光照对早期胚胎发育的影响

作者 | 曾桥

文章首发于 |  蒲荷孕育公众号

 

“光”让万物苏醒，让种子萌芽，让百花开放！昼夜交替、四季轮回、万物生长都离不开光。古人点火取光，现代人类在日常生活中更是离不开光。那么光照对人类生命的“种子”—胚胎又有哪些影响呢？

 

我们都知道新生命是在母体子宫内孕育生长的，子宫内温暖黑暗湿润的环境是胚胎发育最理想的温床。但是在辅助生殖技术（assisted reproductive technology, ART）中早期胚胎的多项操作均需要在“光”下面进行，如显微镜光源、手术室光源的使用。这样胚胎不可避免会受到光照的影响，从而引发了人们对胚胎生长发育安全的担忧。

 

 

一． 光照对哺乳动物早期胚胎的伤害

 

胚胎吸收光子后会进入激发态，激发态的分子能量通常会通过化学反应、产生热能、轫致辐射效应和击穿作用这几种传递途径导致胚胎损伤。

 

光照对胚胎的诱导损伤通常表现在以下几个方面，如：囊胚形成率下降、DNA损伤、活性氧（reactive oxygen species，ROS）生成、胚胎应激反应和诱导性凋亡等。

 

（图：光谱线示意图）

 

当胚胎暴露在380-800nm的可见光时，在高密度光照条件下，细胞内线粒体存在的高密度物质如细胞色素、黄素蛋白、NAD(P)H等对光有强烈的吸收作用，胚胎吸收光子后诱发ROS如O2-、H2O2、OH-等的生成，ROS可造成胞质钙离子浓度升高，细胞膜去极化，核膜损伤，DNA合成阻碍，细胞凋亡等一系列伤害作用。ROS还可造成细胞膜上不饱和脂肪酸、甾醇类物质的氧化损伤、甘油醛-3-磷酸脱氢酶失活，导致ATP生成减少，组蛋白、线粒体缺乏，进一步扰乱DNA的表达。

 

二. ART过程中显微镜光照指数

 

在辅助生殖过程中，一枚胚胎的形成要经过卵子、精子的准备；精卵体外结合或显微单精子注射等诸多步骤，形成胚胎后又要定时跟踪观察胚胎的生长情况。这些操作都离不开显微镜的使用。那么显微镜灯光对胚胎有哪些影响呢？科学家对常规IVF操作中胚胎所受光照的波长、照度及平均曝光时间等进行调查，发现胚胎所受到的光照95%来自于显微镜。

 

在ART显微操作过程中，光照强度一般在2500lux~5000lux（约20~30W/m2，150lux≈1W/m2，W=J/s）范围内，环境光较少，约200~400lux（0.1-0.5W/m2）。常规IVF、ICSI、ICSI+PGD等操作中胚胎所受到光照能量为3.2-17.4KJ/m2，其中来自环境光的照射能量大概为0.2-1KJ/m2，占总能量的7%左右。

 

光照对早期胚胎产生的影响具有时间依赖性。早期胚胎接受光照的时间越长，受到的损伤就越大。除了总照射时长的累积效应，光损伤与照明时间所占拍摄间隔周期的比例也具有一定的相关性。

 

光照对胚胎伤害不仅与光照剂量有关，也与光谱组成相关。有研究者利用暖白色荧光灯、冷白色荧光灯、太阳光三种光源分别照射小鼠受精卵15min，结果发现太阳光对小鼠受精卵的伤害最为严重，胚胎存活率仅为25%；其次是冷白色荧光灯胚胎存活率44%；暖白色荧光灯对胚胎存活率的影响不显著。因此胚胎实验室常规使用暖白色荧光灯，最大限度的减少灯光照射可能对胚胎产生的不良影响。

 

三.光照损伤的预防及控制

 

1.显微镜光照是胚胎体外操作过程中最主要的光照来源，改善显微镜照射条件对减少胚胎光损伤来说非常重要。例如在显微镜加载滤波片（如绿光通透性滤波片、过滤光谱<500nm的蓝光滤波片）避免紫外及蓝光伤害可有效减少光损伤。或者使用多光子显微镜、谐波振荡显微镜、选择性平面照明显微镜等新型显微镜，可以减少胚胎细胞的单光子吸收和光照对胚胎内部的干扰作用。

 

2.提高对胚胎的扫描速度，增加同位点扫描延迟或者采用随机扫描方式，减少激发位点的重复扫描率及选择长波长光源型号等均可有效减少光损伤效应。

 

3.缩短胚胎体外操作时间减少胚胎曝光，选择低氧培养环境，建立体外胚胎共培养体系如胚胎成纤维细胞共培养系统等一定程度上也可以弥补光照对胚胎造成的伤害作用。

 

结束语

 

ART中早期胚胎的多项操作需要借助显微镜，这就难免会受到光的照射。虽然光照会对早期胚胎产生影响。但是借助于现代技术的发展，更多操作技术的优化，我们相信在不远的将来，“光”终究会被人们所用。

 

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