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
時間：2022-03-20 20:30 來源：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年美國西北大學(xué)一支研究團(tuán)隊就曾利用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:“我們正在嘗試用3D打印技術(shù)把這些細(xì)胞打印成一個模仿人類的解剖結(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，通常會在人體中產(chǎn)生精子。
到目前為止，F(xiàn)lannigan的團(tuán)隊已經(jīng)取得了令人鼓舞的成績。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驗室中發(fā)生精子，他的團(tuán)隊就會從患者的睪丸中取出細(xì)胞，在實驗室中培育它們，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，它們在精子發(fā)生過程中的特定時間來回發(fā)送什么樣的信號。
通過3D打印將不可能變?yōu)榭赡?/strong>
他說，這項研究很難在活人體內(nèi)進(jìn)行開展，目前通過3D打印技術(shù)已經(jīng)變?yōu)楝F(xiàn)實。研究的目標(biāo)是找到支持這些細(xì)胞并幫助發(fā)生精子的營養(yǎng)物質(zhì)或生長因子的原因，人體內(nèi)的精子發(fā)生同時涉及15-20種細(xì)胞參與，是一個高度復(fù)雜的協(xié)作過程。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3D打印技術(shù)進(jìn)行研究回報是雙重的
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。對于大約一半患有NOA的男性，可以通過外科手術(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。
未來或許可以為全人類提供一種無法想象的醫(yī)學(xué)治療方案。
早在2017年美國西北大學(xué)一支研究團(tuán)隊就曾利用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)前觀察如何在實驗室生產(chǎn)精子，左1。圖片來自哥倫比亞大學(xué)
2022年3月20日，英國哥倫比亞大學(xué)(University of British Columbia)泌尿?qū)W助理教授Ryan
Flannigan博士和他的團(tuán)隊正在嘗試使用 3D生物打印機(jī)制造人類精子。他說，這臺
3D生物打印機(jī)采用非常先進(jìn)和特有的工藝技術(shù)，整個大學(xué)也僅有這幾臺。他的目標(biāo)是為患有不育癥的男性提供解決方案
Flannigan說:“我們正在嘗試用3D打印技術(shù)把這些細(xì)胞打印成一個模仿人類的解剖結(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，通常會在人體中產(chǎn)生精子。
到目前為止，F(xiàn)lannigan的團(tuán)隊已經(jīng)取得了令人鼓舞的成績。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。圖片來自哥倫比亞大學(xué)
他們對3D打印方法充滿希望一旦他們掌握了如何在實驗室中發(fā)生精子，他的團(tuán)隊就會從患者的睪丸中取出細(xì)胞，在實驗室中培育它們，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，它們在精子發(fā)生過程中的特定時間來回發(fā)送什么樣的信號。
通過3D打印將不可能變?yōu)榭赡?/strong>
他說，這項研究很難在活人體內(nèi)進(jìn)行開展，目前通過3D打印技術(shù)已經(jīng)變?yōu)楝F(xiàn)實。研究的目標(biāo)是找到支持這些細(xì)胞并幫助發(fā)生精子的營養(yǎng)物質(zhì)或生長因子的原因，人體內(nèi)的精子發(fā)生同時涉及15-20種細(xì)胞參與，是一個高度復(fù)雜的協(xié)作過程。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3D打印技術(shù)進(jìn)行研究回報是雙重的
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。對于大約一半患有NOA的男性，可以通過外科手術(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。在另一個實驗中，利用打印出來的細(xì)胞作為模板，研究人員可以找到一種治療方法，來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。這項研究還有另一個好處。使用3D生物打印機(jī)對體外復(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。未來或許可以為全人類提供一種無法想象的醫(yī)學(xué)治療方案。
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