Influence of Laser Microdisection of the Zona Pellucida of Embryos on the Its Thinning Dynamics under Cryopreservation Protocols

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The authors studied the dynamics of thinning of the zona pellucida (ZP) in mouse embryo as a result of laser-assisted hatching performed at the blastocyst stage. Mouse embryos previously subjected to a freeze–thaw cycle (cryo-embryos) were selected as model embryos. For ZP microsurgery, femtosecond laser pulses were used (radiation wavelength 512 nm, pulse duration 100 fs, intensity 2.5 TW/cm2). The thickness of the ZP was measured before microsurgery at the blastocyst stage (~E3.5, i.e., 3.5 days of embryonic development) and at the hatching stage (~E5). It was found that the ZP of control group embryos (cryo-embryos not subjected to laser exposure) thinned more strongly (from 6.6 (E3.5) to 4.9 µm (E5)) compared to experimental embryos after the laser-assisted hatching procedure (from 7.1 ( E3.5) to 6.4 µm (E5)). In both the first and second cases, changes in ZP thickness were statistically significant. The results were compared with data for “fresh” embryos not subjected to cryopreservation. There was no pronounced effect of ZP hardening in cryo-embryos compared to fresh embryos. The use of the laser-assisted hatching procedure for cryo-embryos made it possible to increase the probability of successful hatching compared to embryos in the control group from 38.5 to 52.5%.

About the authors

D. S. Sitnikov

Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences

Email: Sitnik.ds@gmail.com
Moscow, Russia

D. E. Mukhdina

Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences

Email: Sitnik.ds@gmail.com
Moscow, Russia

D. S. Korshunova

Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences; Institute of Gene Biology, Russian Academy of Sciences

Email: Sitnik.ds@gmail.com
Moscow, Russia; Moscow, Russia

Yu. Yu. Silaeva

Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences; Institute of Gene Biology, Russian Academy of Sciences

Email: Sitnik.ds@gmail.com
Moscow, Russia; Moscow, Russia

M. A. Filatov

Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences; Institute of Gene Biology, Russian Academy of Sciences

Email: Sitnik.ds@gmail.com
Moscow, Russia; Moscow, Russia

I. V. Ilina

Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: Sitnik.ds@gmail.com
Moscow, Russia

