Impact of antioxidant nanoparticles supplementation on in vitro maturation and gene expression of buffalo oocytes /
Eman Mahmoud Fawzy EL-Saka,
Impact of antioxidant nanoparticles supplementation on in vitro maturation and gene expression of buffalo oocytes / تأثير إضافة جسيمات النانو المضادة للأكسدة علي الإنضاج والتعبير الجيني لبويضات الجاموس معمليا by Eman Mahmoud Fawzy EL-Saka ; Supervision Dr. Abou Bakr A. El-Wishy, Dr. Abdallah Mohamed Shahat, Dr. Sally Rashad Elsaid Ibrahim. - 132 pages : illustrations ; 25 cm. + CD.
Thesis (M.Sc)-Cairo University, 2025.
Bibliography: pages 85-126.
Oxidative stress has been a critical factor influencing the efficiency of in vitro embryo
production (IVEP). In vitro conditions can disrupt the physiological balance between the
production of reactive oxygen species (ROS) and the cellular antioxidant defense
system, which certainly interferes with oocyte maturation and compromises their
developmental competence. Antioxidant supplementation during in vitro maturation
(IVM) is imperative to protect the oocytes against oxidative stress. Herein, we
investigated the effects of supplementing IVM media with novel biocompatible,
biodegradable, safe, and eco-friendly antioxidant nanoformulations enriched with
flavonoids (EMD-300® and EMP3-H200®) on oocyte quality, IVM rates, and expression
levels of some genes associated with oxidative stress, apoptosis, and pluripotency in
buffalo. Oocytes were aspirated from 4-8mm follicles from the abattoir-derived buffalo
ovaries with a recovery rate of 2.02 ± 0.23 oocytes/ovary. High-quality Cumulus-oocyte
complexes (COCs) were matured in vitro in IVM media supplemented with either EMD
300® or EMP3-H200® at 0.5% and 1% concentrations for 22 h at 38.5 ◦C in a
humidified atmosphere with 5% CO2. Following maturation, the frequency of nuclear
maturation, patterns of gene expression, the levels of total antioxidant capacity (TAC)
and malondialdehyde (MDA) in spent media were assessed. Nuclear maturation rates
(based on extrusion of the first polar body) were significantly (P< 0.001) decreased by
1% EMD-300® compared to other treated and control groups. Expression pattern of
glutathione peroxidase 4 (GPX4), superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT)
genes were significantly lower in 0.5% EMD-300® and EMP3-H200® supplemented
groups than in control ones for oocytes and cumulus cells (CCs). No significant
differences were observed in cysteinyl aspartate-specific protease 3 (CASP3) expression
between treated and control groups. However, activating transcription factor 6 (ATF6)
expression was significantly (P< 0.05) lower in treated than in control groups.
Supplementing IVM with 0.5% EMD-300® and EMP3-H200® significantly increased
the levels of OCT4 gene expression in oocytes and CCs. Also, increased the levels of
TAC and reduced the concentrations of MDA in IVM spent media. In conclusion,
supplementing IVM medium with EMD-300® and EMP3-H200® at 0.5% improved
nuclear maturation of buffalo oocytes as compared to 1.0%. We also reported that these
compounds possess antioxidant effects, which ensure their effectiveness in protecting
oocytes against oxidative stress. يُعد الإجهاد التأكسدي عاملاً حاسمًا يؤثر على كفاءة إنتاج الأجنة خارج الجسم (IVEP). إذ يمكن أن تؤدي الظروف خارج الجسم إلى الإخلال بالتوازن الفسيولوجي بين إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) ونظام الدفاع المضاد للأكسدة داخل الخلايا، مما يؤثر بشكل مؤكد على نضوج البويضات ويُضعف من كفاءتها التطورية. لذلك، فإن إضافة مضادات الأكسدة أثناء إنضاج البويضات خارج الجسم (IVM) أمر ضروري لحماية البويضات من الإجهاد التأكسدي. في هذه الدراسة، قمنا بدراسة تأثير إضافة تركيبات نانوية جديدة مضادة للأكسدة ، متوافقة حيويًا، قابلة للتحلل الحيوي، آمنة وصديقة للبيئة، ومُعززة بالفلافونويدات (EMD-300® and EMP3-H200®) إلى وسط إنضاج البويضات، على جودة البويضات، ومعدلات الإنضاج في المختبر، ومستويات التعبير الجيني لبعض الجينات المرتبطة بالإجهاد التأكسدي، والالتهام الذاتي، والتعددية القدرية في الجاموس.
