn đến chất lợng của phôi khi

đông lạnh Vì vậy chúng tôi đánh giá chất lợng của phôi theo giai đoạn phát triển của chúng ở bảng 4

Bảng 4 Đánh giá chất lợng phôi theo giai đoạn phát triển

Số phôi

Tổng số phôi và trứng thu đợc

Phôi kém chất lợng

Phôi có khả năng cấy

Trong đó: Phôi dâu

phôi nang

62 12 50 28 22

100 19,35 80,64 56,00 44,00

- Tỉ lệ phôi có khả năng cấy là 80,64% Trong đó phôi dâu chiếm 56%, phôi nang chiếm 44%

- Ngoài đánh giá phân loại phôi theo giai đoạn phát triển, chúng tôi còn phân loại phôi theo giai đoạn tốt xấu, A, B, C Thờng ngời ta chỉ đông lạnh phôi loại A, B Kết quả phân loại đợc trình bày ở bảng 5

Bảng 5 Phân loại chất lợng phôi theo A, B, C

Số phôi

Phôi để đông lạnh

Phôi loại A

Phôi loại B

Phôi không có khả năng đông lạnh

Phôi loại C

42 24 18 8

67,47 57,14 42,86 12,90 Qua bảng 5 cho thấy tỷ lệ phôi loại A, B đạt 67,47% là có khả năng đông lạnh Còn loại C chiếm 12,9% không nên đông lạnh

6.2 Chất lợng phôi bò sau giải đông

Bảng 6 Đánh giá chất lợng phôi sau giải đông theo giai đoạn phát triển

Số phôi giải đông

Số phôi còn lại sau giải đông

Số phôi chết, thoái hoá

Số phôi có khả năng cấy

42 42 8 34

100 100 19,05 80,95

24 24 5 19

57,4 57,4 11,9 52,24

18 18 3 15

42,86 42,86 7,75 28,71

Nh vậy, khả năng sống của phôi trong quá trình đông lạnh là tốt, 80,95% Bảng 7 Đánh giá chất lợng phôi sau giải đông theo mức độ tốt xấu

Phôi sau giải đông

Phôi dâu

Phôi

nang

23

(100)

19

(100)

12 (52) 12 (63,15)

11 (47,83) 7 (36,84)

5 (21,74) 3 (15,79)

3

2

2

1

19 (82,61) 15 (78,95)

10 (52,63) 7 (46,67)

7 (36,84) 7 (46,67)

2 (10,53) 1 (6,66)

(100)

24 (57,14)

18 (42,86)

8 (19,05)

5 (62,5)

3 (37,5)

34 (80,95)

17 (50,0

14 (41,88)

3 (8,82)

Qua bảng 7 cho thấy, trớc đông lạnh phôi loại A có 24/42 (57,14%); phôi loại B là 18/42 (42,86%) Sau giải đông phôi có khả năng cấy 34/42 (80,95%) Loại A có 17/34 (50,0%), loại B có 14,34 (41,18%), loại C có 3/34 (8,82%) Tỷ lệ phôi chết, thoái hoá là 8/42 (19,05%) Số liệu trên cho thấy trong quá trình đông lạnh, một số phôi bị giảm chất lợng, hoặc chết, thoái hoá

Bảng 8 Tỷ lệ có chửa theo giai đoạn phát triển của phôi sau giải đông

Số bò có chửa Giai đoạn phát triển

của phôi

Số bò đ cấy

Phôi dâu

Phôi nang

19 15

6 7

36,84 40,0

Tổng số 34 13 38,24

Qua bảng 8 ta thấy: tỷ lệ có chửa khi cấy phôi đông lạnh là 38,24% so với phôi đông lạnh nhập là 40,43% Tỷ lệ có chửa đạt ở phôi nang so với phôi dâu

t-ương ứng là 40,0 và 36,84%

Bảng 9 Tỷ lệ có chửa theo chất lợng phôi sau giải đông

Chất lợng phôi

A

B

C

17 14 3

50,0 41,2 8,8

7 5 1

41,18 35,71 33,33

Bảng 9 cho thấy: phôi chất lợng loại A đạt tỷ lệ cấy có chửa cao nhất: 41,18%; thấp nhất là phôi loại C:33,33%

7 Kết luận và đề nghị

7.1 Kết luận

Sử dụng Glycerol 10% làm chất bảo vệ lạnh và áp dụng qui trình đông lạnh của Australia trên máy CL 2000 và giải đông 3 bớc đạt kết quả tốt

7.2 Đề nghị

- ứng dụng qui trình đông lạnh và giải đông

- Nghiên cứu phương pháp đông lạnh bằng EG và giải đông một bớc theo qui trình của Nhật để có thể triển khai cấy truyền phôi ra diện rộng nh thụ tinh nhân tạo bằng tinh cọng rạ