凍存生殖能力!幼年時取下的睪丸組織 在未來孕育出新生命

許多兒童在性成熟之前可能就會患上癌症等疾病,在治療過程中他們需要經歷大量的放療和化療。這些男孩在疾病被治癒後,有30%的會因為藥物或輻射損傷造成生殖力喪失。就目前的醫學水平來說,這近三分之一的男性沒有辦法獲得遺傳學上屬於自己的孩子。如果能夠在治療前將睪丸組織冷凍,成年後再移植回去就能避免這一情況發生,3月22日發表在Science上的一項研究,成功地用冷凍睪丸組織獲得了一隻新生獼猴,為隨後的人類試驗開啟了大門。

全新的生育方式

通常來說,男性在進入青春期後身體的激素會出現顯著變化,而性特徵發育中最重要的睪酮將會顯著升高。睪丸組織中的幹細胞接受到激素訊號後,會開始分化成精子。如果是成年男性罹患癌症而又沒有生育後代,醫生通常可以在治療之前將精子取出進行冷凍,再通過人工授精的方式來獲得後代。但對於兒童來說,睪丸還沒有開始分泌精子,如果這時病患並接受了對身體副作用很大的放化療,睪丸的這部分幹細胞可能會丟失,這樣成年後會造成精子數量過低甚至絕育。

在3月22日發表在 Science 上的論文,來自匹茨堡大學醫學院的研究人員開發出了一種新方法,或許能夠解決男性兒童所面臨的困境。他們利用手術將5只幼年獼猴的睪丸組織移除並進行冷凍,因為獼猴還未成年,冷凍前這些睪丸組織都是不含精子的。隨後,研究人員繼續培養這些獼猴,等它們到達青春期後,再將冷凍的睪丸組織移植回對應的獼猴體內。

冷凍的睪丸組織塊以及移植部位

在移植8-12月後,研究人員便能夠從這些獼猴移植的睪丸組織中獲取成熟的精子。其產生的精子量非常充足,在體外研究人員將獲取的精子與138顆卵細胞進行了人工受精,其中有16顆受精卵最後生長成了適合孕育的胚胎。最後研究人員將其中活力最好的11顆放置在了代孕母猴體內,成功地獲得了1只新生獼猴。

研究從移植的冷凍睪丸組織獲取精子,並注射至卵細胞中

“我們移植前這些睪丸組織是沒有精子的,當收集的時間到了後,我們獲得了數百萬計的精子,”Kyle Orwig表示,他是匹茨堡大學醫學院的教授,同時也是文章的通訊作者。“我們確信,如果在人類中重複該過程,同樣也能獲得足夠受精和孕育下一代的精子數目。”

對於11個代孕胚胎中最後只有1只獼猴成功出生的結果,Orwig認為是實驗操作過程中某些步驟影響到了精子質量,當然也不排除卵細胞質量和受孕時間等其他因素對生育過程造成了負面影響。值得一提的是,前兩批失敗的實驗完成時間都在獼猴繁殖期開始之前或者之後,而成功受孕的這一隻,完成時間剛好在獼猴繁殖期間,這預示著何時從移植組織上獲取精子以及受精對懷孕成功率影響很大。

“該實驗過程中最大的困難在於,獲取的這部分睪丸組織中的幹細胞是不成熟的,而研究人員要想辦法找出能夠使它們成熟的最佳條件,還要讓其能夠產生出精子。”來自美國國家兒童健康和人類發育研究所的Susan Tayman認為,該實驗能獲得一例新生獼猴已經非常不容易了。

相對幸運的女性

其實冷凍睪丸組織這一名詞在專業領域早已出現,早在2014年,日本橫濱市立大學的Takehiko Ogawa團隊就在首次在小鼠中實現了冷凍睪丸組織移植 ,並同樣用獲得的精子孕育出了小鼠後代。在這之後,一直有科學家嘗試在與人類親緣關係更近的猴子模型中重現實驗結果,但是都沒有成功獲得新生猴,甚至代孕猴都無法懷孕。美國西北大學的男性生殖領域專家Robert Brannigan認為,Orwig的實驗之所以能夠成功是因為他移植過程使用的睪丸組織塊更長,並且給予了其足夠的時間生長成熟,而沒有急於從中獲得精子進行移植。

相比於男性才剛剛在猴子模型上出現突破,女性可能會相對幸運一些。截至2018年9月,美國聖路易斯生殖中心已經有108名6-35歲的女性接受了卵巢組織冷凍,這些女性都患有白血病或者其他癌症,需要接受放療和化療。在兒童組中,有13名患者年滿18歲後將卵巢組織移植回了身體。平均5個月後,這些女性患者體內的移植卵巢都恢復了正常功能。移植的冷凍卵巢組織平均能夠維持5年,並且10名移植者都有過懷孕經歷。現在已經有13名新生兒是得益於冷凍卵巢組織技術誕生的。

從生殖方式上來說,成年男性相較於女性要更具優勢,因為成年男性通常可以產生很多精子,可以更方便地進行凍存,但反過來卻導致了睪丸組織冷凍技術發展很緩慢。而女性供卵數有限,為了獲得卵細胞所消耗的時間與資源都很多,倒不如直接進行卵巢組織冷凍,這也間接促進了該技術在女性生殖中的發展。

男性將很快趕上

目前,匹茨堡大學醫學中心以及梅奧醫學中心是為數不多可以提供人類睪丸組織冷凍的地點,但也僅僅還只侷限於凍存,而非移植,並且這些冷凍的組織都是男童在進行化療之前取下的。科學家和醫生正在等待該技術的另一半發展成熟,這樣在未來就可以實現人類冷凍睪丸組織移植,並讓男性以此種方式孕育出新生兒。Orwig對該技術的發展前景很樂觀,他認為過幾年就會開展冷凍睪丸組織移植的臨床試驗。

當然即使該技術可以在人類體內成功重現,男性可能也會需要一些額外的裝置來獲取精子。因為移植組織很難與本身的生殖系統結構相連線,“我們可以進行移植,但是身體無法自主完成射精這一過程,”Orwig 表示。

這種方法並不是完全沒有風險,因為癌細胞有很強的轉移性。說不定從幼童身體上取出睪丸組織時,其已經存在癌細胞,而在治癒後,移植該組織時又將癌細胞送回了體內。因此如睪丸癌、白血病和淋巴癌這些可能會將癌細胞帶至睪丸的癌症型別,仍然需要慎重考慮冷凍睪丸組織。

但就目前來看,Orwig的研究已經為許多兒童癌症患者提供了生育的希望,他們以一種前所未有的方式獲得了一隻新生非人類靈長動物。儘管現在科學界還需要對他們的方法進行重複驗證和安全性評估,但至少Orwig團隊已經走出了第一步,而沒有任何一種科學問題可以一步就完美地完成,在未來,我們或許能看見各種方式出生的新生兒,他們會與正常繁育過程的我們一樣健康。

原始論文:

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

參考連結:

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

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