Determination of source and quantity of DNA in spent embryo culture medium
Salomaa, Tanja (2017)
Salomaa, Tanja
2017
Bioteknologian tutkinto-ohjelma - Degree Programme in Biotechnology
Lääketieteen ja biotieteiden tiedekunta - Faculty of Medicine and Life Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2017-12-14
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:uta-201801051022
https://urn.fi/URN:NBN:fi:uta-201801051022
Tiivistelmä
Tiivistelmä:
Tutkimuksen tausta ja tavoitteet: Alkiodiagnostiikka hedelmöityshoidoissa on enenemässä määrin tarpeellinen erityisesti ensisynnyttäjien keski-iän noustessa, jolloin alkioiden kromosomipoikkeavuudet lisääntyvät ja raskaaksi tuleminen hankaloituu. Tällä hetkellä kromosomien seulontatutkimukset perustuvat alkiosta otettuun biopsiaan. Tuoreissa tutkimuksissa alkioiden viljelyliuoksesta on löydetty alkioiden DNA:ta ja näin ollen viljelyliuoksen käyttöä alkiodiagnostiikassa on tarpeen tutkia. Tutkimushypoteesina oli oletus, että alkioperäistä DNA:ta löydetään viljelyliuoksesta ja siitä voidaan tehdä päätelmiä alkion laadusta. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli optimoida DNA:n eristysmenetelmä viljelyliuoksesta, ja osoittaa, että DNA on peräisin alkiosta käyttäen Y-kromosomaalisen TSPY-geenin määritystä liuoksesta sekä kromosomiseulontaa verraten tuloksia jo analysoituihin alkiodiagnostiikan tuloksiin. Tutkimuksessa analysoitiin lisäksi alkioista saatavaa kuvamateriaalia kontaminaatiolähteistä ja alkion kehitysominaisuuksista EmbryoScope®-inkubaattorista, verraten sitä viljelyliuoksesta eristetyn DNA:n määrään.
Menetelmät: Suolasaostusta ja NucleoSpin plasma XS -kittiä verrattiin DNA:n eristyksessä käyttäen qPCR-menetelmää, elektroforeesia sekä absorbanssi- ja pitoisuusmittauksia NanoDropilla. Viljelyliuokset kerättiin alkion viljelyn päättyessä, DNA eristettiin ja sen kokonaismäärää arvioitiin käyttäen Alu4-aluketta sekä TSPY-alukkeita osoittamaan Y-kromosomaalinen DNA liuoksista qPCR:llä. Kuva-analyysissä käytettiin lisäksi IBM SPSS -tilasto-ohjelmaa. Kromosomiseulontaan käytettiin aCGH-menetelmää ja sen tuloksia verrattiin aiemmin analysoituihin NGS-tuloksiin.
Tutkimustulokset: NucleoSpin plasma XS -kitti oli herkempi menetelmä sekä DNA:n saannin, puhtauden, että toistettavuuden osalta. Kumulussolujen (p<0,001), kuten myös kuolleiden solujen määrä (p<0,019) nosti DNA:n määrää viljelyliuoksessa. Havaittiin myös, että mitä pidempään alkiota viljeltiin (4, 5 tai 6 päivää), sitä suurempi oli DNA:n määrä liuoksessa (p<0,001). Muiden tekijöiden, kuten siittiöiden, ei havaittu merkitsevästi vaikuttavan DNA:n määrään. Kromosomiseulonnan tulokset viljelyliuoksesta aCGH-tekniikalla eivät vastanneet NGS-tekniikan tuloksia biopsioista.
Johtopäätökset: NucleoSpin plasma XS -kitti toimi suolasaostusta paremmin DNA:n eristyksessä saannin ja puhtauden sekä toistettavuuden osalta. Kumulussolujen, alkion viimeisen viljelypäivän sekä viljelyssä havaittujen kuolleiden solujen määrän havaittiin lisäävän DNA:n määrää liuoksessa. Muiden tekijöiden ei havaittu merkitsevästi vaikuttavan DNA:n määrään liuoksessa. Lisää tutkimuksia on tarpeen tehdä suuremmilla näytteiden määrillä. Kromosomiseulonnan tulokset eivät vastanneet NGS-tuloksia, joten menetelmän optimointi on edelleen tarpeen.
