Spindle maturity shapes human oocyte resilience to cryopreservation stress
这项研究表明，减数分裂纺锤体在冷冻时的成熟度决定了人类卵母细胞对冷冻保存的耐受性，因为成熟的纺锤体在复苏过程中能够承受渗透压力，而未成熟的纺锤体则会遭受失稳，从而导致分离错误。
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每年，有数十万枚人类卵子被冷冻以保存生育能力，这是一项医学突破，让人们能够延迟生育或保护未来的家庭免受疾病影响。这种被称为“玻璃化”的过程将卵子极快地转化为玻璃状固体，从而使冰晶无法形成并造成损伤。然而，尽管医生知道这种方法足以产生健康的婴儿，但他们尚未完全理解在冷冻和解冻过程中，单个细胞内部究竟发生了什么。卵子是一个复杂的机器，而其创造新生命最关键的组件是一个被称为“减数分裂纺锤体”的结构。这个纺锤体是由微小的蛋白质纤维组成的临时支架，在染色体分裂成两半之前将其排列整齐。如果这个支架受损，染色体可能无法正确分裂，导致卵子无法发育为健康的胚胎。几十年来，科学家们一直想知道为什么有些冷冻卵子能完美存活，而另一些却失败了，以及损伤究竟发生在冷冻过程中的哪个阶段。
来自马萨里克大学（Masaryk University）和 Reprofit International 的一个研究小组致力于实时观察这一过程。他们并没有只在解冻后观察冷冻卵子，而是使用先进的摄像机追踪每一个步骤中的单个人类卵子：最初接触冷冻化学物质、快速冷却、升温以及随后的恢复期。他们结合了两种成像技术：一种是检测蛋白质纤维自然光泽的非侵入性技术，另一种是利用荧光染料使纤维在显微镜下发光的法。通过观察 234 枚卵子，他们发现冷冻化学物质本身并不会破坏纺锤体。事实上，当卵子首次暴露在替换其水分的溶液中时，纺锤体反而变得更加有序且更容易观察。问题发生在稍后的解冻过程中。
研究表明，危险的关键时刻不是冷冻，而是升温。当卵子从液氮中取出并放入升温溶液时，它必须迅速重新吸收水分。这种水分的突然涌入产生了物理压力，使脆弱的纺锤体蛋白质纤维变得不稳定。研究人员发现，纺锤体并非简单地消失，而是变得杂乱无章，失去了紧密的双极形状，变成了一团混乱的纤维簇。这种损伤是因为水压的快速变化将结构拉散了。至关重要的是，研究人员发现，卵子承受这种压力的能力完全取决于其在冷冻前纺锤体的成熟度。那些在进入冷冻器时拥有强壮、组织良好的纺锤体的卵子，能够承受升温带来的冲击并很大程度上恢复其结构。相比之下，那些初始状态较弱或不成熟的卵子往往无法恢复，导致蛋白质纤维处于永久性的紊乱状态。
这种结构失效对卵子创造生命的能力有着严重后果。当研究人员观察那些在解冻期间遭受纺锤体损伤的卵子时，他们看到染色体无法正确排列。染色体没有干净地分裂成两个相等的半部分，而是被向多个方向拉扯，在单个细胞内形成了几个独立的细胞核。这种被称为“多核现象”的状态，标志着该卵子已不再具备孕育健康妊娠的能力。该团队证实，同样的问题也发生在现实世界的生育诊所中。通过审查数千次受精尝试的记录，他们发现，源自解冻卵子的胚胎中有相当一部分显示出这些异常的多核模式，这与他们在实验室实验中观察到的情况完全吻合。
这项工作表明，成功冷冻卵子的关键可能在于时机。如果卵子在内部机制完全成熟之前就被冷冻，它就更有可能在简单的升温过程中受到损伤。研究人员提出，医生可以使用一种简单的、非侵入性的检查，来观察纺锤体在冷冻前是否已经准备就绪。如果纺锤体看起来较弱或不成熟，可以让卵子在实验室中再成熟一段时间后再进行冷冻，从而可能避免在解冻过程中发生的损伤。虽然该研究是在年轻捐赠者的卵子和受控的实验室环境下进行的，但其发现为为什么有些冷冻卵子失败而另一些成功提供了清晰的解释。事实证明，一颗冷冻卵子的韧性不仅取决于寒冷，更取决于其在被收纳那一刻内部结构的强度。
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