Pathological features of cloned calves that died in the neonatal period / Aspectos patológicos de bezerros clonados com óbito no período neonatal

Somatic-cell nuclear transfer is a cloning technique that enables the creation of a viable embryo from a donor adult to produce a genetically identical individual. This technique opens numerous potential possibilities for medicine and animal reproduction. However, several reports have documented cloning-related issues. Embryo and fetal losses remain significantly higher than in other techniques, and there is a high incidence of dystocia and hydrops, which decreases efficiency and increases costs. Animals delivered at term often exhibit a syndrome known as macrosomia and experience difficulties in adapting to life outside the uterus, and death is a common outcome. In the present study, 41 cloned calves that died in the neonatal period were subjected to gross and histopathological examination. Most important gross lesions were found in the liver (enlargement, congestion, yellowish color), kidneys (brownish color at surface and cut, and cysts), lungs (atelectasis, parenchymal consolidation, and secretions in bronchi and bronchioles), and heart (concentric and eccentric hypertrophy, hematic cysts, persistence of ductus arteriosus). Primary microscopic findings were seen in the liver, kidneys, and lungs from neonatal calves. In the liver, 85% of the animals exhibited hepatic degeneration. The presence of a brownish pigment within the cortical tubules of the kidneys was found in approximately 90% of the samples; the presence of this pigment has not been previously reported in cloned calves. In the lungs, a large number of animals exhibiting lesions characteristic of pneumonia (55%). These changes were the pivotal causes of death, mainly due to problems in adapting to life outside the uterus and opportunistic infections in the neonatal period. Further investigation focusing on pathological anatomical changes is necessary to map these abnormalities in cloned animals.(AU)

A transferência nuclear de células somáticas ou clonagem é uma técnica que permite produzir um indivíduo geneticamente igual a um outro indivíduo adulto. Esta técnica abre inúmeras possibilidades para a medicina e para a reprodução animal. Porém, existem inúmeros relatos de problemas associados à clonagem. A taxa de perda nos períodos embrionário e fetal ainda é muito alta quando comparada a outras biotécnicas; além disso, há uma maior incidência de hidropsias e distocias, diminuindo a eficiência e aumentando o custo da técnica. Os animais que vem a termo frequentemente apresentam uma síndrome chamada de macrossomia, e apresentam dificuldades de adaptação à vida extrauterina e, por isso, o óbito é um desfecho comum. No presente trabalho realizou-se necropsia e coleta de fragmentos de órgãos para avaliação histopatológica de 41 bezerros com óbito neonatal. As lesões macroscópicas mais importantes foram encontradas no fígado (hepatomegalia, congestão e coloração amarelada), rins (coloração amarronzada na superfície e ao corte, e cistos), pulmões (atelectasia, parênquima consolidado, e secreções nos brônquios e bronquíolos), e coração (hipertrofia concêntrica e excêntrica, cistos hemáticos e persistência de ducto arterioso). As principais alterações microscópicas observadas foram presença de pigmento acastanhado no interior dos túbulos corticais renais (aproximadamente 90% dos animais), degeneração hepática (85% das amostras avaliadas) e lesões características de pneumonia (55% dos animais). A pigmentação acastanhada no interior dos túbulos corticais é uma alteração que ainda não havia sido relatada anteriormente em animais clonados. As alterações observadas nestes órgãos foram determinantes para o óbito, e devem ter ocorrido sobretudo devido a problemas na adaptação ao ambiente extrauterino e em decorrência de infecções adquiridas no período neonatal. Os achados encontrados no presente trabalho denotam a necessidade de investigação anatomopatológica detalhada de animais clonados inviáveis, na tentativa de mapear as anormalidades apresentadas por eles.(AU)

Clinical and blood gas analysis of calves conceived by artificial insemination, in vitro fertilization and animal cloning / Análise clínica e hemogasométrica de bezerros concebidos por inseminação artificial, fertilização in vitro e clonagem animal