References

  1. Goldman L., Rockwell R.J., Meyer R., Otten R., Wilson R.G., Kitzmiller K.W. Laser Treatment of Tattoos. A Preliminary Survey of Three Year’s Clinical Experience // JAMA. London: Springer London, 1967. V. 201. № 11. P. 841.
  2. Кузнецов Е.В. АО “НИИ "Полюс” им. М.Ф. Стельмаха – 60 лет // Лазер-информ: информационный бюллетень Лазерной ассоциации. 2022. Т. 717. № 6. С. 1.
  3. Шахно Е.А. Физические основы применения лазеров в медицине. СПб.: НИУ ИТМО, 2012. С. 77.
  4. Minaev V.P. 2011–2021 – Ten More Years of Development of Laser Medical Equipment and Technologies // Laser Med. 2021. V. 25. № 2. P. 63.
  5. Berns M.W., Aist J., Edwards J., Strahs K. et al. Laser Microsurgery in Cell and Developmental Biology // Science. 1981. V. 213. № 4507. P. 505.
  6. Kohli V., Elezzabi A.Y. Prospects and Developments in Cell and Embryo Laser Nanosurgery // Wiley Interdiscip. Rev. Nanomedicine Nanobiotechnology. 2009. V. 1. № 1. P. 11.
  7. Ebner T., Yaman C., Moser M., Sommergruber M., Hartl J., Tews G. Laser Assisted Immobilization of Spermatozoa Prior to Intracytoplasmic Sperm Injection in Humans // Hum. Reprod. 2001. V. 16. № 12. P. 2628.
  8. Nahum R.T., Eroglu A., Toth T.L., Perez G., Isaacson K., Leykin L. P-061. Laser-assisted Intracytoplasmic Sperm Injection in Human Oocytes // Hum. Reprod. 1999. V. 14. Suppl. 3. P. 171.
  9. Tadir Y., Douglas-Hamilton D.H. Laser Effects in the Manipulation of Human Eggs and Embryos for In Vitro Fertilization // Methods Cell Biol. 2007. V. 82. № 6. P. 409.
  10. Douglas-Hamilton D.H., Conia J. Thermal Effects in Laser-assisted Pre-embryo Zona Drilling // J. Biomed. Opt. 2001. V. 6. № 2. P. 205.
  11. Овчинников А.В., Чефонов О.В., Агранат М.Б. Генерация второй оптической гармоники в кремнии при воздействии терагерцевого импульса с высокой напряженностью электрического поля // ТВТ. 2022. Т. 60. № 5. С. 666.
  12. Ашитков С.И., Иногамов Н.А., Комаров П.С., Петров Ю.В., Ромашевский С.А., Ситников Д.С., Струлeва Е.В., Хохлов В.А. Сверхбыстрый перенос энергии в металлах в сильно неравновесном состоянии, индуцируемом фемтосекундными лазерными импульсами субтераваттной интенсивности // ТВТ. 2022. Т. 60. № 2. С. 218.
  13. Ilina I., Sitnikov D. From Zygote to Blastocyst: Application of Ultrashort Lasers in the Field of Assisted Reproduction and Developmental Biology // Diagnostics. 2021. V. 11. № 10. P. 1897.
  14. Ilina I.V., Sitnikov D.S. Application of Ultrashort Lasers in Developmental Biology: A Review // Photonics. 2022. V. 9. № 12. P. 914.
  15. Vogel A., Noack J., Hüttman G., Paltauf G. Mechanisms of Femtosecond Laser Nanosurgery of Cells and Tissues // Appl. Phys. B. 2005. V. 81. № 8. P. 1015.
  16. Ситников Д.С., Ильина И.В., Пронкин А.А. Оценка теплового воздействия лазерных импульсов фемто- и миллисекундной длительности при выполнении микрохирургических процедур в эмбрионах млекопитающих // Квантовая электроника. 2022. Т. 52. № 5. С. 482.
  17. Sitnikov D.S., Ovchinnikov A.V., Il’ina I.V., Chefonov O.V., Agranat M.B. Laser Microsurgery of Cells by Femtosecond Laser Scalpel and Optical Tweezers // High Temp. 2014. V. 52. № 6. P. 803.
  18. Ilina I.V., Khramova Y.V., Ivanova A.D., Filatov M.A., Silaeva Yu.Yu., Deykin A.V., Sitnikov D.S. Controlled Hatching at the Prescribed Site Using Femtosecond Laser for Zona Pellucida Drilling at the Early Blastocyst Stage // J. Assist. Reprod. Genet. Journal of Assisted Reproduction and Genetics. 2021. V. 38. № 2. P. 517.
  19. Ilina I.V., Khramova Y.V., Filatov M.A., Sitnikov D.S. Femtosecond Laser is Effective Tool for Zona Pellucida Engraving and Tagging of Preimplantation Mammalian Embryos // J. Assist. Reprod. Genet. 2019. V. 36. № 6. P. 1251.
  20. Ilina I.V., Khramova Y.V., Filatov M.A., Sitnikov D.S. Application of Femtosecond Laser Microsurgery in Assisted Reproductive Technologies for Preimplantation Embryo Tagging // Biomed. Opt. Express. 2019. V. 10. № 6. P. 2985.
  21. Choi J.K., Yue T., Huang H., Zhao G., Zhang M., He X. The Crucial Role of Zona Pellucida in Cryopreservation of Oocytes by Vitrification // Cryobiology. 2015. V. 71. № 2. P. 350.
  22. Ильина И.В., Овчинников А.В., Ситников Д.С., Ракитянский М.М., Агранат М.Б., Храмова Ю.В., Семенова М.Л. Применение фемтосекундных лазерных импульсов в биомедицинских клеточных технологиях // ТВТ. 2013. Т. 51. № 2. С. 198.
  23. Ситников Д.С., Ильина И.В., Филатов М.А., Силаева Ю.Ю. Исследование влияния микродиссекции блестящей оболочки эмбрионов млекопитающих на ее толщину // Вестник РГМУ. 2023. Т. 1. С. 41.
  24. Dolgushina N.V., Ibragimova E.O., Romanov A.Yu., Burmenskaya O.V., Makarova N.P., Shafei R.A., Syrkasheva A.G. Predictors of Spontaneous Human Blastocyst Hatching in ART Programs // Akush. Ginekol. (Sofiia). 2018. V. 2. P. 88.
  25. Шафеи Р.А., Сыркашева А.Г., Романов А.Ю., Макарова Н.П., Долгушина Н.В., Семёнова М.Л. Хетчинг бластоцисты у человека // Онтогенез. 2017. Т. 48. № 1. С. 8.
  26. Inoue T., Uemura M., Miyazaki K., Yamashita Y. Failure of Complete Hatching of ICSI-derived Human Blastocyst by Cell Herniation via Small Slit and Insufficient Expansion Despite Ongoing Cell Proliferation // J. Assist. Reprod. Genet. 2019. V. 36. № 8. P. 1579.
  27. Larman M.G., Sheehan C.B., Gardner D.K. Calcium-free Vitrification Reduces Cryoprotectant-induced Zona Pellucida Hardening and Increases Fertilization Rates in Mouse Oocytes // Reproduction. 2006. V. 131. № 1. P. 53.
  28. Sun Q.-Y. Cellular and Molecular Mechanisms Leading to Cortical Reaction and Polyspermy Block in Mammalian Eggs // Microsc. Res. Tech. 2003. V. 61. № 4. P. 342.
  29. Wiesak T., Złotkowska A., Milewski R. Effect of Vitrification on the Zona Pellucida Hardening and Follistatin and Cathepsin B Genes Expression and Developmental Competence of in vitro Matured Bovine Oocytes // Cryobiology. 2017. V. 76. P. 18.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (212KB)
3.

Download (64KB)
4.

Download (472KB)
5.

Download (168KB)

Copyright (c) 2023 Д.С. Ситников, Д.Е. Мухдина, Д.С. Коршунова, Ю.Ю. Силаева, М.А. Филатов, И.В. Ильина

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».