該系統(tǒng)的高分辨率以及更換玫瑰座影響不顯著是該技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)勢。在對照毛細(xì)管中觀察到的可忽略但持續(xù)存在的氧氣消耗可能可以通過進(jìn)行測量所需時間內(nèi)傳感器的輕微氧氣消耗來解釋，因為約 100 pA 的電極電流對應(yīng)于約 0.02 nl/h 的氧氣消耗。然而，由于傳感器只是短暫插入毛細(xì)管，沒有時間顯著改變濃度，這種效應(yīng)更可能是由于整個測量過程中觀察到的輕微溫度波動（即小于 0.5°C）造成的。在本研究中，測量每個胚胎所需的時間約為 8 分鐘，但由于技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，目前可以在 2 分鐘內(nèi)完成單次測量。

本文描述的超微呼吸系統(tǒng)測量單個胚胎的整體呼吸速率，基于胚胎自由躺在玻璃毛細(xì)管底部所產(chǎn)生的梯度。這克服了使用掃描電化學(xué)顯微鏡技術(shù)時遇到的囊胚表面不均勻性問題。在該論文中，作者報告稱囊胚的氧氣消耗速率各不相同，與滋養(yǎng)層側(cè)相比，在內(nèi)細(xì)胞團(tuán)側(cè)觀察到更高的氧氣消耗速率。我們技術(shù)的一個明顯優(yōu)勢是毛細(xì)管內(nèi)的線性濃度梯度，因此測量不需要精確了解從胚胎表面到傳感器尖端的徑向距離，并且測量不需要非常靠近胚胎進(jìn)行。相反，對于SCEM技術(shù)，球形擴散在胚胎周圍建立了雙曲線濃度差異，因此必須對所有胚胎在完全相同的位置且靠近胚胎表面進(jìn)行測量，以便直接比較不同胚胎的氧氣消耗速率。

本文觀察到的第3天胚胎的呼吸速率略高于報告的相似日齡胚胎的呼吸速率。通過微傳感器系統(tǒng)測量到的第7天囊胚的平均呼吸速率與使用體內(nèi)第7天牛囊胚獲得的結(jié)果一致。另一方面，我們的第7天胚胎結(jié)果遠(yuǎn)低于記錄的結(jié)果，但他們的研究是在第8天囊胚上進(jìn)行的，這些囊胚含有更多的細(xì)胞和更大的直徑。我們的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的差異也可以通過這兩項實驗中使用的不同囊胚階段來解釋。根據(jù)研究，外源添加的蛋白質(zhì)顯著改變胚胎的氧化代謝。因此，我們的實驗中使用的培養(yǎng)基類型很可能對結(jié)果產(chǎn)生了影響。

在本研究中，第7天囊胚的呼吸速率比八細(xì)胞階段胚胎觀察到的呼吸速率大約高3.4倍。這些數(shù)值與報告的小鼠胚胎在桑椹胚和囊胚之間增加的倍數(shù)一致。類似地，顯示第6天牛囊胚的氧氣消耗比16細(xì)胞桑椹胚增加，證實囊胚消耗的氧氣是卵裂階段胚胎的兩到四倍。實際上，這種增加在早期的卡爾特潛水器技術(shù)中已經(jīng)被觀察到，其中囊胚群消耗的氧氣明顯多于卵裂階段胚胎群。

隨著植入前胚胎發(fā)育到更晚期階段，呼吸速率的增加與啟動致密化和囊胚形成過程所需的能量需求增加相關(guān)。我們的研究通過將八細(xì)胞胚胎的低呼吸速率與其低ATP需求相關(guān)聯(lián)，以及將第7天囊胚的較高呼吸速率與由于活躍胚胎基因組的出現(xiàn)以及線粒體形態(tài)和數(shù)量變化導(dǎo)致的ATP需求增加相關(guān)聯(lián)，也支持了這種代謝活動的增加。在囊胚水平產(chǎn)生的部分ATP是糖酵解增加的結(jié)果，因此與氧氣消耗無關(guān)；然而，囊胚產(chǎn)生的總ATP的大部分仍然由線粒體氧化磷酸化產(chǎn)生，這是一個需要氧氣的過程。根據(jù)研究，氧化磷酸化非依賴性的氧氣消耗在整個胚胎發(fā)育過程中保持恒定。因此，觀察到的氧氣消耗增加很可能主要反映了囊胚階段氧化磷酸化的增加。

第7天體外囊胚的呼吸速率隨著形態(tài)質(zhì)量和胚胎直徑的降低而降低。然而，就形態(tài)而言，只有質(zhì)量1胚胎與所有其他質(zhì)量等級顯著不同，顯示出最高的呼吸速率。質(zhì)量1胚胎具有更高呼吸速率的重要性通過功效分析得到證實，該分析也表明即使在更大的實驗中也無法檢測到其他質(zhì)量等級之間的差異。

