实验室造出人类精子：无精症男性或迎生育新解法

男性不育的终极解法来了？

全球约 2.5 亿男性患有不育症，表现为精子数量少、活力差或质量不佳，约 10%-15% 的不育男性精液中完全没有精子，即无精症。不孕不育的夫妇很有可能在没有对男性评估的前提下就开始尝试试管婴儿，半数左右的失败病例与男性因素相关。

目前，尚没有经过美国食品药品监督管理局（FDA）批准的有效男性不育药物。尽管这些男性患者精子存在不同程度的问题或无法产生精子，但他们可能仍保留精原干细胞（最早的生殖细胞）。美国初创公司 Paterna Biosciences（以下简称 Paterna）希望通过技术手段帮助这些患者群体。

该公司近日宣布，首次在实验室中通过精原干细胞培育出具备初步受精能力的精子样细胞。更重要的是，他们还通过体外受精，将这些人工精子形成形态发育正常的早期胚胎，用于初步功能验证（未进入妊娠阶段）。

该成果被视为体外精子培养（in vitro spermatogenesis）领域的潜在重要进展，不仅有望让全球不育男性患者拥有亲生子女，还有可能为青春期前接受癌症化疗的男孩保存生育力。

最初，Paterna 公司的方案是通过培养精子成熟的睾丸小管来提取精子，但经观察和比对发现这并不是最佳方法。在技术迭代和深入探索后，他们转向基于精原干细胞体外分化的路线，整个过程大概需要两个多月。

首先从人体睾丸组织中分离出精原干细胞，然后在体外培养皿中诱导其减数分裂，再分化为含有单倍体染色体（23 条）的生殖细胞。

研究团队利用计算生物学和单细胞基因组学，对精子形成过程中每个步骤的关键分子信号进行预测，并在实验室中模拟了这种微环境。此外，他们还测试了各种分子组合在每个阶段进行诱导，最终确定了可发育为成熟精子的最佳组合。

“（实验中的）每一步都有非常严格的控制机制，”Paterna 公司 CEO 兼联合创始人、美国犹他大学医学院外科副教授 Alexander Pastuszak 说道，“我们已经找到了让这些干细胞发育成熟为正常精子所需的指令。”

图丨Alexander Pastuszak（来源：犹他大学）

Paterna 公司的研究表明，重点可能不在干细胞本身，而是是放在周围微环境存在的某种缺陷。Pastuszak 认为，通过在实验室中模拟健康的微环境，有利于培养出健康的精子。“我们的目标是从标准的组织活检样本中培育出数千个精子，并且利用数十个组织样本生成精子方面具有较高成功率。”

早期测试结果显示，人工精子与天然精子“几乎完全相同”。不过，这项技术目前还不能用于妊娠测试。Paterna 公司早期制造胚胎是为了验证其实验室培养的精子是否具有活性。

该公司计划在晚些时候开展一项以不育男性为研究对象、更大规模和更全面的研究。Paterna 将从受试者的精液或睾丸组织中提取精子，并利用他们的新方法培养人工精子。之后，该公司将分别使用提取的精子和实验室制造的精子在实验室中使卵子受精，通过两组受精率的比较，分析由此产生的胚胎在生理、安全性和遗传方面是否存在异常。

过去几十年来，治疗男性不育症的主要方法是注射人绒毛膜促性腺激素和卵胞浆内单精子注射。但实现这些方法的前提是，男性激素系统正常且存在精子。对于那些非梗阻性无精子症或精子数量少、质量差的男性来说，目前仍缺少实现生育的可靠生物学途径。

还有一种方案是通过手术在睾丸组织中寻找精子。其可能的风险是手术时间长（约持续数小时），需要患者全麻，并且，可能在部分病例中仍然无法通过这种方法找到精子。

数十年以来，科学家们一直在积极探索体外培养精子的路径。2011 年，日本横滨市立大学 Takehiko Ogawa 教授团队首次在实验室中成功培养出可存活的小鼠精子，但从培养小鼠精子跨越到人类精子，还存在不小的挑战。

2015 年，法国生物技术公司 Kallistem 称在体外培养出了人类精子，但很快就有研究人员对精子是否完全发育提出了质疑。另一方面，该公司并未提供其所培育的精子能使卵子受精的相关证明。

图丨Paterna 近年来的部分已发表成果（来源：Paterna）

据公开信息，Paterna 于 2024 年获得 600 万美元的种子轮融资，由 SpringTide Ventures 领投，e184 等机构跟投。其技术旨在取代传统的培养精子流程，该公司称，这种治疗级方案可直接集成于现有的试管婴儿工作流程中，在诊室进行少量睾丸组织取样活检后，将组织样本送至 Paterna 进行体外精子培养。据该公司计划，最早可能在 2027 年开启人工精子的妊娠试验，服务定价在 5,000 至 12,000 美元范围内。

这项技术如果能顺利走向临床，可能不仅是医疗技术的突破，更是对试管婴儿市场的技术逻辑的一次重构。但也需要看到是，目前 Paterna 公司的研究仍处于早期阶段，相关结果尚未在经同行评审的期刊发表，也有待进一步独立验证。未来，若要应用于临床还需要经过严格的遗传、发育和安全性测试、伦理审查与监管审批等。

参考资料：

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

运营/排版：何晨龙

注：封面/首图由 AI 辅助生成