世界首次：科學(xué)家用3D打印造出睪丸細(xì)胞

由UBC泌尿外科助理教授Ryan Flannigan博士領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)希望，有朝一日，這項(xiàng)技術(shù)能為目前無(wú)法治療的男性不育癥患者提供了解決方案。

“15%的夫婦患有不孕癥，其中至少有一半是男性因素造成的。”Flannigan說(shuō)，其實(shí)驗(yàn)室設(shè)立在溫哥華總醫(yī)院的溫哥華前列腺中心。

“我們正在用3D打印技術(shù)將睪丸細(xì)胞打印到一個(gè)模仿人體解剖結(jié)構(gòu)的特殊結(jié)構(gòu)中，我們認(rèn)為這是刺激精子生成的最佳方法。”Flannigan說(shuō)，如果成功，這將為那些目前沒(méi)有其他選擇的夫婦開(kāi)啟新的生育治療之門(mén)。

在人類(lèi)睪丸內(nèi)，精子是由被稱(chēng)為細(xì)精管的小管產(chǎn)生。在最嚴(yán)重的男性不育癥——非梗阻性無(wú)精子癥（NOA）中，由于這些小管結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的精子減少，因此在射精中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)精子。

雖然在某些情況下，醫(yī)生可以通過(guò)手術(shù)幫助NOA患者找到極為罕見(jiàn)的精子，但Flannigan表示，這種手術(shù)只有一半的成功率。

“不幸的是，對(duì)于另一半患者來(lái)說(shuō)，他們沒(méi)有任何選擇，因?yàn)槲覀儫o(wú)法為他們找到精子。”Flannigan稱(chēng)，而這些就是他們團(tuán)隊(duì)希望幫助的患者。

在最近的研究中，研究人員對(duì)一名NOA患者的睪丸進(jìn)行了活檢并從中收集了干細(xì)胞。然后將這些細(xì)胞培養(yǎng)起來(lái)，并在培養(yǎng)皿上3D打印成一個(gè)中空的管狀結(jié)構(gòu)，類(lèi)似于能產(chǎn)生精子的細(xì)精管。

打印12天后，研究小組發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞不僅存活了下來(lái)，還成長(zhǎng)為參與精子生產(chǎn)的幾種特化細(xì)胞，并在精原干細(xì)胞維護(hù)方面有明顯改善——這都是精子生產(chǎn)能力的早期跡象。這項(xiàng)研究的結(jié)果最近發(fā)表于《生育與不育科學(xué)》。

“這些細(xì)胞存活下來(lái)并開(kāi)始分化，是一個(gè)巨大的里程碑。雖然后面還有很長(zhǎng)的路要走，但這讓我們團(tuán)隊(duì)充滿(mǎn)希望。”Flannigan說(shuō)。

該團(tuán)隊(duì)目前正致力于“訓(xùn)練”打印出來(lái)的細(xì)胞產(chǎn)生精子。為了做到這一點(diǎn)，他們將細(xì)胞暴露在不同的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生長(zhǎng)因子中，并微調(diào)其結(jié)構(gòu)安排，以促進(jìn)細(xì)胞間的相互作用

如果能讓這些細(xì)胞產(chǎn)生精子，那這些精子就有可能通過(guò)體外受精使卵子受精，為夫婦提供一種新的生育治療選擇。

該研究項(xiàng)目也揭示了導(dǎo)致NOA的遺傳和分子機(jī)制。Flannigan團(tuán)隊(duì)一直在使用各種單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)來(lái)了解每個(gè)細(xì)胞的基因表達(dá)和特征，然后對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算模型，從而更好地理解疾病的根本原因，并確定新的治療方案。這項(xiàng)工作還需要高度協(xié)作，涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程領(lǐng)域的UBC研究人員以及其他國(guó)際合作。

“我們?cè)絹?lái)越多地了解到，不孕癥可能有許多不同原因造成，而且每一個(gè)病例都因人而異。”Flannigan說(shuō)，“考慮到這一點(diǎn)，我們正在采取一種個(gè)性化、精確的醫(yī)學(xué)方法——從患者身上提取細(xì)胞，試圖了解其特有的異常情況，然后用3D打印的方式加以支持，以克服這些原始缺陷。”

相關(guān)論文信息：https：//doi.org/10.1016/j.xfss.2022.02.004

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)