تم جمع بويضات عالية الجودة من جُريبات يتراوح قطرها بين 4 إلى 8 مم من مبايض جاموس مأخوذة من المسلخ، وتم إنضاجها خارج الجسم في وسط يحتوي على®300-EMD أو®EMP3-H200 بتركيز 0.5% و1% لمدة 22 ساعة عند درجة حرارة 38.5 درجة مئوية و 5% من ثاني أكسيد الكربون. بعد الإنضاج ، تم تقييم معدل الإنضاج النووي، وأنماط التعبير الجيني، ومستويات السعة الكلية المضادة للأكسدة (TAC) ومستويات المالوندايالديهايد (MDA) في الوسط المستخدم. لوحظ انخفاض معنوي (P< 0.001) في معدلات الإنضاج النووي (استنادًا إلى خروج الجسم القطبي الأول) عند استخدام تركيز 1% من ® 300-EMD مقارنةً بباقي المجموعات المعالجة والمجموعة الضابطة. كما كانت أنماط التعبير الجيني لجين جلوتاثيون بيروكسيداز4 (GPX4) و سوبر أوكسيد ديسميوتاز (SOD) وكاتالاز(CAT) أقل بشكل ملحوظ في مجموعات ® 300-EMD أوEMP3-H200® بتركيز 0.5% مقارنة بالمجموعة الضابطة، سواء في البويضات أو الخلايا الجريبية المحيطة بها (sCC). لم تُلاحظ فروق معنوية في تعبير جين CASP3 بين المجموعات المعالجة والمجموعة الضابطة. ومع ذلك، كان تعبير جين عامل النسخ المنشّط (ATF6) أقل بشكل معنوي (P< 0.05) في المجموعات المعالجة مقارنة بالمجموعة الضابطة.
علاوة على ذلك، أدى إضافةEMD-300® اوEMP3-H200® إلى وسط إنضاج البويضات إلى زيادة كبيرة في مستويات تعبير جين OCT4 في البويضات والخلايا الجريبية. كما أدى استخدام نفس التركيز من EMD-300® اوEMP3-H200® إلى ارتفاع مستويات TAC وانخفاض تركيزات MDA، ما يدل على فعالية هذه التركيبات في تقليل الإجهاد التأكسدي.
الاستنتاج: إن إضافة المركبين ® 300-EMD أوEMP3-H200® بتركيز 0.5% إلى وسط نضج البويضات حسّنت من الإنضاج النووي لبويضات الجاموس مقارنة بتركيز 1.0%. كما أثبتت النتائج أن لهذه المركبات خصائص مضادة للأكسدة، مما يعزز من فعاليتها في حماية البويضات من الإجهاد التأكسدي.
Text in English and abstract in Arabic & English.
Theriogenology
علم التكاثر الحيواني
Buffalo Oocyte IVM Antioxidants Flavonoids Gene Expression Nanoparticles الجاموس البويضات
636.08966
Impact of antioxidant nanoparticles supplementation on in vitro maturation and gene expression of buffalo oocytes / تأثير إضافة جسيمات النانو المضادة للأكسدة علي الإنضاج والتعبير الجيني لبويضات الجاموس معمليا by Eman Mahmoud Fawzy EL-Saka ; Supervision Dr. Abou Bakr A. El-Wishy, Dr. Abdallah Mohamed Shahat, Dr. Sally Rashad Elsaid Ibrahim. - 132 pages : illustrations ; 25 cm. + CD.
Thesis (M.Sc)-Cairo University, 2025.
Bibliography: pages 85-126.
Oxidative stress has been a critical factor influencing the efficiency of in vitro embryo
production (IVEP). In vitro conditions can disrupt the physiological balance between the
production of reactive oxygen species (ROS) and the cellular antioxidant defense
system, which certainly interferes with oocyte maturation and compromises their
developmental competence. Antioxidant supplementation during in vitro maturation
(IVM) is imperative to protect the oocytes against oxidative stress. Herein, we
investigated the effects of supplementing IVM media with novel biocompatible,
biodegradable, safe, and eco-friendly antioxidant nanoformulations enriched with
flavonoids (EMD-300® and EMP3-H200®) on oocyte quality, IVM rates, and expression
levels of some genes associated with oxidative stress, apoptosis, and pluripotency in
buffalo. Oocytes were aspirated from 4-8mm follicles from the abattoir-derived buffalo
ovaries with a recovery rate of 2.02 ± 0.23 oocytes/ovary. High-quality Cumulus-oocyte
complexes (COCs) were matured in vitro in IVM media supplemented with either EMD
300® or EMP3-H200® at 0.5% and 1% concentrations for 22 h at 38.5 ◦C in a
humidified atmosphere with 5% CO2. Following maturation, the frequency of nuclear
maturation, patterns of gene expression, the levels of total antioxidant capacity (TAC)
and malondialdehyde (MDA) in spent media were assessed. Nuclear maturation rates
(based on extrusion of the first polar body) were significantly (P< 0.001) decreased by
1% EMD-300® compared to other treated and control groups. Expression pattern of
glutathione peroxidase 4 (GPX4), superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT)
genes were significantly lower in 0.5% EMD-300® and EMP3-H200® supplemented
groups than in control ones for oocytes and cumulus cells (CCs). No significant
differences were observed in cysteinyl aspartate-specific protease 3 (CASP3) expression
between treated and control groups. However, activating transcription factor 6 (ATF6)
expression was significantly (P< 0.05) lower in treated than in control groups.
