现代科技能怎么帮助不孕不育患者?

精子助推器

全球12%的夫妻深受不孕症困扰,其中一半都是男性的责任,绝大部分问题出在了精子数量不足、精子活力弱和精子畸形三种情况。

在精子活力问题上,根据WHO的《人类精液检查与处理实验室手册·第五版》,前向运动的精子比例低于32%就可以称为弱精子症(asthenozoospermia),对受孕影响很大。

为了帮助这些男人成为一个真正的爸爸,除了常规的医疗手段外,科学家们还有一些更加邪门的思路。比如用机器帮助精子动起来。

这也就是所谓的精子助推器,或者说精子机器人 spermbot。

本质上讲,这是一种微动力机 micromotor ,可以说是药物运输类研究的一种特殊应用。目前来说有两大类:管状微动器和螺旋型微动机。

管状微动器早期比较有代表性的研究来自一位德国微动机的专家Veronika Magdanz。

Veronika Magdanz

2013年她所发表的一个研究中,将纳米级磁性材料卷成圆筒形,其中一段较另一端稍大。当精子从较大的那一头进入时就会卡住,然后以精子本身的动力为主,磁性为辅制导方向,引导精子游向正确的目标。

管状微动器示意图a) 公牛精子细胞 c) 一个活性精子+微管=精子机器人&远程控制的磁性层 b)&d) 微管与在微管口的精子细胞 e)精子在微管中的透视图 f) 在含有薄轧钛和铁纳米膜的50微米长微管内的公牛精子的耦合过程

当然大家一定会问,精子为何会这么听话地钻进去?答案是:主要靠随缘。

一旦随缘成功,就可以通过外部永磁体控制磁性微管,带着精子细胞遨游天下。

作为早期试作型,这篇文章主要是起一个抛砖引玉的作用,将微动机用于运输药物的常规思路扩展到运送生殖细胞,来解决很多夫妻的难言之隐。

同时也指出了这个领域里的基本难题:一是如何控制材料与生殖细胞相遇,也就是机精结合的问题;二是当到达目的地后,机精分离的问题;三是在这些操作中避免对细胞生理活性的伤害。

螺旋型微动机最有名的研究来自于2016年Nanoletters上这篇论文,因为他们被《科学美国人》和《国家地理》竞相引用报道。

论文截图论文第一作者:Mariana Medina-Sanchez论文配图放大

研究者同样是来自于德国的IFW Dresden纳米综合研究技术中心,在总结前人的研究基础上他们做了很多改进:以激光切割成型的聚合材料为底,再在其表装饰NiTi混合磁性涂层,从而制得微动机。

相较于前辈,螺旋型微动器有了不小的进步,一是可以作用于那些能动性不高的精子,且全程可实现三维磁性制导,包括机精结合和分离过程。

机精结合过程i) ii) iii) 微动机成功将一枚“惰性”精子送到卵子那里去;iv) 功成身退,深藏功与名

动图版

当然操作不熟练的话,车毁人亡也是常有的事。

这份研究曾经引发媒体热度。因为当他们看到“成功结合了牛精子和牛卵子”,就将其误认为成功“授精”。这又引发了更加广泛的社会话题,譬如“钞能力”和“公平”的问题。

但文章其实只是说它们成功结合了(combine),却并未说成功受精了(fertilize)。

想要成功授精,现阶段仍然存在一些问题。比如,司机很容易开车太粗暴造成事故;或者安全送到了,可是精卵互相看不对眼等等。

在文章尾提到, 卵细胞与精细胞相遇并成功授精需要一个合适的相遇速度和生化条件——这与人类两性关系何其相似。

大概全副武装的精子机器人,暂时还只能存在于我们的幻想中。