精子能在体外产生吗？

众所周知，男性用于种族繁衍的重要介质——精子，是在青春期后的成年男性睾丸中产生，并通过精原干细胞（SSCs）的自我更新和分化，从而确保男性生殖能力得以终身维持。

然而，SSCs在体内（睾丸）数量极其有限，且特别容易受到放射及化疗等生殖毒性药物的影响。

因此，对于那些需接受上述治疗同时希望保留生育能力的肿瘤患者，可以收集他们的精液提前低温保留，以便将来应用辅助生殖技术（ARTS）治疗。如体外受精（IVF）、胞浆内精子注射（ICSI）

但是，当需要保护生育力的对象是那些还未步入青春期的小男孩时，问题就变得棘手起来。此时他们还没有能力产生精子

在“科技与狠活”的加持下，这一愿景也并非不可能，目前实现的主要方式有：

在治疗之前获取睾丸活检样本，并将其完整组织或在睾丸活检样本经酶消化后分离的睾丸细胞进行冷冻保存。

这些样本可以保存直到患者成年，适用于尚未产生精子的男孩。然而，相较于精子冷冻保存技术，睾丸活检冷冻保存技术则需要大量的体外干预。

但值得注意的是，从癌症患者体内获取的睾丸组织可能含有恶性肿瘤细胞，若重新植入患者体内，存在一定的癌症复发风险，仅适用于非恶性造血系统疾病、非转移性癌症和非精原细胞瘤肿瘤的患者。

故而，如何进行体外培养以实现SSCs繁殖，并产生单倍体雄性配子，成了目前亟待解决的问题。

旨在通过体外培养技术再现生态位环境，通过有丝分裂和减数分裂来启动和维持精子发生的连续步骤，实现SSCs繁殖并产生单倍体雄性配子。

体外精子培育目的有两重：既有从生育力可能受损的患者的活检组织中产生育种精子的治疗目的；也有更好了解精子发生的基础生物学目的。

图源：2023《男科健康随身手册》第三版

通过体外培养实现精子发生的方法包括：①器官碎片/睾丸小管培养；②体外干细胞培养；③3D类器官培养。

该方法选取组织碎片进行体外培养，维持其未分化状态，从而实现精子的再生。它是最早建立的IVS方法，具有保持细胞空间结构有序排列、维持精子发生微环境稳定的特点。

该方法最早可追溯至20世纪20年代，当时研究者首次报道了利用兔子睾丸组织碎片在其血浆中进行培养的方法，使得未分化的生殖细胞和体细胞在体外短暂存活。

至20世纪60年代，该方法得到了进一步的优化，使用了气液间相法，显著提升了组织碎片的存活时间，进而促进了精子发生过程从合子至粗线期的顺利转变。

然而，尽管取得了这些显著的进展，这项培养技术仍面临着一项重要的挑战，即如何有效支持和维持组织活力，以实现长期的体外培养。这一难题限制了该技术在精子再生领域的广泛应用，亟待进一步的研究和突破。

体外干细胞培养是一种提取精原干细胞或多功能干细胞，通过调控培养条件和添加特定的生长因子或化学物质，包括细胞因子（如视黄酸和干细胞因子）的添加，诱导干细胞向精母细胞和精子细胞分化，从而实现精子再生的方式。

部分研究采用了细胞共培养的策略，即与其他类型的细胞 如Vero细胞或睾丸体细胞 一同培养，以助于提供适当的微环境和信号，促进精子细胞的形成。

2016年，周琪院士等研究团队取得了突破性成果，他们首次报道了在体外成功诱导小鼠胚胎干细胞完成减数分裂，进而获得功能性精子细胞的研究。这一研究成果不仅重建了体外雄性配子发生，同时也为未来研究人类体外精子发生奠定了坚实基础。

3D类器官培养系统可以通过模拟体内微环境，提供细胞生长所需的营养物质和生长因子，并模拟细胞间和细胞与基质的相互作用、力学特性，如细胞间的挤压力和剪切力，从而促进SSCs的增殖和分化。

建立3D类器官结构有助于调控细胞因子和生长因子，同时支持细胞迁移和细胞黏附。既往的研究表明，3D打印支架可以促进SSCs的垂直和水平方向的生长，并导致3D细胞聚集的形成。3D打印支架通常使用水凝胶，这是一种具有高粘度的聚合物，可以产生精确、可控的3D形状。

近年来，研究人员成功利用微孔中的睾丸细胞形成聚集体，进而形成由生殖细胞、支持细胞、间质细胞、管周肌样细胞组成的类器官结构。

值得一提的是，这些器官样体已在包括猪、猕猴以及人类在内的多种大型哺乳动物中开发。这一重要进展预示着未来或将能实现SSCs持续、稳定的分化，从而有望为生殖健康领域带来突破性的进步。

生殖繁衍是一个种族延续最首要直面的课题，随着工业化的加速发展，种族的演化、生育问题却成了每一个进步、发展到一定阶段的文明社会必须重视的痛点。

“生存还是毁灭，这是一个值得考虑的问题”。所幸，男科学正在探索种族延续的新希望上不断努力。

参考文献：

[1]Salem M, Khadivi F, Javanbakht P, et al. Advances of three-dimensional (3D) culture systems for in vitro spermatogenesis[J]. Stem Cell Research & Therapy, 2023, 14(1): 262.

[2]郭雪江.人类精子体外发生的研究展望[J].南京医科大学学报(自然科学版),2021,41(02):157-159+180.

参考书籍：2023《男科健康随身手册》第三版