Supplementing IVM with 0.5% EMD-300® and EMP3-H200® significantly increased
the levels of OCT4 gene expression in oocytes and CCs. Also, increased the levels of
TAC and reduced the concentrations of MDA in IVM spent media. In conclusion,
supplementing IVM medium with EMD-300® and EMP3-H200® at 0.5% improved
nuclear maturation of buffalo oocytes as compared to 1.0%. We also reported that these
compounds possess antioxidant effects, which ensure their effectiveness in protecting
oocytes against oxidative stress. يُعد الإجهاد التأكسدي عاملاً حاسمًا يؤثر على كفاءة إنتاج الأجنة خارج الجسم (IVEP). إذ يمكن أن تؤدي الظروف خارج الجسم إلى الإخلال بالتوازن الفسيولوجي بين إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) ونظام الدفاع المضاد للأكسدة داخل الخلايا، مما يؤثر بشكل مؤكد على نضوج البويضات ويُضعف من كفاءتها التطورية. لذلك، فإن إضافة مضادات الأكسدة أثناء إنضاج البويضات خارج الجسم (IVM) أمر ضروري لحماية البويضات من الإجهاد التأكسدي. في هذه الدراسة، قمنا بدراسة تأثير إضافة تركيبات نانوية جديدة مضادة للأكسدة ، متوافقة حيويًا، قابلة للتحلل الحيوي، آمنة وصديقة للبيئة، ومُعززة بالفلافونويدات (EMD-300® and EMP3-H200®) إلى وسط إنضاج البويضات، على جودة البويضات، ومعدلات الإنضاج في المختبر، ومستويات التعبير الجيني لبعض الجينات المرتبطة بالإجهاد التأكسدي، والالتهام الذاتي، والتعددية القدرية في الجاموس.
تم جمع بويضات عالية الجودة من جُريبات يتراوح قطرها بين 4 إلى 8 مم من مبايض جاموس مأخوذة من المسلخ، وتم إنضاجها خارج الجسم في وسط يحتوي على®300-EMD أو®EMP3-H200 بتركيز 0.5% و1% لمدة 22 ساعة عند درجة حرارة 38.5 درجة مئوية و 5% من ثاني أكسيد الكربون. بعد الإنضاج ، تم تقييم معدل الإنضاج النووي، وأنماط التعبير الجيني، ومستويات السعة الكلية المضادة للأكسدة (TAC) ومستويات المالوندايالديهايد (MDA) في الوسط المستخدم. لوحظ انخفاض معنوي (P< 0.001) في معدلات الإنضاج النووي (استنادًا إلى خروج الجسم القطبي الأول) عند استخدام تركيز 1% من ® 300-EMD مقارنةً بباقي المجموعات المعالجة والمجموعة الضابطة. كما كانت أنماط التعبير الجيني لجين جلوتاثيون بيروكسيداز4 (GPX4) و سوبر أوكسيد ديسميوتاز (SOD) وكاتالاز(CAT) أقل بشكل ملحوظ في مجموعات ® 300-EMD أوEMP3-H200® بتركيز 0.5% مقارنة بالمجموعة الضابطة، سواء في البويضات أو الخلايا الجريبية المحيطة بها (sCC). لم تُلاحظ فروق معنوية في تعبير جين CASP3 بين المجموعات المعالجة والمجموعة الضابطة. ومع ذلك، كان تعبير جين عامل النسخ المنشّط (ATF6) أقل بشكل معنوي (P< 0.05) في المجموعات المعالجة مقارنة بالمجموعة الضابطة.
علاوة على ذلك، أدى إضافةEMD-300® اوEMP3-H200® إلى وسط إنضاج البويضات إلى زيادة كبيرة في مستويات تعبير جين OCT4 في البويضات والخلايا الجريبية. كما أدى استخدام نفس التركيز من EMD-300® اوEMP3-H200® إلى ارتفاع مستويات TAC وانخفاض تركيزات MDA، ما يدل على فعالية هذه التركيبات في تقليل الإجهاد التأكسدي.
الاستنتاج: إن إضافة المركبين ® 300-EMD أوEMP3-H200® بتركيز 0.5% إلى وسط نضج البويضات حسّنت من الإنضاج النووي لبويضات الجاموس مقارنة بتركيز 1.0%. كما أثبتت النتائج أن لهذه المركبات خصائص مضادة للأكسدة، مما يعزز من فعاليتها في حماية البويضات من الإجهاد التأكسدي.
Text in English and abstract in Arabic & English.
Theriogenology
علم التكاثر الحيواني
Buffalo Oocyte IVM Antioxidants Flavonoids Gene Expression Nanoparticles الجاموس البويضات
636.08966