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睾丸组织冷冻20多年后,还能产生精子?

睾丸组织冷冻20多年后,还能产生精子?(图1)

  试验室里冷冻了20多年的睾丸细胞,总算免除封印了。

  撰文 |拍卖网

  想象一位男性患上癌症,且肿瘤生长的部位靠近生殖器官或者一些相关腺体,那放疗或化疗就或许对他的生育功用造成威胁。

  假设患者现已成年或到了青春期,他至少能够挑选将自己的精子冷冻起来,等到往日冻结,便有机会依托体外授精等办法,把自己的基因传递给下一代。但假设患者还在幼年,没有精子能够事前冷冻,又有什么技巧能把生殖才能保存下来?

  早年,科学家们就提出过冷冻睾丸组织的办法,也证实了短期冷冻过的灵长类睾丸组织,还能够用来发生精子。仅仅,一些幼童承受癌症医治的时间或许很长,有的乃至超越10年,短期冷冻或许无法满意他们的需求。许多研讨者也十分好奇,睾丸组织究竟能在冷冻环境下保存多久不失效。

  直到最近,有一组科学家把90年代冷冻的样本取出来,用里边的细胞成功发生了精子。

  干细胞是顶梁柱

  在介绍新的研讨成果之前,咱们首先要了解一下,睾丸里担任制作精子的到底是谁。

  对人类来说,一个健康的成年男性,单次发射一般能够喷出4000万到12亿个精子。每一个游动的精子,都是以精原细胞(spermatogonium)为起点,经过减数分裂等一些过程制作出来的。

睾丸组织冷冻20多年后,还能产生精子?(图2)

  减数分裂,精原细胞或卵原细胞可经过两次减数分裂,发生精子或卵子(图片来历:拍卖网

  当然,男性并非从出生起就能够制作精子,而是要等到青春期,睾酮这种雄激素上升到一定水平,才会发动减数分裂,开端出产精子,让一个男童逐步生长为具有生育才能的成熟男性。

  但即便男人到了能够生育的阶段,也不是每个精原细胞,都会经过减数分裂来制作精子。依据功用的不同,科学家将精原细胞分为两类,A型和B型:

  A型精原细胞,又叫精原干细胞(Spermatogonial stem cell),它们的工作就不触及减数分裂。其中一部分精原干细胞,会利用有丝分裂来增殖,制作更多的精原细胞;另一部分只作为储藏,不进行减数分裂,一般也不进行活泼的有丝分裂。

睾丸组织冷冻20多年后,还能产生精子?(图3)

  蓝为一般不进行活泼有丝分裂的Ad型精原细胞,橙为进行有丝分裂增殖的Ap型精原细胞,二者都属于A型精原细胞;黄为B型精原细胞,由Ap型精原细胞分裂而成;绿为初级精母细胞,由B型精原细胞分解而来,并在第一次减数分裂的晚期,分解为次级精母细胞(紫)(图片来历:拍卖网

  B型精原细胞,就是由那些增殖中的精原干细胞(即A型精原细胞),依托有丝分裂出产出来的。只要B型精原细胞才会分解成初级精母细胞,经过减数分裂一步步发生精子细胞。尔后,再经过一系列形态改变,精子最终会具有蝌蚪形的身躯,长于游泳。

  看到这里,你或许能感觉到,精原干细胞(SSC)就是男性生殖才能的根基。睾丸里每天要发生数百万个精子,精原干细胞的增殖和分解,对保障精子的高产至关重要。此前已有科学家证实,包括小鼠精原干细胞的新鲜睾丸组织,被移植到无生育才能的小鼠体内后,仍然能产出有生机的精子。

  别的,2019年又有研讨者利用与人类亲缘关系更近的恒河猴做试验,为一些快到青春期的幼年猴子移除了睾丸,切片冷冻5个月左右,再移植回相应恒河猴的背部和阴囊处。依据研讨团队的陈述,那些睾丸被切除时,都是没出产过精子的未成熟睾丸,但当冷冻过的睾丸组织被移植回恒河猴体内,跟着动物青春期降临,移植组织便能发生精子了。研讨人员乃至用这样得来的精子,使母猴成功受孕,繁育出健康的子孙。

