冻存生殖能力!幼年时取下的睾丸组织,在未来孕育出新生命

研究中利用冷冻睾丸组织技术获得的新生猕猴。

许多儿童在性成熟之前可能就会患上癌症等疾病,在治疗过程中他们需要经历大量的放疗和化疗。这些男孩在疾病被治愈后,有30%的会因为药物或辐射损伤造成生殖力丧失。就目前的医学水平来说,这近三分之一的男性没有办法获得遗传学上属于自己的孩子。如果能够在治疗前将睾丸组织冷冻,成年后再移植回去就能避免这一情况发生,今天发表在Science 上的一项研究,成功地用冷冻睾丸组织获得了一只新生猕猴,为随后的人类试验开启了大门。

 

作者丨Emily Mullin

编译丨杨心舟

全新的生育方式

 

通常来说,男性在进入青春期后身体的激素会出现显著变化,而性特征发育中最重要的睾酮将会显著升高。睾丸组织中的干细胞接受到激素信号后,会开始分化成精子。如果是成年男性罹患癌症而又没有生育后代,医生通常可以在治疗之前将精子取出进行冷冻,再通过人工授精的方式来获得后代。但对于儿童来说,睾丸还没有开始分泌精子,如果这时病患并接受了对身体副作用很大的放化疗,睾丸的这部分干细胞可能会丢失,这样成年后会造成精子数量过低甚至绝育

在今天发表在 Science 上的论文,来自匹茨堡大学医学院的研究人员开发出了一种新方法,或许能够解决男性儿童所面临的困境。他们利用手术将5只幼年猕猴的睾丸组织移除并进行冷冻,因为猕猴还未成年,冷冻前这些睾丸组织都是不含精子的。随后,研究人员继续培养这些猕猴,等它们到达青春期后,再将冷冻的睾丸组织移植回对应的猕猴体内。

冷冻的睾丸组织块以及移植部位

在移植8-12月后,研究人员便能够从这些猕猴移植的睾丸组织中获取成熟的精子。其产生的精子量非常充足,在体外研究人员将获取的精子与138颗卵细胞进行了人工受精,其中有16颗受精卵最后生长成了适合孕育的胚胎。最后研究人员将其中活力最好的11颗放置在了代孕母猴体内,成功地获得了1只新生猕猴

研究从移植的冷冻睾丸组织获取精子,并注射至卵细胞中

“我们移植前这些睾丸组织是没有精子的,当收集的时间到了后,我们获得了数百万计的精子,”Kyle Orwig表示,他是匹茨堡大学医学院的教授,同时也是文章的通讯作者。“我们确信,如果在人类中重复该过程,同样也能获得足够受精和孕育下一代的精子数目。”

对于11个代孕胚胎中最后只有1只猕猴成功出生的结果,Orwig认为是实验操作过程中某些步骤影响到了精子质量,当然也不排除卵细胞质量和受孕时间等其他因素对生育过程造成了负面影响。值得一提的是,前两批失败的实验完成时间都在猕猴繁殖期开始之前或者之后,而成功受孕的这一只,完成时间刚好在猕猴繁殖期间,这预示着何时从移植组织上获取精子以及受精对怀孕成功率影响很大

“该实验过程中最大的困难在于,获取的这部分睾丸组织中的干细胞是不成熟的,而研究人员要想办法找出能够使它们成熟的最佳条件,还要让其能够产生出精子。”来自美国国家儿童健康和人类发育研究所的Susan Tayman认为,该实验能获得一例新生猕猴已经非常不容易了。

相对幸运的女性

其实冷冻睾丸组织这一名词在专业领域早已出现,早在2014年,日本横滨市立大学的Takehiko Ogawa团队就在首次在小鼠中实现了冷冻睾丸组织移植 ,并同样用获得的精子孕育出了小鼠后代。在这之后,一直有科学家尝试在与人类亲缘关系更近的猴子模型中重现实验结果,但是都没有成功获得新生猴,甚至代孕猴都无法怀孕。美国西北大学的男性生殖领域专家Robert Brannigan认为,Orwig的实验之所以能够成功是因为他移植过程使用的睾丸组织块更长,并且给予了其足够的时间生长成熟,而没有急于从中获得精子进行移植。

当年依赖于睾丸组织冷冻技术获得的小鼠后代

相比于男性才刚刚在猴子模型上出现突破,女性可能会相对幸运一些。截至2018年9月,美国圣路易斯生殖中心已经有108名6-35岁的女性接受了卵巢组织冷冻,这些女性都患有白血病或者其他癌症,需要接受放疗和化疗。在儿童组中,有13名患者年满18岁后将卵巢组织移植回了身体。平均5个月后,这些女性患者体内的移植卵巢都恢复了正常功能。移植的冷冻卵巢组织平均能够维持5年,并且10名移植者都有过怀孕经历。现在已经有13名新生儿是得益于冷冻卵巢组织技术诞生的

从生殖方式上来说,成年男性相较于女性要更具优势,因为成年男性通常可以产生很多精子,可以更方便地进行冻存,但反过来却导致了睾丸组织冷冻技术发展很缓慢。而女性供卵数有限,为了获得卵细胞所消耗的时间与资源都很多,倒不如直接进行卵巢组织冷冻,这也间接促进了该技术在女性生殖中的发展。

男性将很快赶上

 

目前,匹茨堡大学医学中心以及梅奥医学中心是为数不多可以提供人类睾丸组织冷冻的地点,但也仅仅还只局限于冻存,而非移植,并且这些冷冻的组织都是男童在进行化疗之前取下的。科学家和医生正在等待该技术的另一半发展成熟,这样在未来就可以实现人类冷冻睾丸组织移植,并让男性以此种方式孕育出新生儿。Orwig对该技术的发展前景很乐观,他认为过几年就会开展冷冻睾丸组织移植的临床试验

当然即使该技术可以在人类体内成功重现,男性可能也会需要一些额外的设备来获取精子。因为移植组织很难与本身的生殖系统结构相连接,“我们可以进行移植,但是身体无法自主完成射精这一过程,”Orwig 表示。

这种方法并不是完全没有风险,因为癌细胞有很强的转移性。说不定从幼童身体上取出睾丸组织时,其已经存在癌细胞,而在治愈后,移植该组织时又将癌细胞送回了体内。因此如睾丸癌、白血病和淋巴癌这些可能会将癌细胞带至睾丸的癌症类型,仍然需要慎重考虑冷冻睾丸组织。

但就目前来看,Orwig的研究已经为许多儿童癌症患者提供了生育的希望,他们以一种前所未有的方式获得了一只新生非人类灵长动物。尽管现在科学界还需要对他们的方法进行重复验证和安全性评估,但至少Orwig团队已经走出了第一步,而没有任何一种科学问题可以一步就完美地完成,在未来,我们或许能看见各种方式出生的新生儿,他们会与正常繁育过程的我们一样健康。

原始论文:

Autologous grafting of cryopreserved prepubertal rhesus testis produces sperm and offspring. DOI: 10.1126/science.aav2914

参考链接:

https://www.scientificamerican.com/article/first-baby-monkey-born-using-sperm-from-frozen-testicles/

评论已关闭