Abstract:
Background and aims: Infertility is more common phenomenon especially due to increase in maternal age. Embryo diagnostics is necessary within the couple with repetitive miscarriages and disruption of fertilization. Current procedures for embryo chromosomal screening require still an invasive biopsy of the embryo. There have been promising results of embryo´s spent medium use in analyzing embryo´s DNA and that field is necessary to be investigated more. The hypothesis of this study was to expect embryonic DNA to be found in spent medium and be demonstrated to correlate with the quality of the embryo. The purpose of this study was to optimize DNA extraction method from embryo culture medium and indicate that DNA in spent medium originated from embryo determining Y-chromosomal TSPY gene as marker and comparing aCGH results of spent media to NGS results of chromosomal screening. The aim was also to investigate if the evaluated events from time-lapse EmbryoScope® device correlate with amount of DNA. Especially, feasible DNA contamination sources and factors as well as embryo development properties were analyzed to explore their impact to released DNA amount in spent media.
Methods: Salt precipitation method and NucleoSpin plasma XS kit (Macherey-Nagel) for DNA extraction were compared using electrophoresis, qPCR and NanoDrop measurements. Embryo´s spent media from D4 to D6 embryo cultures were collected. DNA from spent media was determined using Alu4 as target to evaluate DNA amount and TSPY to determine Y-chromosomal DNA. Statistical analyses of time-lapse incubator images were used to investigate relation between contamination sources and embryo properties with DNA amount in spent media. IBM SPSS was used for statistical analyses. To compare chromosomal screening of spent medium with NGS results, aCGH (Agilent) was used.
Results: Yield and purity of the extracted DNA as well as repeatability of the method were better using NucleoSpin plasma XS kit than using salt precipitation method. Cumulus cells as contaminant DNA source (p<0,001), as well as lysed cells (p<0,019) were observed to increase the DNA amount in spent medium. Culture time was demonstrated to increase the DNA amount among D4, D5 and D6 embryo culture medium samples. Other evaluated factors had no impact on DNA amount in spent medium. Results of spent medium chromosomal screening using aCGH were not consistent with chromosomal screening results of biopsy by NGS.
Conclusions: DNA extraction using NucleoSpin plasma XS kit was more accurate. Cumulus cells and lysed cells, were demonstrated to increase DNA amount in spent medium. The culture time had also impact on DNA amount in culture medium. Other factors, such as sperm cells, had no impact on DNA amount, but more studies must be done because the number of samples was low. Also, the procedure of aCGH must be optimized because or re-evaluated the results were confusing.
Tutkimuksen tausta ja tavoitteet: Alkiodiagnostiikka hedelmöityshoidoissa on enenemässä määrin tarpeellinen erityisesti ensisynnyttäjien keski-iän noustessa, jolloin alkioiden kromosomipoikkeavuudet lisääntyvät ja raskaaksi tuleminen hankaloituu. Tällä hetkellä kromosomien seulontatutkimukset perustuvat alkiosta otettuun biopsiaan. Tuoreissa tutkimuksissa alkioiden viljelyliuoksesta on löydetty alkioiden DNA:ta ja näin ollen viljelyliuoksen käyttöä alkiodiagnostiikassa on tarpeen tutkia. Tutkimushypoteesina oli oletus, että alkioperäistä DNA:ta löydetään viljelyliuoksesta ja siitä voidaan tehdä päätelmiä alkion laadusta. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli optimoida DNA:n eristysmenetelmä viljelyliuoksesta, ja osoittaa, että DNA on peräisin alkiosta käyttäen Y-kromosomaalisen TSPY-geenin määritystä liuoksesta sekä kromosomiseulontaa verraten tuloksia jo analysoituihin alkiodiagnostiikan tuloksiin. Tutkimuksessa analysoitiin lisäksi alkioista saatavaa kuvamateriaalia kontaminaatiolähteistä ja alkion kehitysominaisuuksista EmbryoScope®-inkubaattorista, verraten sitä viljelyliuoksesta eristetyn DNA:n määrään.
Menetelmät: Suolasaostusta ja NucleoSpin plasma XS -kittiä verrattiin DNA:n eristyksessä käyttäen qPCR-menetelmää, elektroforeesia sekä absorbanssi- ja pitoisuusmittauksia NanoDropilla. Viljelyliuokset kerättiin alkion viljelyn päättyessä, DNA eristettiin ja sen kokonaismäärää arvioitiin käyttäen Alu4-aluketta sekä TSPY-alukkeita osoittamaan Y-kromosomaalinen DNA liuoksista qPCR:llä. Kuva-analyysissä käytettiin lisäksi IBM SPSS -tilasto-ohjelmaa. Kromosomiseulontaan käytettiin aCGH-menetelmää ja sen tuloksia verrattiin aiemmin analysoituihin NGS-tuloksiin.