In order for successful extra-uterine adaptation to occur, it is necessary for the neonate to be able to establish its respiratory functions effectively, guaranteeing efficient oxygenation and good vitality. Respiratory disorders are the major cause of death during the neonatal period in cattle, and this mortality is even more significant when it comes to calves originated by in vitro fertilization (FIV) or animal cloning (CA). Blood gas analysis assesses acid-base balance changes effectively, and when associated with the neonate's clinical examination, provides subsidies for accurate diagnosis and early treatment of neonatal maladaptation. The objective of this study was to study neonates born from artificial insemination (IA) and to compare them to calves conceived by FIV and CA, regarding blood gas and clinical examination. For that, 20 AI calves, 15 FIV calves, and 15 cloned calves were evaluated immediately after calving and at 6, 12, 24 and 48 hours of life. At all experimental times, venous blood samples were collected for blood gas and clinical examination was performed. In the postpartum evaluation, Apgar score and column length and respiratory amplitude measurements were used. IVF animals showed no alterations, resembling Group IA calves. The calves from CA showed more pronounced acidosis postpartum than expected physiological acidosis mixed for neonates, with decreasing values of bicarbonate (HCO3-), and base excess (BE) and the increase in carbon dioxide pressure (PCO2) when compared to the other groups. This disorder may have reflected lower mean values of Apgar scores and increased heart and respiratory rates. Intensive follow-up of these neonates is suggested, with monitoring by clinical and hemogasometric examination for early diagnosis of this condition and treatment based on oxygen therapy and bicarbonate replacement.(AU)

Para que ocorra adaptação extra-uterina bem sucedida é necessário que o neonato consiga estabelecer suas funções respiratórias de maneira eficaz, garantindo oxigenação eficiente e boa vitalidade. Distúrbios respiratórios são os maiores causadores de óbito durante o período neonatal em bovinos, e essa mortalidade é ainda mais expressiva quando se trata de bezerros originados por fertilização in vitro (FIV) ou clonagem animal (CA). A hemogasometria avalia alterações do equilíbrio ácido-básico de forma eficaz, e quando associada ao exame clínico do neonato, fornece subsídios para diagnóstico acurado e tratamento precoce da má adaptação neonatal. O objetivo deste trabalho foi estudar recém-nascidos bovinos originados por inseminação artificial (IA) e compará-los a bezerros concebidos por FIV e CA, no que se refere a hemogasometria e exame clínico. Para isso, foram utilizados 20 bezerros IA, 15 bezerros FIV e 15 bezerros clonados que foram avaliados imediatamente após o parto e com 6, 12, 24 e 48 horas de vida. Em todos os momentos experimentais foram colhidas amostras de sangue venoso para hemogasometria e foi realizado o exame clínico. Na avaliação pós-parto foram utilizados escore Apgar e mensurações de comprimento de coluna e amplitude respiratória. Os animais FIV não demonstraram alterações, assemelhando-se aos bezerros do Grupo IA. Os bezerros provenientes de CA apresentaram acidose pós-parto mais acentuada do que a acidose mista fisiológica esperada para neonatos, evidenciada pela diminuição dos valores de bicarbonato (HCO3-) e excesso de bases (EB) e pelo aumento de pressão parcial de dióxido de carbono (PCO2) quando comparados aos demais grupos. Esse distúrbio pode ter refletido em valores médios menores de escore Apgar e no aumento das frequências cardíaca e respiratória. Sugere-se acompanhamento intensivo desses neonatos, com monitoramento por meio do exame clínico e hemogasométrico para diagnóstico precoce dessa condição e tratamento baseado em oxigenioterapia e reposição de bicarbonato.(AU)

Bovine conceptus of Bos indicus produced by somatic cell nuclear transfer and parthenogenesis present morphological variations since the blastocyst stage / Conceptos bovinos (Bos indicus) produzidos por transferência nuclear de células somáticas e partenogênese apresentam variações morfológicas desde o estágio de blastocisto

