个体化iPS制备和分化成精原细胞

上个世纪，我们还被灌输着「人炸」的理论。但时过境迁，人们陡然发现，我们如今似乎将步入「人口寒冬」

1960年到2018年，全球总生育率每年下降约1%。同时，全球男性生殖健康问题发生率，也以每年1%的速度增长，这些问题包括：精子数量下降、睾酮水平降低、勃起功能障碍「低龄化」等。不要小瞧这1%，把时间轴拉长，变化是可观的。一项研究分析了1973年到2011年的185份文献，涉及4.3万名男性，发现精子数量在40年间降幅达到53%。该研究的作者甚至预测：到2045年，男性或将“绝精”。虽然有评论认为该预测可能有些过虑，但男性精子数量的确表现出肉眼可见的下降趋势。

何为无精症？

无精症是指多次检查(一般3次以上)均未发现精子。如果检查发现没有精子，就可以称为无精症。无精症约占男性不育症患者的15%-20%，病因繁多，概括起来分为两大类。

一是睾丸本身功能障碍，称为原发性无精子症或非梗阻性无精症。

二是睾丸生精功能正常，但因输精管道阻塞，精子无法排出体外，称为梗阻性无精症。

不孕不育

不孕不育的问题困扰着全球的4800万人。在发展中国家，更是平均每4个家庭中，就有1个家庭有着不孕不育的苦恼。

但就算是当下越来越普及的试管婴儿技术，都同样需要健康精子的存在，才能够培育健康的胚胎。而男性的无精症占不孕不育病例中的10% - 15%，没有健康的精子，即使连试管婴儿技术都无法解决不育问题。因此解决无精症的对策对于不孕不育的治疗具有非常大的重要性。

无精症

患有无精症的男性有很大一部分是因为自身无法产生健康的精子，而多能干细胞（iPSC）在再生医学领域大有可为。因为iPSC可以无限繁殖，并且理论上可以通过实验室技术诱导和分化成身体中的所有其他细胞类型，比如神经元、心脏、胰腺和肝细胞等，它们通过一种单一的细胞在体外的不同培养和诱导，可以发育成并替代身体所需要或已受损的细胞来进行治疗。但是在分化为不同类型细胞的过程中，其实验室的诱导操作和过程非常不同，进而难度也可能天差地别。

而精子细胞从多能干细胞的分化和培养就是及其困难的。因为不同于体细胞，精子细胞中的染色体数量是不同的，并且其细胞形态特殊，所具有的生育性也是具有非常大的独特性。

因此在多能干细胞治疗男性无精症方面的研究是非常有重要性却也非常有挑战性的。

体外精子培养技术

在一项最新的研究《In vitro reconstitution of the whole male germ-cell development from mouse pluripotent stem cells》中，研究员通过对小鼠的多能干细胞的体外重建，可以诱导和培养出整个雄性生殖细胞组（包括原始生殖细胞、精原细胞、以及精子）的发育。同为雄性哺乳动物，这项对于雄性小鼠的研究对于人类男性生殖细胞的重建方法和途径有着非常强的迁移性和示范作用。

这项研究通过干细胞的体外诱导、培养和发育，将其最终发展成精子。研究员们对雄性小鼠的生殖细胞发育的3个阶段进行诱导和培养，达成了健康、有生育力的精子的产生，如图。

研究员们达成了从多能干细胞 (iPSC)到雄性生殖细胞的体外重建。小鼠的干细胞通过体外诱导，显示出旺盛的生殖细胞发生，不仅在体内可以移植到睾丸中，而且在体外培养下，产生的精子细胞也是可以生育后代的。通过结合雄性生殖细胞发育的三个阶段，此研究为多能干细胞的体外精子再生，创造了一个范例。

在小鼠体内，这些体外培育成的精原细胞可以在小鼠睾丸中转化成精子，并且这些精子在被取出后，可以和卵子结合形成胚胎。随后，研究员们将这些胚胎移植到母鼠体内，惊喜地发现母鼠可以成功受孕，并且这些母鼠可以产下健康的小鼠。随着一段时间后的研究也发现，这些小鼠在发育成熟后，也同样具有生育力。

无精子症影响着全球约 1% 的男性，所以将干细胞诱导培养为精子的研究在治疗男性无精症方面具有重要意义。内在的睾丸微环境，包括细胞-细胞结合、特定激素和生长因子，在男性生殖细胞的正常发育中起着至关重要的作用。因此，体外的干细胞分化、与分化后的体内细胞移植相结合以产生有效雄性生殖细胞的方法是非常有优势的。科学家们也证明了多能干细胞具有分化为初始男性生殖细胞后，在体内可以继续发育成精子的潜力。此研究通过体外培养与体内移植发育的结合，表明了多能干细胞具有分化为精子的能力。这为男性生殖细胞的体外发育提供了很好的范例，并在治疗男性不育症方面具有非常大的意义。

iPS细胞（诱导的多潜能干细胞）

iPS细胞来源于皮肤或血细胞，是通过重新编程使这些皮肤或者血细胞回到类似胚胎的多能状态，从而能够开发出无限来源的用于治疗目的的任何类型的人类细胞。

iPS细胞可以被刺激分化成为所需要的细胞，例如，分化成 β 胰岛细胞来治疗糖尿病，分化成血细胞可以为白血病患者创造不含癌细胞的新血液，免疫细胞来治疗肿瘤， 或神经元来治疗神经系统疾病。

个体化 iPSC 制备和分化成精原细胞

取人体皮肤组织和血液，经实验室提取出皮肤细胞和血细胞，放入转录因子，可以将这个体细胞重新编程，将它们变成类似胚胎干细胞的一种细胞，这种细胞被他称为诱导多能干细胞(IPS，Induced Pluripotent Stem Cells)。

通过IPS技术诱导的多能干细胞分化成原始生殖细胞，将这个原始生殖细胞在实验室搭建的睾丸环境下分化成精原细胞，之后再逐渐发育成精子，与卵子结合后形成受精卵，放入孕母子宫内生育。

个体化iPS制备和分化成精原细胞过程

1、在无菌操作环境下对身体皮肤组织、血液进行取样，送实验室培养。

2、通过技术手段对组织进行分离，成功获得人体皮肤细胞、血细胞。

3、将细胞接种在培养板中孵育，放入转录因子，将这个体细胞重新编程，诱导为多能干细胞(IPS，Induced Pluripotent Stem Cells)

4、通过IPS技术诱导的多能干细胞分化成原始生殖细胞，再把雄性生殖细胞保存在湿润的培养箱中，让其分裂，并通过离心收集，收集完放置培养箱中继续孵育。

5、孵育过程中不定期观察添加培养基，保证细胞孵育过程中有足够的营养。

6、在培养20天后，通过多种方法分析细胞、测序，以确定人的精子发生是否在体外发生。分离支持细胞和精原细胞，然后收集合格的精子，低温保存。

7、获得精子后，在实验室对女方进行**，和精子进行融合，获得受精卵，并植入孕母体内，10个月左右小孩出生。身体组织→IPS技术→诱导多能干细胞→精原细胞→精子+卵子=娃

治疗案例

XXX先生因为多次放化疗引发无精子症，通过显微外科手术仍无法取得精子，2021年5月份找到我们，通过iPS体外精子培养技术3个月后成功培育出精子。

于2022年1月份，到生殖医院将培育出的精子与卵子形成受精卵，通过试管婴儿技术种植到孕母体内，并成功怀孕。

于2022年11月份，顺利生下一名健康男婴。