Tutkimustulokset: NucleoSpin plasma XS -kitti oli herkempi menetelmä sekä DNA:n saannin, puhtauden, että toistettavuuden osalta. Kumulussolujen (p<0,001), kuten myös kuolleiden solujen määrä (p<0,019) nosti DNA:n määrää viljelyliuoksessa. Havaittiin myös, että mitä pidempään alkiota viljeltiin (4, 5 tai 6 päivää), sitä suurempi oli DNA:n määrä liuoksessa (p<0,001). Muiden tekijöiden, kuten siittiöiden, ei havaittu merkitsevästi vaikuttavan DNA:n määrään. Kromosomiseulonnan tulokset viljelyliuoksesta aCGH-tekniikalla eivät vastanneet NGS-tekniikan tuloksia biopsioista.
Johtopäätökset: NucleoSpin plasma XS -kitti toimi suolasaostusta paremmin DNA:n eristyksessä saannin ja puhtauden sekä toistettavuuden osalta. Kumulussolujen, alkion viimeisen viljelypäivän sekä viljelyssä havaittujen kuolleiden solujen määrän havaittiin lisäävän DNA:n määrää liuoksessa. Muiden tekijöiden ei havaittu merkitsevästi vaikuttavan DNA:n määrään liuoksessa. Lisää tutkimuksia on tarpeen tehdä suuremmilla näytteiden määrillä. Kromosomiseulonnan tulokset eivät vastanneet NGS-tuloksia, joten menetelmän optimointi on edelleen tarpeen.
Abstract:
Background and aims: Infertility is more common phenomenon especially due to increase in maternal age. Embryo diagnostics is necessary within the couple with repetitive miscarriages and disruption of fertilization. Current procedures for embryo chromosomal screening require still an invasive biopsy of the embryo. There have been promising results of embryo´s spent medium use in analyzing embryo´s DNA and that field is necessary to be investigated more. The hypothesis of this study was to expect embryonic DNA to be found in spent medium and be demonstrated to correlate with the quality of the embryo. The purpose of this study was to optimize DNA extraction method from embryo culture medium and indicate that DNA in spent medium originated from embryo determining Y-chromosomal TSPY gene as marker and comparing aCGH results of spent media to NGS results of chromosomal screening. The aim was also to investigate if the evaluated events from time-lapse EmbryoScope® device correlate with amount of DNA. Especially, feasible DNA contamination sources and factors as well as embryo development properties were analyzed to explore their impact to released DNA amount in spent media.
Methods: Salt precipitation method and NucleoSpin plasma XS kit (Macherey-Nagel) for DNA extraction were compared using electrophoresis, qPCR and NanoDrop measurements. Embryo´s spent media from D4 to D6 embryo cultures were collected. DNA from spent media was determined using Alu4 as target to evaluate DNA amount and TSPY to determine Y-chromosomal DNA. Statistical analyses of time-lapse incubator images were used to investigate relation between contamination sources and embryo properties with DNA amount in spent media. IBM SPSS was used for statistical analyses. To compare chromosomal screening of spent medium with NGS results, aCGH (Agilent) was used.
Results: Yield and purity of the extracted DNA as well as repeatability of the method were better using NucleoSpin plasma XS kit than using salt precipitation method. Cumulus cells as contaminant DNA source (p<0,001), as well as lysed cells (p<0,019) were observed to increase the DNA amount in spent medium. Culture time was demonstrated to increase the DNA amount among D4, D5 and D6 embryo culture medium samples. Other evaluated factors had no impact on DNA amount in spent medium. Results of spent medium chromosomal screening using aCGH were not consistent with chromosomal screening results of biopsy by NGS.
Conclusions: DNA extraction using NucleoSpin plasma XS kit was more accurate. Cumulus cells and lysed cells, were demonstrated to increase DNA amount in spent medium. The culture time had also impact on DNA amount in culture medium. Other factors, such as sperm cells, had no impact on DNA amount, but more studies must be done because the number of samples was low. Also, the procedure of aCGH must be optimized because or re-evaluated the results were confusing.