技術名稱 人工纖毛斑馬魚精子活化系統
計畫單位 國立成功大學
計畫主持人 陳嘉元
技術簡介
斑馬魚與人類基因有高達70%的相似性,加上斑馬魚身體可透光的特性,使其便於研究者觀察體內變化,於近年來已成為重要的實驗動物。2000至2015年間,使用斑馬魚之研究文獻數量已提高4倍。加上基因轉殖等技術之應用,現有斑馬魚類型已超過20000種,使持續養育實驗動物之常規模式不適用於斑馬魚培育上。許多實驗中,便使用低溫保存的斑馬魚精卵,將其活化後再行受精培育。因此,有效保存斑馬魚精卵,並因應研究需求再活化之技術便顯重要。此外,如同其他動物模型,篩選健康精子亦是實驗用斑馬魚培育重要的一環。魚類精子於活化後,僅可保持短時間之活性,因此必須快速篩選出健康具有正常活動力的精子用於斑馬魚卵受精。然而與哺乳類動物精子迥異的性質使斑馬魚精子無法以現有技術篩選,因此提出針對斑馬魚精子的篩選方法是必須的。本技術採用微流道及人工纖毛技術,使斑馬魚精子活化及篩選過程可於片上系統完成,有效提高其效率並降低成本。於斑馬魚精子活化方面,將斑馬魚精子與稀釋劑均勻且快速的混合是其關鍵,藉由S型流道設計與人工纖毛擺動,可以製造均勻渦流以達成高效混合。本技術可以達到74.4%之活化率,相較於手動攪拌混合可以提高20%之活化率,可以顯著提高斑馬魚培育之效率。斑馬魚精子活化後,其活性僅可保持45至90秒,如果不能將活化及篩選過程集合於同一平台上,於轉移過程中精子活性便會持續降低,使後續受精過程失敗率提高。使用微流道技術便能將此過程置於同一平台,並以相同設備完成。接續前述之精子活化流道,活化後之精子可立即進入篩選精子用之流道,於短時間內完成篩選過程。藉由鰭狀的流道設計,其局部流速差可以誘使具有正常活性的斑馬魚精子游入精子收集區中。此外,彎曲的收集區結構設計可以降低精子游出收集區的機率,提高精子收集效率。經過流速及結構之最佳化設計,精子收集效率可以達到80%。除精子活化及篩選外,此技術亦具有整合斑馬魚人工培育過程之潛力。將斑馬魚卵之受精區域與篩選後斑馬魚精子之保留區結合,於斑馬魚精卵自低溫設備取出後,藉由單一平台操作之優勢,盡可能保持精卵活性,使其於短時間內完成活化、篩選並受精。此外,由儀器操控執行的活化及篩選過程不僅穩定,也易於分析量化,在後續技術改進與最佳化方面更加容易。本技術可以提升斑馬魚培育之效率與穩定性,並且提出針對斑馬魚精子的篩選技術,對於斑馬魚人工培育技術改進亦可以提供助益。
科學突破性
斑馬魚是近年來常被使用的實驗用動物,但因斑馬魚精子與哺乳類精子特性差異,無法利用現有方法篩選斑馬魚精子,須以斑馬魚精子之流體動力特性完成篩選過程。藉由微流道及人工纖毛技術,製造出均勻渦流及局部流速差,提高精子活化成功率與穩定性,並且提出針對斑馬魚精子的創新精子篩選技術。
產業應用性
近年來隨著斑馬魚相關研究增加,學術界對於斑馬魚之需求逐漸提高,大量且高效率的斑馬魚培育技術便顯其重要性。本實驗室使用單一片上系統活化並篩選精子之技術,可以有效提升斑馬魚培育效率與穩定性並降低其成本。並且,本技術可用於整合培育程序中其它部分,並有延伸應用於其他動物培育之潛力。
關鍵字 斑馬魚 精子活化 人工纖毛 微流道 渦流 流場可視化 藥物測試 基因檢測 自動化 物聯網
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