  但就像最初提到的那样,科学家们更希望用这种办法用到人类身上,在更长的时间尺度下保留癌症患者的生育才能。近年儿童癌症患者存活率越来越高,但代价一般是生育才能的损害。假如一位男童需求长时间承受癌症医治,冷冻的睾丸组织和傍边的精原干细胞能和他一同坚持么?现在,宾夕法尼亚大学的一支研讨团队用大鼠的精原干细胞做了试验,科学家想知道经过多年冷冻,这些干细胞的功用会不会丧失。

  一个精子也比没有强

  他们的试验室里,有现已冷冻超越23年的大鼠精原干细胞,这才给了科学家好奇的本钱。

  为了调查长时间冷冻与短期冷冻的精原干细胞有什么区别,研讨团队利用和当年相同的流程,从和当年相同的大鼠品系中,又采集了一些睾丸细胞,并在液氮里冷冻1~4个月。在移植试验的当天,他们又在同一个大鼠品系里,收割起一批新鲜的睾丸细胞,与两个冷冻组做对照。

  科学家们把冷冻的大鼠睾丸细胞冻结后,将每组傍边的精原干细胞(SSC)富集起来,再植入裸鼠体内。所谓裸鼠,是一些胸腺存在缺点的基因突变小鼠(留意不是大鼠),它们缺少免疫反应,不太或许对外来的细胞发生排挤。这项试验运用的裸鼠,事前被去除了体内本来存在的生殖细胞,为大鼠的生殖细胞腾出适合生计的环境。

睾丸组织冷冻20多年后,还能产生精子?(图4)

  左为新鲜组,中为短期冷冻组,右为长时间冷冻组,三者移植到裸鼠体内,都发生了伸长的精子细胞(如箭头所指)(图片来历:拍卖网

  研讨者发现,不管长时间冷冻组、短期冷冻组还是新鲜组的大鼠精原干细胞,都在裸鼠体内构成了精子发生(spermatogenesis)的细胞群落,也就是说精子制作工厂都开端运转了。并且,像短期冷冻组和新鲜组那样,长时间冷冻组也呈现了细长的精子,表明精子生成过程现已完整,三组精原干细胞,都在移植后成功发生精子。只不过,长时间冷冻组制作的精子数量并不像别的两组那样多。

睾丸组织冷冻20多年后,还能产生精子?(图5)

  与此同时,组织学分析也显示出,在移植细胞数根本相同的情况下,长时间冷冻组所构成的细胞群落明显比短期冷冻组和新鲜组构成的群落要少。或者说,长时间冷冻的精原干细胞,无法像短期冷冻或新鲜精原干细胞那样,在被移植的动物体内高效定殖。

  别的,科学家还经过RNA测序发现,尽管三个组别的精原干细胞被移植后,裸鼠体内都呈现了制作精子所需的一切类别的生殖细胞,但在长时间冷冻组发生的细胞群落里,未分解的干细胞所占的比例明显高于短期冷冻组和新鲜组。研讨者信任,是长时间冷冻让精原干细胞完全分解的才能下降,它们分解出的精子细胞才比其他两组更少。

  减数分裂发生的精子细胞,在伸长为蝌蚪形的过程中,需求经历杂乱的染色质重塑过程,一些与之相关的基因,也会在此刻表达。而科学家发现,长时间冷冻组发生的圆形精子细胞,对与染色质重塑有关的基因表达比较少,能朝着蝌蚪形的方针持续伸长的精子也就少了。

  尽管,这项研讨并不说明人类的精原干细胞具有相同的规则,但科学家觉得,人类患者假如要承受相似的移植计划,或许也需求考虑长时间冷冻造成精原干细胞功率下降的问题。

  不过,论文的一作、宾夕法尼亚大学的伊恩·惠蓝(Eoin Whelan)说:“其实,只需求生出一个可用的精子,就算成功了。”


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