深圳无损观察纺锤体揭示卵母细胞关键结构

什么是纺锤体？它有多重要？

纺锤体主要由微管蛋白组成，微管蛋白是一种含有α和β亚单位的异二聚体。纺锤体不是一成不变的，常常处于组装和去组装的动态变化过程中，一般在细胞分裂的中、后期，纺锤体结构较为典型。纺锤体主要有两个作用：其一，排列与分配染色体；其二，决定细胞胞质分裂的分裂面。纺锤体的完整性决定了染色体分裂过程在时间和空间上的准确性。纺锤体就像一位聪明的大力士的双手，在细胞分裂过程中，能精细的将等位染色体平均拉向细胞的两极，确保分裂后的2个子细胞中的染色体数目相等。但是，如果这个大力士多了一只或几只手，染色体的分配将紊乱，导致非整倍体。纺锤体损伤的增加多见于高龄妇女，或接触某些化学物质的卵母细胞。

在细胞分裂过程中，纺锤体对卵母细胞染色体的平衡、运动、分配、和极体的排出非常关键。卵母细胞成熟过程中的两次减数分裂形成两次纺锤体，卵母细胞受精、雌雄原核融合后又会形成有丝分裂纺锤体。 纺锤体在细胞分裂过程中与细胞骨架协同工作。深圳无损观察纺锤体揭示卵母细胞关键结构

在生殖医学领域，卵母细胞的冷冻保存技术一直是研究的热点，旨在提高女性生育能力的保存与利用。然而，传统的纺锤体观察方法往往需要对卵母细胞进行固定和染色处理，这不仅破坏了细胞的活性，还限制了对其发育潜能的深入评估。偏光成像技术，特别是Polscope偏振光显微成像系统，通过利用纺锤体微管结构的双折射性，实现了对纺锤体的无损观察。这种技术无需对卵母细胞进行固定和染色，能够在保持细胞活性的同时，实时、动态地观察纺锤体的形态和变化。这不仅提高了观察的准确性和可靠性，还避免了传统染色方法可能带来的细胞损伤和误差。香港纺锤体实时成像纺锤体Hoechst染料纺锤体微管的动态变化是细胞分裂过程中引人注目的现象之一。

纺锤体功能分解

      在细胞分裂中，其主要作用有两个部分。其一为排列与分裂染色体。纺锤体的完整性决定了染色体分裂的正确性。纺锤体的正常生成是染色体排列的必要条件。纺锤体生成完毕后一般会有5-20分钟的延迟，以供细胞调整着丝点上微管束的极性，以及决定是否所有的着丝点都附着正确。此后细胞进入分裂后期，染色体分裂为两组数目相等的姐妹染色单体。同样，纺锤体的完整性决定这个分裂过程在时间和空间上的准确性。

      纺锤体另一功能为决定胞质分裂的分裂面。染色体分裂的同时，纺锤体中的一部分微管不随染色体分裂到两极，而停弛在纺锤体**， 形成纺锤**体(central spindle)。在纺锤中体的**为两组极性相反的微管交叠的区域，称为纺锤**区(spindle midzone).此**区就是接下来的胞质分裂面。胞质分裂开始于分裂后期的较晚期。胞质分裂一般结束于分裂末期后1-2小时，此期间两个子细胞由中心颗粒体(midbody)连接。 一般认为纺锤体的分解发生在细胞分裂末期。

在核移植过程中，纺锤体的稳定性是首要考虑的问题。冷冻和解冻过程中的温度变化和冷冻保护剂的毒性都可能对纺锤体造成损伤，导致染色体分离异常，进而影响胚胎发育。因此，如何在冷冻过程中保持纺锤体的稳定性，是核移植纺锤体卵冷冻研究面临的重要挑战。体细胞核在移入去核卵母细胞后，需要经历复杂的重新编程过程，以获得全能性。然而，这一过程受到多种因素的调控，包括表观遗传修饰、转录因子表达等。在冷冻过程中，这些调控机制可能受到干扰，导致重新编程失败或异常，从而影响胚胎发育。纺锤体的功能异常可能导致细胞分裂错误，引发遗传疾病。

解冻后的卵母细胞在无损观察技术的支持下，可以直接进行纺锤体观察，无需进行任何形式的固定和染色处理。这一技术能够迅速评估解冻后卵母细胞的质量，包括纺锤体的形态、位置、稳定性等关键指标，为后续的受精和胚胎发育提供重要参考。无损观察纺锤体技术已逐步应用于临床辅助生殖技术中。医生可以在不破坏卵母细胞活性的情况下，通过该技术评估其质量并选择合适的卵母细胞进行受精和胚胎移植。这不仅提高了妊娠率和胚胎质量，还减少了因卵母细胞质量不佳而导致的移植失败和流产风险。纺锤体微管网络的复杂性确保了细胞分裂的精确性和高效性。无损观察纺锤体起偏器

显微镜下的纺锤体，如同精密的分子机器，引导染色体分离。深圳无损观察纺锤体揭示卵母细胞关键结构

纺锤体是如何形成的（2）

       动粒微管连接染色体动粒与位于两极的中心体。在有丝分裂前期，一旦核被膜解聚，由相反两个方向的中心体伸出的动粒微管就会随机地与染色体上的动粒结合而俘获染色体，微管**终附着在动粒上，动粒微管把染色体和纺锤体连接在一起。在细胞分裂期的后期，分开后的染色单体被拉向两极。染色体移动由两个相互独立且同步进行的过程所介导，分别为过程A和过程B。在过程A中，在连接微管和动粒的马达蛋白的作用下，动粒微管解聚缩短，在动粒处产生的拉力使染色体移向两极。极间微管是从一个中心体伸出的某些微管与从另一个中心体伸出的微管相互作用，阻止了它们的解聚，从而使微管结构相对稳定，两套微管的这种结合形成了有丝分裂纺锤体的基本框架，具有典型的两极形态，产生这些微管的两个中心体称为纺锤极，这些相互作用的微管被称为极间微管。在有丝分裂后期过程B中，极间微管的伸长和相互间的滑行使纺锤极向两极方向移动。星体微管从中心体向周围呈辐射状分布，在有丝分裂后期过程B中，每一纺锤极上向外伸展的星体微管发出向外的力，拉动两个纺锤极向两极方向移动。

     深圳无损观察纺锤体揭示卵母细胞关键结构