日本熊本大學生命資源研究與支援中心資源開發領域的中尾聰宏研究員、竹尾透教授、生殖工學共同研究領域的中潟直己特任教授和京都大學電腦病毒與再生醫科學研究所的渡邊仁美助教、近藤玄教授使用微流控設備的細胞分取裝置，開發出了在體外受精中可以提高受精率的精子篩選技術。
精子在射出之後不能受精，透過在生物活體內和培養液中的活性化獲得受精能力，這種現象被稱爲「受精能力獲得」。在體外受精中爲了提高受精率，需要回收具有受精能力的精子。通常收集特定的細胞需要使用細胞分取裝置，但是因爲精子容易受到物理可用能傷害，一般使用的細胞分取裝置難以回收保持活力的精子。
中尾聰宏研究員的研究團隊透過探討各種細胞分取裝置和精子分離使用的培養液，用微流控設備的細胞分取裝置確定了篩選小鼠精子的最佳條件，並且成功地收集了保持活力的精子。最後，透過回收標記有螢光物質的受精能力獲得的精子，從中篩選出受精率高的精子，進行了體外受精實驗。
本技術有望在實驗室動物和家畜的繁殖、生殖醫療中不孕冶癒方面，增加體外受精的成功率。並且將其與標記精子的性染色體的技術相結合，有望應用於生產實驗室動物和家畜的雌雄性別選擇生育。
【研究内容】
在體外受精方面，選擇具有受精能力的精子（受精能獲得精子）以獲得高受精率尤爲重要。篩選精子通常使用細胞分取裝置。細胞分取裝置是一種可以分選出特定細胞的實驗設備，用於篩選各種細胞。然而，由於精子容易受到物理可用能刺激，因此利用常規的細胞分取裝置篩選保持有活力的精子非常困難。
對此，中尾研究員的研究團隊嘗試開發了一種精子篩選技術，用微流控設備的細胞分取裝置來減量對精子細胞的傷害。微流控設備裝置是一種具有微小流動通道結構的小型實驗裝置，其寬度和深度在幾微米到幾百微米之間，廣泛用於化學和生物研究。使用此設備探討細胞分離和分離用培養液的最佳條件，研究團隊成功地回收了保持活力的小鼠精子（圖1）。此外，使用此設備回收的精子進行體外受精，成狗獲得了受精卵（圖2），並證實將受精卵移植到雌性小鼠的輸卵管中順利產子（圖3）。
圖1左：透過常規的細胞分取裝置收集的小鼠精子（精子無法前進因爲無法維持動力）
圖1右：使用微流控設備的細胞分取裝置收集的小鼠精子（精子保持活力可以活躍地行程）
※ 比 較 動 畫 https://youtu.be/e6SYnvHJz2g
圖2：使用微量控設備的細胞分取裝置從篩選
圖3:用細胞分取裝置篩選的精子產下的幼崽中獲得的二細胞期胚胎
研究團隊使用該技術改進了體外受精技術。通常，受精能獲得精子會經歷被稱爲頂體反應的精子形態變化。利用經歷頂體反應的獲能精子的特徵，用螢光物質予以標識，然後使用微流控設備的細胞分取裝置篩選具有受精能力的精子和不具有受精能力的精子（未獲能精子）。透過使用有受精能力和不具有受精能力的精子進行體外受精的結果表明，選擇有受精能力的精子比未獲能的精子受精率要高。
這項技術可以應用於冶癒人類不孕，提高體外受精的成功率，也可以用於實驗室動物和牲畜的有效繁殖以及雌雄的性別選擇生育。
論文資訊
題目：Successful selection of mouse sperm with high viability and fertility using microfluidics chip cell sorter
作者：Satohiro Nakao, Toru Takeo, Hitomi Watanabe, Gen Kondoh, Naomi Nakagata
期刊：Scientific Reports
URL: nature.com/articles/s41598-020-65931-z
文 熊本大學研究生院先導機構URA推進室（research-coordinator@jimu.kumamoto-u.ac.jp）
編輯修改 JST客觀日本編輯部
