實驗室培養精子：科學家向生育力突破又邁進了一步

這聽起來像是科幻小說——采集人類的血液細胞，對其進行基因工程改造使其最終轉變為未成熟精子，然后將它們移植到在小鼠腎臟上培育出的微小包囊中進行培養。然而，7月10日，一個研究團隊在《細胞-干細胞》報告稱，他們已成功實施了這一操作，最終目標是在實驗室中培育出成熟的人類精子。

不過，目前這一目標仍難以實現。這些在實驗室中培育的細胞在未成熟階段就停止了發育。論文作者、美國賓夕法尼亞大學的生殖生物學家Eoin Whelan表示，要在實驗室中培育出成熟精子，還需要克服許多障礙。但這一最新成果是朝著正確方向邁出的一步。

與此同時，該方法可用于研究人類精子發育的早期階段，并探索男性不育的原因。約40%的男性不育病例原因不明。“我們是從基礎科學的角度來研究這一問題的，距離臨床應用還有很長的路要走。”Whelan說。

該技術的一些潛在臨床應用存在爭議，尤其是利用實驗室培育的精子或卵子孕育嬰兒的想法。盡管一些研究人員希望該方法能用于治療特定的不孕癥，但這種做法也引發了倫理擔憂。其中之一是，該技術可能會使對生殖細胞進行基因改造更容易，從而催生“定制嬰兒”。

迄今為止，已有少數研究人員成功利用小鼠皮膚細胞制備出小鼠卵子和精子。這些細胞經過基因重編程，轉化為誘導多能干細胞（iPS細胞）——這是一種“年輕”的細胞，與胚胎中的細胞相似，可以通過化學或基因手段誘導其分化為完全不同的細胞，例如精子。有一個研究團隊甚至利用這種方法讓兩只雄性小鼠成功誕下了后代。

然而，由于物種發育方式的差異，研究人員一直無法將這些在小鼠身上的成功經驗應用到人類或其他靈長類動物身上。此外，研究人類胚胎發育也十分困難，因此，那些致力于理解并重現精子和卵子發育最初階段的研究人員，只能在黑暗中摸索。“在人類領域，相關研究嚴重滯后。”論文作者、賓夕法尼亞大學的發育生物學家Kotaro Sasaki表示。

Sasaki和同事此前已知道如何將人類iPS細胞轉化為類似早期胚胎細胞的細胞，這些胚胎細胞最終會發育成卵子和精子。隨后，研究人員將這些未成熟細胞與從小鼠發育中的睪丸中提取的非生殖細胞混合。這些非生殖細胞能夠為精子發育提供所需的保護和支持營養。這使得研究人員在培育成熟精子的道路上又邁進了一步，但這些細胞未能突破在人類胚胎內所見的精子發育早期階段。

新研究中，Sasaki、Whelan和同事將這一過程推進了一步，他們將上述細胞混合物移植到了活體小鼠體內——具體移植位置選在腎臟的一個區域，該區域被認為非常適合支持移植組織的生長。

一旦進入該包囊，移植的細胞便自發組織成管狀結構——類似于睪丸中產生精子的結構。移植6個月后，這些人類細胞已發育為精原細胞—— 一種最終能分化為成熟精子的細胞。

這些未成熟精子細胞中的基因活性與正常人類精原細胞中的基因活性極為相似。但大多數人類細胞在此階段停止了發育，沒有一個繼續發育形成成熟精子。當研究團隊在獼猴身上進行實驗時，結果也是如此。

Sasaki認為，這可能是由于發育中的人類精原細胞與提供支持的小鼠細胞之間存在物種差異所致。精子發育過程十分復雜，不僅需要周圍組織中非生殖細胞的參與，還需要來自遠端器官的激素信號。這些因素在小鼠和人類身上可能并不完全相同。

美國加州大學洛杉磯分校的發育生物學家Amander Clark表示，將人類細胞與同樣來自人類的非生殖細胞一起培養，有助于這些細胞發育為成熟的精子。“這將是接下來需要的技術創新。”她說。

接下來的另一個重要步驟將是確認精原細胞是否具有功能。在人類身上，研究人員若進行此類實驗將觸及倫理問題，因此Sasaki希望在獼猴身上進行這些實驗。 

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.stem.2026.06.001