我們的結(jié)果與報告的結(jié)果一致，后者顯示外觀健康、病理性卵裂和退化的人類囊胚的呼吸速率遞減。此外，這項研究得到了使用牛胚胎的工作的支持，但與的結(jié)果相反，后者觀察到體內(nèi)牛胚胎形態(tài)與呼吸之間沒有相關(guān)性。這些差異可能與所使用的不同測量系統(tǒng)以及所用胚胎的來源和階段有關(guān)。

不幸的是，僅研究了相對少數(shù)量的質(zhì)量4囊胚，因此無法充分證明胚胎呼吸與某些形態(tài)質(zhì)量之間存在統(tǒng)計學(xué)上顯著的關(guān)聯(lián)。類似地，在兩個中間形態(tài)等級之間未檢測到顯著差異。這是預(yù)期的，因為對此類胚胎類型的形態(tài)學(xué)評估尤其困難，并且胚胎經(jīng)常被無意中低估或高估。此外，我們觀察到形態(tài)學(xué)內(nèi)部呼吸速率存在相當(dāng)大的變異，如其他研究中先前所述。總之，這些結(jié)果部分支持了具有較高代謝水平的胚胎通常具有較高形態(tài)質(zhì)量的假設(shè)，但觀察到的呼吸速率和形態(tài)質(zhì)量之間的變異表明呼吸速率測量本身可能就是一個質(zhì)量指標(biāo)。

目前的數(shù)據(jù)顯示，處于更晚期發(fā)育階段的囊胚具有顯著更大的直徑，因此呼吸速率更高。這一觀察結(jié)果可以通過Na?-K?-ATPase的活性占囊胚大部分能量消耗的事實來解釋，因此預(yù)計最大的囊胚將消耗更多的氧氣。其他研究未描述胚胎直徑與呼吸速率之間的直接相關(guān)性。另一方面，對于體內(nèi)牛和體外豬胚胎，已經(jīng)報道了囊胚階段與其相應(yīng)的氧氣消耗之間的相關(guān)性。這些研究中對早期和擴張囊胚的測量證實，在囊胚完成擴張后氧氣消耗下降。相反，證明氧氣攝取與牛囊胚的再擴張程度直接相關(guān)，并且孵化囊胚顯示出最高的氧氣消耗。因此，更晚期的牛囊胚階段是否表現(xiàn)出相當(dāng)?shù)偷难鯕庀男枰M(jìn)一步研究。

我們無法充分解析呼吸速率可能因胚胎性別而異的問題。雄性和雌性囊胚的呼吸速率相似，與質(zhì)量類別內(nèi)不均勻的雄性:雌性分布無關(guān)。據(jù)我們所知，沒有可用數(shù)據(jù)解決不同性別胚胎之間呼吸速率的問題。一旦雌性胚胎達(dá)到某個階段和形態(tài)，使我們能夠?qū)⑵錃w類為屬于某個特定質(zhì)量，其呼吸速率可能與雄性胚胎相同。

在選擇進(jìn)行氧氣測量的胚胎中觀察到偏雄性的性別比例。在使用相同培養(yǎng)條件的先前工作中未觀察到這種傾斜的性別比例。然而，在這些研究中，用于性別鑒定的胚胎選擇是以不同方式進(jìn)行的。因此，我們的結(jié)果可能與其他研究一致，表明培養(yǎng)基中的葡萄糖可能有利于雄性胚胎比雌性胚胎更快的卵裂和生長，后者卵裂過程較慢并且從桑椹胚/早期囊胚階段進(jìn)展到更晚發(fā)育階段的能力較差。然而，研究性別比例差異超出了本實驗的范圍。

本研究中評估的新型高分辨率微傳感器技術(shù)能夠在短時間內(nèi)非侵入性、簡單、準(zhǔn)確且一致地測量單個胚胎的呼吸速率。這些特性使該技術(shù)在未來評估胚胎質(zhì)量方面充滿希望。然而，通過本文介紹的微傳感器技術(shù)測量的單個胚胎呼吸速率是否將被證明是后續(xù)胚胎存活力的準(zhǔn)確指標(biāo)，需要進(jìn)一步研究，包括胚胎移植。

我們支持普遍觀點，即需要更客觀的胚胎質(zhì)量測量，并且無疑是克服形態(tài)學(xué)評估缺點的關(guān)鍵。微傳感器技術(shù)的客觀性，結(jié)合傳統(tǒng)且被接受的形態(tài)學(xué)評估，可能被證明是一種非常準(zhǔn)確的方法，可以改善胚胎分類和后續(xù)選擇。基于這兩種評估方法組合的改進(jìn)選擇，有可能有助于減少動物胚胎移植單位的財務(wù)損失，并避免人類體外受精診所中大量不成功的妊娠和多胎分娩。