科学家发现如何3D打印睾丸细胞

科学家们已经对人类睾丸细胞进行了3D打印，并发现了精子产生能力的早期迹象。研究人员希望有一天，这项技术将为目前无法治疗的男性不育患者提供解决方案。

　　

由UBC泌尿科助理教授Ryan Flannigan博士领导的研究人员希望这项技术有朝一日能为目前无法治愈的男性不育症患者提供解决方案。

弗兰尼根博士说:“15%的夫妇患有不孕症，其中至少一半的病例都是男性因素造成的。”弗兰尼根博士的实验室设在温哥华总医院的温哥华前列腺中心。

“我们正在用3D打印技术将这些细胞打印到一个非常特殊的结构中，模仿人类的解剖结构，我们认为这是我们刺激精子生产的最佳方法。”如果成功，这将为那些目前没有其他选择的夫妇打开新的生育治疗的大门。”

在人类睾丸内，精子是由被称为生精管的微小管产生的。在最严重的男性不育症中，即所谓的非阻塞性无精子症(NOA)，由于在这些结构中产生的精子减少，在射精中没有发现精子。

虽然在某些情况下，医生可以通过手术帮助NOA患者找到极其罕见的精子，但弗兰尼根医生说，这种手术只有一半的成功率。

“不幸的是，对于这些人的另一半来说，他们没有任何选择，因为我们找不到精子。”

这些就是弗兰尼根医生的团队希望帮助的患者。

在最近的研究中，研究人员对一名NOA患者的睾丸进行了活检，收集了干细胞。然后，这些细胞被培养起来，并在培养皿上3D打印成一个中空的管状结构，类似于能产生精子的输精管。

打印12天后，研究小组发现细胞存活了下来。不仅如此，它们已经成熟成几个参与精子生产的特化细胞，并在精原干细胞的维护方面显示出显著的改善——这两个都是精子生产能力的早期迹象。这项研究的结果最近发表在《生育与不育科学》杂志上。

“看到这些细胞存活下来并开始分化，这是一个巨大的里程碑。前面还有很长的路要走，但这让我们的团队充满希望，”弗兰尼根博士说。

该团队目前正致力于“训练”打印出来的细胞产生精子。为了做到这一点，他们将细胞暴露在不同的营养和生长因子中，并微调结构安排，以促进细胞间的相互作用。

如果他们能让这些细胞产生精子，这些精子就有可能通过体外受精使卵子受精，为夫妇提供一种新的生育治疗选择。

弗兰尼根博士的研究项目也揭示了导致NOA的遗传和分子机制。他们一直在使用各种单细胞测序技术来了解每个单个细胞的基因表达和特征，然后应用这些数据的计算模型来更好地理解疾病的根本原因，并确定新的治疗方案。这项工作是高度合作的，包括UBC的计算机科学、数学和工程以及国际合作的研究人员。

弗兰尼根博士说:“我们越来越了解到，不孕可能有许多不同的原因，每个病例都是因人而异的。”“考虑到这一点，我们正在采取一种个性化、精准的医疗方法——我们从患者身上提取细胞，试图了解它们有哪些独特的异常，然后用3D打印技术对细胞进行支持，以克服这些最初的缺陷。”

Journal Reference:

1. Meghan Robinson, Erin Bedford, Luke Witherspoon, Stephanie M. Willerth, Ryan Flannigan. Using Clinically Derived Human Tissue to 3D Bioprint Personalized Testicular Tubules For in-Vitro Culturing. First Report. F&S Science, 2022; DOI: 10.1016/j.xfss.2022.02.004