In cattle, embryo development is characterized by the appearance of two distinct cell layers, the trophectoderm and the inner cell mass. The latter will undergo differentiation to form the embryonic disc consisting of the epiblast and hypoblast. The aim of this study was to ultrastructurally characterize the bovine embryo from different in vitro production techniques, with emphasis on trophectoderm and inner cell mass cells. Bovine embryos on day 7 (conception = D1) of pregnancy, derived via in vitro production techniques, were fixed for light and transmission electron microscopy processing. Results suggested that embryos produced by nuclear transfer of somatic cells and parthenogenesis showed significant changes in macroscopic and microscopic structure. Size was reduced, and the inner cell mass had no defined shape. Furthermore, organelles responsible for the absorption processes, communication, growth, and cellular metabolism were fewer and had changes in shape, when compared to results in embryos produced by in vitrofertilization. We concluded that embryos produced by parthenogenesis and SCNT exhibit morphological differences when compared with IVF embryos, such as undeveloped blastocoel, poorly defined distribution of ICM, and morphological differences in organelles.

Em bovinos, o desenvolvimento embrionário é caracterizado pelo surgimento de duas camadas distintas, o trofectoderma e a massa celular interna. Este último irá sofrer diferenciação para formar o disco embrionário, o qual consiste em epiblasto e hipoblasto. O objetivo deste estudo foi caracterizar ultraestruturalmente o embrião bovino proveniente de diferentes técnicas de produção in vitro, com ênfase no trofectoderma e na massa celular interna. Embriões bovinos com sete dias de gestação (fecundação = D1), derivados de técnicas de produção in vitro, foram fixados para processamento de microscopia de luz e eletrônica de transmissão. Os resultados sugerem que os embriões produzidos por transferência nuclear de células somáticas e partenogênese apresentaram alterações significativas em suas estruturas macro e microscópica. O tamanho foi reduzido, e a massa celular interna não tinha uma forma definida. Além disso, organelas responsáveis por processos de absorção, comunicação, crescimento e metabolismo celular estavam em menor número e tinham alterações na forma quando comparadas aos resultados em embriões produzidos por fertilização in vitro. Conclui-se que os embriões produzidos por SCNT e partenogênese apresentam diferenças morfológicas quando comparados aos embriões de fertilização in vitro, tais como blastocele pouco desenvolvida, massa celular interna pouco definida e diferenças morfológicas nas organelas.

Caracterização das proteínas caveolinas -1 e -2 na placenta de conceptos bovinos clonados transgênicos / Caracterization of caveolin -1 and -2 proteins in cloned and transgenic placenta of cattle

A utilização da transgenia com a proteína fluorescente verde (GFP) como marcador de células de origem fetal nas placentas de clones bovinos servirá de modelo inédito para estudo morfofisiológico e imunológico da interação materno-fetal, visto que possibilitará o seu mapeamento, diferenciando as células fetais das maternas. Tal modelo terá aplicação direta, principalmente porque estes são animais que apresentam problemas em relação ao seu desenvolvimento. Com o auxílio deste modelo, pretende-se verificar o transporte de substâncias entre a mãe e o feto via endocitose, pela imunolocalização das proteínas chamadas de caveolinas. Para tanto foram utilizados 06 bovinos clonados e 30 bovinos de inseminação artificial (IA) com idade até 90 dias de gestação, os quais tiveram seu desenvolvimento interrompido mediante abate humanitário das receptoras e ovariosalpingohisterectomia, com posterior recuperação do útero gestante. Foram coletados os placentônios e o cório. Uma parte das amostras foi recortada e fixada, por imersão, em solução de parafolmaldeído a 4% ou formoldeído a 10% em tampão fosfato de sódio (PBS) a 0,1M pH 7.4, solução de Zamboni (4% de paraformoldeído, 15% de ácido pícrico, em tampão fosfato de sódio a 0,1M pH 7.4), metacarn (60% de metanol, 30% de clorofórmio, e 10% de ácido acético glacial), para verificação da morfologia e realização de imuno-histoquímica para as proteínas caveolinas -1 e -2 (CAV -1 e CAV-2)...

