實驗室造出人類精子：無精癥男性或迎生育新解法

男性不育的終極解法來了？

全球約 2.5 億男性患有不育癥，表現為精子數量少、活力差或質量不佳，約 10%-15% 的不育男性精液中完全沒有精子，即無精癥。不孕不育的夫婦很有可能在沒有對男性評估的前提下就開始嘗試試管嬰兒，半數左右的失敗病例與男性因素相關。

目前，尚沒有經過美國食品藥品監督管理局（FDA）批準的有效男性不育藥物。盡管這些男性患者精子存在不同程度的問題或無法產生精子，但他們可能仍保留精原干細胞（最早的生殖細胞）。美國初創公司 Paterna Biosciences（以下簡稱 Paterna）希望通過技術手段幫助這些患者群體。

該公司近日宣布，首次在實驗室中通過精原干細胞培育出具備初步受精能力的精子樣細胞。更重要的是，他們還通過體外受精，將這些人工精子形成形態發育正常的早期胚胎，用于初步功能驗證（未進入妊娠階段）。

該成果被視為體外精子培養（in vitro spermatogenesis）領域的潛在重要進展，不僅有望讓全球不育男性患者擁有親生子女，還有可能為青春期前接受癌癥化療的男孩保存生育力。

最初，Paterna 公司的方案是通過培養精子成熟的睪丸小管來提取精子，但經觀察和比對發現這并不是最佳方法。在技術迭代和深入探索后，他們轉向基于精原干細胞體外分化的路線，整個過程大概需要兩個多月。

首先從人體睪丸組織中分離出精原干細胞，然后在體外培養皿中誘導其減數分裂，再分化為含有單倍體染色體（23 條）的生殖細胞。

研究團隊利用計算生物學和單細胞基因組學，對精子形成過程中每個步驟的關鍵分子信號進行預測，并在實驗室中模擬了這種微環境。此外，他們還測試了各種分子組合在每個階段進行誘導，最終確定了可發育為成熟精子的最佳組合。

“（實驗中的）每一步都有非常嚴格的控制機制，”Paterna 公司 CEO 兼聯合創始人、美國猶他大學醫學院外科副教授 Alexander Pastuszak 說道，“我們已經找到了讓這些干細胞發育成熟為正常精子所需的指令?！?/p>

圖丨Alexander Pastuszak（來源：猶他大學）

Paterna 公司的研究表明，重點可能不在干細胞本身，而是是放在周圍微環境存在的某種缺陷。Pastuszak 認為，通過在實驗室中模擬健康的微環境，有利于培養出健康的精子?！拔覀兊哪繕耸菑臉藴实慕M織活檢樣本中培育出數千個精子，并且利用數十個組織樣本生成精子方面具有較高成功率?！?/p>

早期測試結果顯示，人工精子與天然精子“幾乎完全相同”。不過，這項技術目前還不能用于妊娠測試。Paterna 公司早期制造胚胎是為了驗證其實驗室培養的精子是否具有活性。

該公司計劃在晚些時候開展一項以不育男性為研究對象、更大規模和更全面的研究。Paterna 將從受試者的精液或睪丸組織中提取精子，并利用他們的新方法培養人工精子。之后，該公司將分別使用提取的精子和實驗室制造的精子在實驗室中使卵子受精，通過兩組受精率的比較，分析由此產生的胚胎在生理、安全性和遺傳方面是否存在異常。

過去幾十年來，治療男性不育癥的主要方法是注射人絨毛膜促性腺激素和卵胞漿內單精子注射。但實現這些方法的前提是，男性激素系統正常且存在精子。對于那些非梗阻性無精子癥或精子數量少、質量差的男性來說，目前仍缺少實現生育的可靠生物學途徑。

還有一種方案是通過手術在睪丸組織中尋找精子。其可能的風險是手術時間長（約持續數小時），需要患者全麻，并且，可能在部分病例中仍然無法通過這種方法找到精子。

數十年以來，科學家們一直在積極探索體外培養精子的路徑。2011 年，日本橫濱市立大學 Takehiko Ogawa 教授團隊首次在實驗室中成功培養出可存活的小鼠精子，但從培養小鼠精子跨越到人類精子，還存在不小的挑戰。

2015 年，法國生物技術公司 Kallistem 稱在體外培養出了人類精子，但很快就有研究人員對精子是否完全發育提出了質疑。另一方面，該公司并未提供其所培育的精子能使卵子受精的相關證明。

圖丨Paterna 近年來的部分已發表成果（來源：Paterna）

據公開信息，Paterna 于 2024 年獲得 600 萬美元的種子輪融資，由 SpringTide Ventures 領投，e184 等機構跟投。其技術旨在取代傳統的培養精子流程，該公司稱，這種治療級方案可直接集成于現有的試管嬰兒工作流程中，在診室進行少量睪丸組織取樣活檢后，將組織樣本送至 Paterna 進行體外精子培養。據該公司計劃，最早可能在 2027 年開啟人工精子的妊娠試驗，服務定價在 5,000 至 12,000 美元范圍內。

這項技術如果能順利走向臨床，可能不僅是醫療技術的突破，更是對試管嬰兒市場的技術邏輯的一次重構。但也需要看到是，目前 Paterna 公司的研究仍處于早期階段，相關結果尚未在經同行評審的期刊發表，也有待進一步獨立驗證。未來，若要應用于臨床還需要經過嚴格的遺傳、發育和安全性測試、倫理審查與監管審批等。

參考資料：

https://www.wired.com/story/startup-says-it-grew-human-sperm-in-a-lab-and-used-it-to-make-embryos/

https://paternabio.com/investors-institutional

運營/排版：何晨龍

注：封面/首圖由 AI 輔助生成