哥倫比亞大學(xué)試圖使用3D打印技術(shù)制造精子幫助沒有生育能力的人
時(shí)間:2022-03-20 20:30 來(lái)源:南極熊 作者:admin 閱讀:次
導(dǎo)讀:哥倫比亞大學(xué)泌尿?qū)W助理教授Ryan Flannigan博士和他的團(tuán)隊(duì)正在嘗試使用 3D生物打印機(jī)制造人類精子,幫助那些完全沒有生產(chǎn)精子能力的人群提供解決方案。
早在2017年美國(guó)西北大學(xué)一支研究團(tuán)隊(duì)就曾利用3D打印技術(shù),研制出了一種人造卵巢,并在小白鼠體內(nèi)發(fā)揮了天然卵巢的功能,幫助其成功排卵和懷孕并生下小鼠。這項(xiàng)科研成果在線發(fā)表在《自然》子刊《Nature Communications》上。
他的目標(biāo)是為患有不育癥的男性提供解決方案
Flannigan說(shuō):“我們正在嘗試用3D打印技術(shù)把這些細(xì)胞打印成一個(gè)模仿人類的解剖結(jié)構(gòu)。輸精管是將精子往外輸送的結(jié)構(gòu),他的打印機(jī)可制作出真人大小的人體輸精管模型,直徑300-400微米(一米的百萬(wàn)分之一)。在這些小管中,打印機(jī)放置一組從患者睪丸中提取的細(xì)胞,這些細(xì)胞聚集在一起工作時(shí),通常會(huì)在人體中產(chǎn)生精子。
到目前為止,F(xiàn)lannigan的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)取得了令人鼓舞的成績(jī)。置于這些小管中的干細(xì)胞不僅存活了12天,而且開始自我分化生成一些與精子發(fā)生有關(guān)的特化細(xì)胞。(特化細(xì)胞又稱終端分化細(xì)胞,是指具有不可逆的脫離細(xì)胞周期,喪失分裂能力,但保持生理機(jī)能的細(xì)胞。如神經(jīng)細(xì)胞,肌肉細(xì)胞等。)
一旦他們掌握了如何在實(shí)驗(yàn)室中發(fā)生精子,他的團(tuán)隊(duì)就會(huì)從患者的睪丸中取出細(xì)胞,在實(shí)驗(yàn)室中培育它們,然后再次使用3D打印機(jī),將它們放置在類似于人體內(nèi)部環(huán)境的打印小管中,并誘導(dǎo)精子發(fā)生。(精子發(fā)生過(guò)程起始于生精干細(xì)胞的分化,終止于成熟的精子形成。不同的生精細(xì)胞在曲細(xì)精管中按照特殊的細(xì)胞聯(lián)系排列,形成所謂的精子發(fā)生過(guò)程。)他們目前的研究進(jìn)展讓干細(xì)胞自我維持并不斷分化。Flannigan的另一部分研究試圖確定細(xì)胞之間如何相互交流,它們?cè)诰影l(fā)生過(guò)程中的特定時(shí)間來(lái)回發(fā)送什么樣的信號(hào)。
通過(guò)3D打印將不可能變?yōu)榭赡?/strong>
他說(shuō),這項(xiàng)研究很難在活人體內(nèi)進(jìn)行開展,目前通過(guò)3D打印技術(shù)已經(jīng)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。研究的目標(biāo)是找到支持這些細(xì)胞并幫助發(fā)生精子的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或生長(zhǎng)因子的原因,人體內(nèi)的精子發(fā)生同時(shí)涉及15-20種細(xì)胞參與,是一個(gè)高度復(fù)雜的協(xié)作過(guò)程。能夠在體外復(fù)制該系統(tǒng)使研究人員可以嘗試不同的方法,直到他們找到一種精子正確發(fā)生的可能。
通過(guò)3D打印技術(shù)進(jìn)行研究回報(bào)是雙重的
在加拿大,大約六分之一的夫婦患有不孕癥。大約有一半的情況下,問(wèn)題出在男性身上,在這一群體中,大約15%的人患有嚴(yán)重的男性不育癥,完全不產(chǎn)生精子。這種情況被稱為非阻塞性無(wú)精子癥(NOA),它被認(rèn)為是由于睪丸內(nèi)機(jī)制的一些異常。對(duì)于大約一半患有NOA的男性,可以通過(guò)外科手術(shù)提取精子,醫(yī)生在睪丸內(nèi)尋找并提取精子用于體外受精 (IVF)。該項(xiàng)研究真正想要幫助的是那些完全沒有能力生產(chǎn)精子的人群。
未來(lái)或許可以為全人類提供一種無(wú)法想象的醫(yī)學(xué)治療方案。
早在2017年美國(guó)西北大學(xué)一支研究團(tuán)隊(duì)就曾利用3D打印技術(shù),研制出了一種人造卵巢,并在小白鼠體內(nèi)發(fā)揮了天然卵巢的功能,幫助其成功排卵和懷孕并生下小鼠。這項(xiàng)科研成果在線發(fā)表在《自然》子刊《Nature Communications》上。

