在辅助生殖技术（ART）快速发展的今天，如何精准、无创地评估卵母细胞和胚胎质量，一直是临床与科研领域的核心难题。卵母细胞和胚胎的代谢活性与其发育潜能直接相关，代谢异常可能导致细胞死亡、发育阻滞或着床失败。传统评估方法要么依赖有创取样，要么仅能静态观察形态，难以反映真实的生理状态。近期，发表于《Human Reproduction》的一项研究，提出了一种无标记、低能量的时差代谢成像技术，为解决这一难题提供了全新思路。
Horta F, Vuyyuru A, Newman H, et al. Investigating metabolic activity during oocyte and early embryo development through label-free metabolic imaging: a systematic approach for timelapse applications. Hum Reprod. 2025;40(12):2272-2285. doi:10.1093/humrep/deaf196
未成熟卵母细胞中 NAD (P) H 和 FAD 的自发荧光与线粒体红色探针荧光高度共定位
技术核心
这项技术的核心创新在于无标记与时差监测的深度结合。技术原理上，它巧妙利用了细胞内两种关键代谢分子——NAD(P)H和FAD的自发荧光特性。这两种分子能直接反映线粒体的功能，通过其荧光强度及比值——光学氧化还原比 （ORR）可精准表征细胞代谢活性。由于无需添加任何化学标记物，该技术从根本上避免了对卵母细胞和胚胎的潜在损伤。实验操作上，研究团队构建了精准的技术参数标准。成像设备采用共聚焦显微镜，分别以 405nm 和 488nm 激光激发荧光。为保障细胞安全，激光能量严格控制在 50 J·cm⁻² 以下，远低于损伤阈值。监测频率上，设定为每 3 小时成像一次，持续追踪卵母细胞（18小时）及胚胎（66小时）发育的全历程。同时，通过 Z-stack 技术记录 15 个焦平面，确保了成像的完整性。此外，研究还结合了免疫染色、体外生长及活体出生实验，形成了完整的安全验证链条。
共聚焦显微镜检测卵母细胞体外成熟过程中的代谢活性变化
实验设计
研究的实验设计贯穿严谨性原则，从分组对照到检测体系，每一步都为结论的可靠性提供支撑。分组设置上，对照组作为标准参照，反映卵母细胞和胚胎的正常发育状态；假对照组排除显微镜操作等无关因素的影响，确保光照是唯一变量；光照组则接受核心技术处理，三者形成鲜明对比，清晰呈现技术对细胞发育的实际影响。检测体系覆盖代谢信号、发育指标与安全终点三个维度。代谢信号层面，通过荧光强度与 ORR 比值捕捉代谢动态；发育指标层面，监测卵母细胞成熟率、胚胎囊胚形成率、囊胚细胞总数及内细胞团细胞数等关键参数；安全终点层面，通过胚胎体外生长面积、活体出生率、后代体重及健康状况等指标，全面评估技术的生物安全性。
早期胚胎发育过程中的 NAD (P) H 荧光强度变化
核心发现
研究通过系统检测明确显示，光照组与对照组在卵母细胞成熟率、囊胚形成率及后代出生后的健康状况等关键指标上均无显著差异，充分证实了该技术具有良好的生物安全性。在代谢动态规律方面，研究发现卵母细胞成熟过程中光学氧化还原比（ORR）持续升高，表明代谢活性随成熟进程增强。更具临床意义的是，胚胎发育中的 NAD(P)H 水平呈现特征性动态变化：正常发育的胚胎在两细胞期逐渐升高，在桑椹胚期达到峰值，随后在囊胚期显著下降；而未形成囊胚的胚胎在两细胞期和桑椹胚期的信号显著偏低。这一发现表明代谢分子的荧光信号可作为预测胚胎发育潜能的生物标志物，为精准筛选优质胚胎提供了全新思路。
创新价值
这项技术的创新点集中体现在它实现了动态与无创的双重目标，打破了以往代谢成像依赖单点检测或化学标记的局限，让评估更贴近生理状态。在指标关联上，研究明确了代谢信号与发育潜能的强相关性，证实了内源性分子动态变化能有效预测胚胎发育结局，从而改变了传统评估单一依赖形态学的模式。同时，研究建立了一套包含激光波长、能量剂量和成像频率在内的安全可控技术标准，为该技术向临床转化奠定了坚实的系统方法基础。
不同实验组囊胚体外生长面积评估
研究局限
尽管展现出巨大潜力，但研究也客观指出动物模型与临床应用之间存在差距，未来需在人类生殖细胞中开展验证。技术参数上，目前的激发波长尚未处于最佳峰值且图像分辨率仍有优化空间，需在保证安全性的前提下进一步提升。在安全性评估方面，目前尚未涉及 DNA 损伤或基因突变等长期发育风险的深层检测。此外，实验设计未来可进一步细化对卵丘细胞影响的分析，并通过优化培养体系提升卵母细胞的体外成熟率，从而使评估指标更加全面。
结语
无标记时差代谢成像技术的问世，为辅助生殖领域的质量评估提供了全新范式。凭借无创、动态、安全的核心优势，该技术突破了传统评估方法的局限，更可无缝适配临床时差培养箱，实现胚胎发育的全程实时监测，为精准预判胚胎发育潜能、筛选优质卵母细胞与胚胎提供关键支撑，有望成为未来试管婴儿技术的核心工具。