OSC 2024 类器官标准化大会
第三届粤港澳类器官与器官芯片医工融合发展大会
Organoid Standardization Convention
创新转化·标准先行
2024.4.20-21 中国·深圳

研究人员创造了“实验室睾丸”类器官,推进男性不育研究



从小鼠幼崽中生成睾丸类器官,并在培养皿中培养 21 天。支持细胞(负责形成睾丸小管的细胞)呈红色,而产生精子细胞的生殖细胞呈绿色。生殖细胞总是靠近支持细胞,因为它们在精子细胞的形成过程中支持支持细胞。


睾丸是负责产生精子和合成睾酮的器官。如果睾丸的发育和功能出现异常,可能导致性发育障碍(DSD)和男性不育。目前还没有用于模拟睾丸功能的体外系统。


Nitzan Gonen 博士是一位专注于研究胎儿性别决定过程的科学家,他与研究生 Aviya Stopel、Cheli Lev 和 Stav Dahari 合作成功创建了“实验室睾丸”,可能会显著推动对性别决定机制的理解,并为全球约十二分之一的男性不育问题提供解决方案。


古德曼生命科学学院戈南博士的实验室和巴伊兰大学纳米技术和先进材料研究所合作生产了人造睾丸,这是一种由真正的小鼠睾丸产生的微型人造器官。在过去的十年中,随着人们意识到体外二维细胞样本无法模拟整个器官的行为,类器官的研发取得了巨大进展。


目前,已经成功生产了大脑、肾脏、肠道和其他器官的类器官。戈南研究小组创造的睾丸类器官非常接近自然睾丸的模拟。


人工睾丸是通过培养未成熟的小鼠睾丸细胞而制成的。研究小组发现,管状结构和细胞组织与自然睾丸高度相似,表明该过程取得了成功。这些管状结构与自然睾丸中的多个生精小管平行,精子是在睾丸中产生的。


图二

由小鼠胚胎创建并在培养皿中孵育 14 天的睾丸类器官的明场图像。培养皿中形成的管状结构清晰可见。


这些器官在体外成功培养了九周,这段时间被认为相当长,足以完成精子生成和激素分泌的过程。在小鼠中,这个过程需要34天,因此长寿的器官可能允许这些过程在体外完成。


戈南博士还不确定现有的模型是否能够真正产生精子细胞,但实验室团队已经观察到了减数分裂开始的迹象。减数分裂是产生配子的过程,配子是生殖细胞。在这种情况下,精子细胞的染色体数量是正常细胞的一半,在受精时需要等待另一个配子(在这种情况下是卵子)完成另一半的染色体数量。


类器官通常类似于胚胎阶段的器官,研究人员创造了使类器官在实验室成熟的条件,并表明即使是从胚胎细胞生长的睾丸也可以发育并长出透明的精子管。尽管该团队尝试从成年小鼠睾丸中培养类器官,但未取得成功。


 图三


图四



图五


28 天大小鼠的真实睾丸。支持细胞(负责形成睾丸小管的细胞)被标记为红色,并且可以清楚地看到睾丸中未标记的产生精子细胞的小管。

“人工睾丸是睾丸发育和功能基础研究中具有前景的模型,可以用于治疗性发育障碍和不育症,”戈南博士解释道。


她的未来计划是利用人类细胞样本培育出类器官,比如利用人类细胞培育出的睾丸可以帮助那些因癌症治疗而受影响的儿童,因为癌症可能会影响他们产生功能性精子的能力。由于这些孩子还太小,无法自己产生精子,所以可以将这些样本冷冻保存,以备将来生育之需。戈南的愿景是从患有癌症的儿童的活组织检查中培育出睾丸类器官,并有望在体外培育出具有生育能力的精子。


这项研究的成果最近刊登在《国际生物科学杂志》上。