△哥倫比亞大學(xué)的Ryan Flannigan博士和研究助理Meghan Robinson在3D生物打印機(jī)前觀察如何在實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)精子,左1。圖片來(lái)自哥倫比亞大學(xué)
2022年3月20日,英國(guó)哥倫比亞大學(xué)(University of British Columbia)泌尿?qū)W助理教授Ryan
Flannigan博士和他的團(tuán)隊(duì)正在嘗試使用 3D生物打印機(jī)制造人類精子。他說(shuō),這臺(tái)
3D生物打印機(jī)采用非常先進(jìn)和特有的工藝技術(shù),整個(gè)大學(xué)也僅有這幾臺(tái)。他的目標(biāo)是為患有不育癥的男性提供解決方案
Flannigan說(shuō):“我們正在嘗試用3D打印技術(shù)把這些細(xì)胞打印成一個(gè)模仿人類的解剖結(jié)構(gòu)。輸精管是將精子往外輸送的結(jié)構(gòu),他的打印機(jī)可制作出真人大小的人體輸精管模型,直徑300-400微米(一米的百萬(wàn)分之一)。在這些小管中,打印機(jī)放置一組從患者睪丸中提取的細(xì)胞,這些細(xì)胞聚集在一起工作時(shí),通常會(huì)在人體中產(chǎn)生精子。
到目前為止,F(xiàn)lannigan的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)取得了令人鼓舞的成績(jī)。置于這些小管中的干細(xì)胞不僅存活了12天,而且開始自我分化生成一些與精子發(fā)生有關(guān)的特化細(xì)胞。(特化細(xì)胞又稱終端分化細(xì)胞,是指具有不可逆的脫離細(xì)胞周期,喪失分裂能力,但保持生理機(jī)能的細(xì)胞。如神經(jīng)細(xì)胞,肌肉細(xì)胞等。)

△ 3D打印輸精管的顯微圖像。圖片來(lái)自哥倫比亞大學(xué)
他們對(duì)3D打印方法充滿希望一旦他們掌握了如何在實(shí)驗(yàn)室中發(fā)生精子,他的團(tuán)隊(duì)就會(huì)從患者的睪丸中取出細(xì)胞,在實(shí)驗(yàn)室中培育它們,然后再次使用3D打印機(jī),將它們放置在類似于人體內(nèi)部環(huán)境的打印小管中,并誘導(dǎo)精子發(fā)生。(精子發(fā)生過(guò)程起始于生精干細(xì)胞的分化,終止于成熟的精子形成。不同的生精細(xì)胞在曲細(xì)精管中按照特殊的細(xì)胞聯(lián)系排列,形成所謂的精子發(fā)生過(guò)程。)他們目前的研究進(jìn)展讓干細(xì)胞自我維持并不斷分化。Flannigan的另一部分研究試圖確定細(xì)胞之間如何相互交流,它們?cè)诰影l(fā)生過(guò)程中的特定時(shí)間來(lái)回發(fā)送什么樣的信號(hào)。
通過(guò)3D打印將不可能變?yōu)榭赡?/strong>
他說(shuō),這項(xiàng)研究很難在活人體內(nèi)進(jìn)行開展,目前通過(guò)3D打印技術(shù)已經(jīng)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。研究的目標(biāo)是找到支持這些細(xì)胞并幫助發(fā)生精子的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或生長(zhǎng)因子的原因,人體內(nèi)的精子發(fā)生同時(shí)涉及15-20種細(xì)胞參與,是一個(gè)高度復(fù)雜的協(xié)作過(guò)程。能夠在體外復(fù)制該系統(tǒng)使研究人員可以嘗試不同的方法,直到他們找到一種精子正確發(fā)生的可能。
通過(guò)3D打印技術(shù)進(jìn)行研究回報(bào)是雙重的
在加拿大,大約六分之一的夫婦患有不孕癥。大約有一半的情況下,問(wèn)題出在男性身上,在這一群體中,大約15%的人患有嚴(yán)重的男性不育癥,完全不產(chǎn)生精子。這種情況被稱為非阻塞性無(wú)精子癥(NOA),它被認(rèn)為是由于睪丸內(nèi)機(jī)制的一些異常。對(duì)于大約一半患有NOA的男性,可以通過(guò)外科手術(shù)提取精子,醫(yī)生在睪丸內(nèi)尋找并提取精子用于體外受精 (IVF)。該項(xiàng)研究真正想要幫助的是那些完全沒有能力生產(chǎn)精子的人群。

△來(lái)自患者的睪丸細(xì)胞活檢圖像,該患者的細(xì)胞被用于使用3D打印發(fā)生精子的研究。圖片來(lái)自哥倫比亞大學(xué)
在第一種情況下,F(xiàn)lannigan可以在培養(yǎng)皿中為病人產(chǎn)生精子,這些精子可以用于體外受精。在另一個(gè)實(shí)驗(yàn)中,利用打印出來(lái)的細(xì)胞作為模板,研究人員可以找到一種治療方法,來(lái)治療阻礙患者精子發(fā)生的根本原因,并相應(yīng)地治療讓他自己產(chǎn)生精子。這項(xiàng)研究還有另一個(gè)好處。使用3D生物打印機(jī)對(duì)體外復(fù)雜的人體系統(tǒng)進(jìn)行建模,開創(chuàng)了精子以外的醫(yī)學(xué)新奇跡。研究人員可以學(xué)習(xí)使用相同的技術(shù)來(lái)研究人體中其他尚未被很好理解的復(fù)雜系統(tǒng)——比如神經(jīng)系統(tǒng)中的突觸如何交流等。未來(lái)或許可以為全人類提供一種無(wú)法想象的醫(yī)學(xué)治療方案。
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