The transgenic application of green fluorescent protein (GFP) as fetal cell marker on cattle cloned placenta could provide an exclusive model for studying the morphologic and immunologic maternal-fetal interactions, providing information about its mapping, distinguishing the fetal from maternal cells. This model will have direct application, mainly because these animals present problems during its development. With this model's support, we intend to verify the substances transport between mother and fetus during endocytosis, through the immunolocalization of protein named caveolae. For these, we used 06 cloned bovine and 30 cattle samples of artificial insemination (AI) with 90 days of pregnancy, which had been their development interrupted by humanitarian slaughter of the recipient and recovery of the pregnant uterus. We collected the placentome and the chorion. A part of the samples was cut and fixed, by immersion, on a solution containing 4% of parafomaldehyde or 10% of formaldehyde on a sodium phosphate buffer (PBS), at 0,1M pH 7.4, Zamboni solution (4% of paraformaldehyde, 15% of picric acid, on sodium phosphate buffer 0,1M pH 7.4), metacarn (60% of metanol, 30% of chloroform, and 10% glacial acetic acid), for morphologic and immunohistochemistry verification for caveolinas proteins -1 and -2 (CAV -1 and CAV- 2). The caveolins -1 were found in fetal and maternal villi, but its strongest staining was observed in the endometrial stroma. The caveolins -2 had positive staining in trophoblast and chorioallantoic membrane, and specifically in giant trophoblastic binucleated cell. Therefore the results were compared between cloned cattle and from AI or natural mating, for assisting on detection of the reason of many placental alterations, embryonic losses, spontaneous abortion, post-natal mortality and large offspring syndrome on laboratory-manipulated animals. The result suggests that the proteins caveolins -1 and -2 (CAV-1 and CAV-2)...

In vitro development of canine somatic cell nuclear transfer embryos in different culture media

The objective of the present study was to investigate the effects of three different culture media on the development of canine somatic cell nuclear transfer (SCNT) embryos. Canine cloned embryos were cultured in modified synthetic oviductal fluid (mSOF), porcine zygote medium-3 (PZM-3), or G1/G2 sequential media. Our results showed that the G1/G2 media yielded significantly higher morula and blastocyst development in canine SCNT embryos (26.1% and 7.8%, respectively) compared to PZM-3 (8.5% and 0%) or mSOF (2.3% and 0%) media. In conclusion, this study suggests that blastocysts can be produced more efficiently using G1/G2 media to culture canine SCNT embryos.

Insights on bovine genetic engineering and cloning / Experiências em clonagem e transgenia em bovinos

Transgenic technology has become an essential tool for the development of animal biotechnologies, and animal cloning through somatic cell nuclear transfer (SCNT) enabled the generation of genetically modified animals utilizing previously modified and selected cell lineages as nuclei donors, assuring therefore the generation of homogeneous herds expressing the desired modification. The present study aimed to discuss the use of SCNT as an important methodology for the production of transgenic herds, and also some recent insights on genetic modification of nuclei donors and possible effects of gene induction of pluripotency on SCNT.

Tecnologias de modificação genética têm se tornado ferramentas essenciais para o desenvolvimento de biotecnologias animais. A clonagem animal mediante transferência nuclear de célula somática (TNCS) possibilitou a geração de animais geneticamente modificados através da utilização de linhagens celulares previamente modificadas e selecionadas como doadoras de núcleo, garantindo desta maneira a geração de rebanhos homogênoes expressando a modificação desejada. O presente estudo objetivou discutir o uso da TNCS como importante metodologia para a produção de rebanhos transgênicos, assim como experiências recentes na manipulação genética de células doadoras de núcleo e possíveis efeitos da indução gênica à pluripotência na TNCS.

