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把精子贴在明信片上,寄到了还能用?

本文作者: 发布时间:2021-09-04
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把精子贴在明信片上,寄到了还能用?

把精子贴在明信片上,寄到了还能用?

把精子贴在明信片上,寄到了还能用?

明信片与精子,方块中间的白点是精子丨Daiyu Ito

这是一张不起眼的明信片。

就算上面贴了一些精子,这张明信片在递送过程中也不曾受到任何特殊保护,连4℃冷藏的待遇都没有。

而起眼的是,当精子用两天时间到达了200公里外的目的地,与卵母细胞结合后,居然产生了健康的后代。

究竟是怎样一种自信的保存技术,能让精子走完这一段简陋的室温旅程而不失效?

让纸来保护精子

这是来自日本山梨大学的一次实验,科学家寄出的精子是小鼠的冻干精子。

冻干,全名叫冷冻干燥(freeze drying)。简单说来,是先把精子放进培养液里悬浮,再把悬浮液拿去冷冻;然后将它放进一台低温低压的干燥器,让水分直接从冰升华成气体飘走(不经过液态),如此就有了冻干精子。

左为冷冻后,右为冻干后

这种操作虽然会杀死精子,但能把DNA保存下来。

从前,科学家们常把冻干精子放在玻璃安瓿(一种小玻璃瓶)里真空保存。等到要用的时候,加几滴水让精子水化。只要精子DNA还完整,就能依靠人工授精产生后代。

把精子放进几滴水里

不过,玻璃容器易碎又十分占空间,科学家后来还是不满意了,想找一种更安全更高效的方法来储存精子。

于是,科学家们开始尝试各种包装材料。要替代玻璃,人们首先会想到塑料,但塑料对精子可能有毒害,所以科学家把目光转向了纸:参与实验的有日本传统的和纸、普通包装纸、称重纸、滤纸……把小鼠精子夹在两片纸中间,再用塑料片密封。密封过程需要大力按压,尽量让空气跑出去。

结果,称重纸从几位选手当中胜出,成为了更适合保存冻干精子的材料。科学家发现,有称重纸保护的精子,DNA更加完整,更容易产生健康的后代。

这样一来,小小的空间便能储存大量的精子。比如,一个卡片夹可同时容纳上千枚精子:

精子书

科学家给这只盛满精子的卡片夹取名“精子书”,并把它放进-30℃低温环境里储存。用的时候再去拿。

这种方法除了省空间,更重要的还是省掉了易碎的玻璃容器。需要远程传送的时候,拿一张明信片或一个信封,把盛着精子的塑料片贴在上面,便可以寄走了。

邮递时不需要额外保护,不用担心容器碎掉,令里面的精子失效。小鼠精子走过两天的旅途,安全到达目的地,通过人工授精产生了健康的后代。

明信片上的精子,依靠人工授精产生的幼崽

明信片传送全程都在室温下完成,没有低温储存。

假如不用传送,精子就留在实验室的话,也可以室温保存,3天后仍然能产生健康后代。不过5天后就失效了,毕竟只要有一点空气没排出去,里面的水蒸气和氧气都可能对物质结构造成严重的破坏。

即便如此,用明信片成功邮寄精子依然令人振奋。科学家们把论文发表在iScience期刊。团队说,下一步是继续完善真空密封的技术,让冻干精子能在室温下保存更久,也就能挺过更远距离的传送。

那么,人们为何执着于远距离传送精子?以及,到底要走多远才算真的远?

去太空走一趟

时间倒回8年前,一群科学家把小鼠的冻干精子送去了太空。

在此之前,人类已经尝试过让一些动物在太空繁殖,比如鱼、青蛙、蝾螈、小鼠等等。不过,只有非哺乳动物在太空繁殖成功,小鼠并没有成功的记录。

上世纪90年代,身为鱼类的青鳉上了太空,图中人类手指指着青鳉刚产下的一颗卵

而山梨大学的若山照彦教授,作为一个曾经想做宇航员的生物学家,一直好奇哺乳动物精子在太空到底会受到怎样的影响。为此,他和同事们进行了一场为期6年的实验:

2013年8月,一艘太空飞船将真空包装的冻干精子送到国际空间站,用-95℃冰箱保存。在9个月后的2014年,3年后的2016年,以及6年后的2019年,分别让一部分精子回到地球:看太空环境里的辐射对精子的DNA有无影响,看去过太空的精子能不能繁殖后代。

9个月后回到地球的冻干精子们,DNA确实出现了断裂损伤,但还是能通过人工授精产生正常的幼崽,出生率(8%-17%)和留守地球的冻干精子几乎无差(7%-15%)。并且,这些小鼠幼崽成年后,又生出了健康的后代。也就是说,一定程度的DNA损伤是可以被修复的。

9个月后回到地球的冻干精子,经过人工授精,后代出生率与地球组接近,但比活的精子低

而6年后(2019年)回来的精子,同样繁育出了健康的儿辈和孙辈。科学家认为,太空环境并没有降低冻干精子的生育能力,冻干精子甚至可以在太空保存200年。今年6月,这项成果发表在Science Advances期刊上。

不过,这场太空之旅当中盛放精子的容器还是玻璃安瓿,密封性强却易碎,不保证把精子完好送达。所以,科学家要多带些样本才行。但又因为玻璃容器占空间,带不了太多。

从那时起,若山照彦的团队便想找到一种安全且高效的方式来储存和传送冻干精子。今年实现明信片寄送精子的也是这支团队。

不过,科学家们为什么要做冻干精子,而不直接用活的精子呢?

冻干了容易保存

时间再倒回1998年,人类第一次成功冻干了哺乳动物的精子。

这里的成功是指,虽然冻干小鼠精子在传统意义上已经死了,但当科学家把它们注射进卵母细胞,依然有正常的胚胎发育起来,产生了健康后代。当年,用玻璃安瓿真空密封的冻干精子,在室温(25℃)保存1个月,或者在4℃保存3个月后,仍然可用。

装着冻干精子的玻璃安瓿

那一次,也是若山照彦和他的小伙伴一起,重新定义了“活着”。他们的成果登上了Nature。

在此之前,精子通常要用液氮来做深低温保存(-196℃)。液氮比较贵也比较危险,需要十分小心地操作。而假如想远距离传送精子,还要全程供电,途中一旦停电精子便会遭殃。

因此,许多科学家试过冻干哺乳动物精子,想摆脱对液氮的依赖,用更友好的方式储存哺乳动物的DNA。而若山团队首先成功了。这在治疗不孕不育、促进畜牧生产、保留濒危物种的遗传材料等等许多方面,都会产生重要的作用。只是,不能滥用到人类身上。

如今,冻干小鼠精子早就不是稀奇的操作,“死的精子也能支持胚胎正常发育”都不再是多么反直觉的概念了。不过,保存精子的方法还不完美,科学家们也还在继续探索着。

把精子贴在明信片上,寄到了还能用?

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