“精子冷冻技术”是怎么做到的？

科普中国微平台 2019-03-21

　　本文专家:孟尧，上海交通大学医学院医学博士

　　1968年，悉尼大学的一个实验室利用精子冷冻技术冻存了四只美利奴公羊的精子，截至目前，这批精子是世界上所有物种中最古老的存活精子。

　　近日，悉尼大学的动物繁殖专家Simon deGraaf团队成功复苏了这批”50岁“的冻存精子，对56只母羊进行体外受精，其中34只母羊成功受孕，受孕率达61%，相比仅冻存一年的精子59%的受孕率相比，几乎不相上下，这也提示了长期冷冻精子的可行性。

　　悉尼大学分享了其中一个“原始精子捐献者”的照片，一只名为Sir Freddie的公羊。Sir Freddie出生于1959年。

　　精子冷冻技术作为辅助生殖技术的一项重要手段，已成功应用于动物医学及人类医学，相信大家已耳熟能详。但冻存整整50年的精子还能保持相当的活力和生育力，在生殖领域还是较大的进步，那么这到底是怎么做到的呢？我们今天就来为大家介绍一下。

　　在显微镜下观察到的来自50年前的精液 | University of Sydney

　　什么是精子冻存技术？

　　精子冷冻保存技术是指将精液进行特殊处理，保存在超低温环境，可长期保存精子的活性，以达到保持雄性生育力的目的。

　　冷冻精液的最大优点是可长期保存，使精液的使用不受时间、地域以及雄性动物寿命的限制，且可维持细胞遗传形状的稳定性。世界上最早的冻存精子后代是1951年诞生的一头小牛，很快便应用于临床医学。第一例人类冻存精子的婴儿诞生于1953年，此后辅助生殖技术便如雨后春笋般开展起来。

　　图片来源于网络

　　如何冷冻精子？

　　哺乳动物的精子冷冻技术最早开始于200年前，最初是1776年Lazaro Spallanzani尝试将精子在雪中逐渐冷却，直到1949年Polge提出甘油冻存细胞的方法，这也为细胞冻存包括精液保存技术带来了突破。

　　细胞冻存时最大的问题在于低温条件下细胞内产生冰晶，从而使细胞产生内源性的机械损伤，引起细胞内环境渗透压、PH、电解质等的改变，造成细胞的致命性损伤。而目前最常用的细胞冻存试剂是甘油或者二甲亚砜，这两种物质一方面可以提高细胞膜对水的通透性，另一方面使冰点降低，延缓冻结过程。缓慢冷冻时可使细胞内的水分渗出至细胞外，减少细胞内冰晶的形成，从而减少由于冰晶形成造成的细胞损伤。

　　简单来讲，精子冷冻主要向精子细胞中加入配制好的细胞冻存液，标准冷冻速度开始为-1 到 -2℃/min，当温度低于-25℃时可加速，到-80℃之后可直接投入液氮内（-196℃）。复苏冷冻精子时主要是要快速融化，能使胞外冰晶迅速融化，防止水分渗入胞内再次形成冰晶而损伤细胞。

　　图片来源：Spermcryopreservation update: Cryodamage, markers,

　　and factors affecting the sperm freezability in pigs

　　何为单精子冷冻技术？

　　常规的精子冻存技术会不同程度地丢失或损伤冻融精子，而非梗阻性无精症患者和隐匿性精子症患者的精子数量少、运动性差，显然并不适合常规精子冷冻方法。因此，科学家在常规精子冻存技术的基础上，探索出微量精子冷冻方法——单精子冷冻技术。

　　所谓单精子冷冻技术，是指将严重少精子症或无精子症男性患者经过治疗或手术后取得的极少量精子逐个挑选出来，在冷冻前确定每条精子的情况，将质量优良的精子加载在特殊的载体上，放入零下196℃液氮进行保存的技术。通过新载体cropiece实施此项技术，李铮教授团队已于2016年报道了我国首例单精子冷冻试管婴儿的诞生，为我国近百万无精症患者带来希望。

　　图片来源于网络

　　为什么精子冷冻50年还可以孕育生命？

　　前面我们也提到精子冻存的关键在于“慢冻速融“，配合细胞保存液的使用，解决了在冻存过程细胞的损伤，保证了细胞膜的完整性不被破坏。同时在液氮中保存时，细胞处于非活动耗能状态，减少有害物质产生堆积、维持细胞理化性质稳定、防止DNA、mRNA降解、防止核蛋白易位以及半胱氨酸自由基二硫键断裂等，从而维持遗传物质稳定性。

　　冻存精子经过复苏后，恢复活性及正常活动性，结合卵细胞重获受精能力，从而孕育生命。