SRY-positive 78, XY ovotesticular disorder of sex development in a wolf cloned by nuclear transfer

Recently, we reported the three wolves cloning with normal karyotype from somatic cells of endangered male gray wolves (Canis lupus), but one wolf had female external genitalia. In this study, we conducted further clinical, histological, and genetic analyses. This cloned wolf had a normal uterus but developed ovotestis. Through molecular analysis of the SRY gene, a mutation in the coding sequence of SRY gene could be excluded as a cause of intersexuality. This is the first report of a cloned wolf with a 78, XY ovotesticular disorder affecting sexual development characterized by bilateral ovotestes.

Caracterização da fusão caruncular em gestações naturais e de conceptos bovinos clonados / Characterization of the caruncular fusion in gestations of natural and cloned bovine conceptuses

O objetivo deste trabalho foi comparar as fusões carunculares em gestações de conceptos não clonados (CNC) e conceptos clonados (CC). Os CNC foram divididos segundo o período de gestação em Grupo I (2-3 meses, n=9), Grupo II (4-6 meses, n=9), Grupo III (7-8 meses, n=10) e Grupo IV (9 meses, n=7). Os CC formaram o Grupo V (9 meses, n=4). As carúnculas foram observadas macroscopicamente (número e dimensões: comprimento, largura e altura), microscopicamente e submetidas à análise estatística (5 por cento de significância). Observaram-se três tipos de fusões carunculares macroscópicas: ovais (morfologicamente normais); duas carúnculas adjacentes unidas e do tipo lobuladas, caracterizadas por regiões com várias carúnculas unidas apresentando falsa fusão ou deformação do parênquima caruncular. O comprimento das carúnculas foi de 1,55±0,57; 2,45±0,55; 4,66±2,00 e 5,72±1,90cm para os Grupos I, II, III e IV, respectivamente. Quanto à altura, as carúnculas apresentaram um crescimento linear durante a gestação e foram de 0,40±0,15; 0;57±0,21; 1,00±0,48 e 1,80±0,91cm, para os respectivos Grupos I, II, III e IV. A largura das carúnculas foi semelhante entre os Grupos I e II (0,97±0,30 e 1,42±0,71cm) e os Grupos III e IV (2,68±1,22 e 3,52±1,16cm). Quando o Grupo V foi comparado ao Grupo IV, as carúnculas do Grupo V apresentaram maior comprimento (5,72±1,90 vs. 7,88±2,13cm) e largura (3,52±1,16 vs. 4,93±1,46cm), porém foram semelhantes em altura (1,80±0,91 e 2,25±0,67cm). Verificou-se que em gestações de CC, as carúnculas apresentaram maior desenvolvimento que em gestações de CNC. As carúnculas fusionadas apresentaram medidas estatisticamente semelhantes às isoladas em todos os parâmetros e grupos. Sob microscopia de luz, observou-se a formação de um eixo estromal, da base da carúncula ao ápice da fissura fusional, de constituição histológica semelhante ao estroma endometrial. Também foram ineditamente definidos três formatos microscópicos: fusão propriamente ...

The objective of the study was to compare the characteristics of the caruncular fusion in gestations of non-cloned and cloned conceptuses. The non-cloned conceptuses were divided according to the gestation period: Group I (2 to 3 months; n=9), II (4 to 6; n=9); III (7 to 8; n=10) and IV (9 n=7). The cloned conceptuses formed the Group V: 9 months; n=4. The caruncles were observed macroscopically (number and dimensions: length, width and height), microscopically and submitted to statistical analysis (5 percent of significance). We observed three types of macroscopic caruncular fusions: oval (morphologically normal); two united adjacent caruncles and the lobulated type, characterized by regions with several united caruncles presenting a false fusion or deformation of the caruncular parenchyma. The length of the caruncles was 1.55±0.57; 2.45±0.55; 4.66±2.0 and 5.72±1.90cm for the groups I, II, III, IV respectively. As for the height, the caruncles presented a lineal growth during the gestation: 0.40±0.15; 0.57±0.21; 1.0±0.48 and 1.80±0.91cm, for the respective groups I, II, III and IV. The width of the caruncles was similar between the groups I and II (0.97±0.30 e 1.42±0.71cm) and the groups III and IV (2.68±1.22 and 3.52±1.16cm). When the group V was compared to the IV, the caruncles of the group V presented a larger length (5.72±1.90 vs. 7.88±.13cm) and width (3.52±1.16 vs. 4.93±1.46cm), however they were similar in height (1.80±0.91 and 2.25±0.67cm). We verified that in gestations of cloned conceptuses the caruncles presented a larger development than in gestations of non-cloned conceptuses. The fusioned caruncles presented measurements statistically similar to the isolated ones in all the parameters and groups. Under light microscopy, we observed the formation of a stromal axis from the basis of the caruncle to the apex of the fusional fissure, with the histological constitution similar to the endometrial stroma. Three microscopic shapes ...

Production of cloned sei whale (Balaenoptera borealis) embryos by interspecies somatic cell nuclear transfer using enucleated pig oocytes

In this study, we examined the feasibility of using subzonal cell injection with electrofusion for interspecies somatic cell nuclear transfer (iSCNT) to produce sei whale embryos and to improve their developmental capacity by investigating the effect of osmolarity and macromolecules in the culture medium on the in vitro developmental capacity. Hybrid embryos produced by the electrofusion of fetal whale fibroblasts with enucleated porcine oocytes were cultured in modified porcine zygote medium-3 to examine the effects of osmolarity and fetal serum on their in vitro developmental capacity. More than 66% of the whale somatic cells successfully fused with the porcine oocytes following electrofusion. A portion (60~81%) of the iSCNT whale embryos developed to the two- to four-cell stages, but no embryos were able to reach the blastocyst stage. This developmental arrest was not overcome by increasing the osmolarity of the medium to 360 mOsm or by the addition of fetal bovine or fetal whale serum. Our results demonstrate that sei whale-porcine hybrid embryos may be produced by SCNT using subzonal injection and electrofusion. The pig oocytes partly supported the remodeling and reprogramming of the sei whale somatic cell nuclei, but they were unable to support the development of iSCNT whale embryos to the blastocyst stage.

Consideraciones científicas relacionadas con la ética y el uso de las células madre embrionarias en la investigación y en la medicina / Scientific considerations relating to the ethics of the use of human embryonic stem cells in research and medicine

El desarrollo reciente de las células madre a partir de blastocistos humanos (CME), tiene el potencial de revolucionar muchas de nuestras aproximaciones a la biología humana y a la medicina humana. La persistencia de la objeción para el uso de las CME humanas por consideraciones éticas puede impedir el avance o diferir estas oportunidades indefinitivamente. Es esencial que la discusión ética proceda sobre bases científicas sanas. La controversia ética acerca de las CME humanas tiene que ver con el hecho de que se originan en blastocistos humanos y por la percepción de su potencial de desarrollo. Es probable que el requerimiento mundial de CME humanas sea resuelto mediante el desarrollo de un número pequeño de líneas de celulares, como ha sido en el caso del ratón; los índices actuales de éxito para el establecimiento de CME humanas sugieren que solo será requeirdo unnúmero modesto de embriones para alcanzar esta meta. Es de interes público que las líneas de CME humanas se deriven bajo circunstancias que permitan su distribución extensa con mínimas incomodidades para los investigadores de todo el mundo. Para la consideración del potencial de desarrollo de las CME, existe una distinción importante entre la pluripotencialidad, o capacidad de convertirse en una amplia gama de tejidos somáticos y extraembrionarios; y la totipotencialidad, que es la capacidad de una célula o conjunto de células para dar lugar a un nuevo individuo, dada la ayuda materna adecuada. No hay evidencia de que las CME de alguna especie puedan dar lugar a un nuevo individuo, a menos que estén combinadas con las células que son la progenie inmediata de un cigoto. Estas limitaciones de desarrollo de las CME parecen relacionarse con su inhabilidad para dar lugar a la formación del eje y a la generación del plan corporal. Algunas alternativas para las CME derivadas de blastocistos incluyen las células germinales embrionarias, las células madre de tejidos adultos, la transdeterminación de célula.