客觀日本

常溫下保存冷凍乾燥精子,有望用於家畜改良和珍稀生物保育

2021年09月06日 生物醫藥

利用速食品領域開發的冷凍乾燥(冷凍乾燥)技術,可以像翻相簿取照片那樣取出各類精子。日本山梨大學等正致力於實施這種機制。到2050年有望實施在常溫下長期保存各種動物的精子和卵子,並在需要的時候郵寄給需要的人。

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冷凍乾燥精子可以在常溫下郵寄(圖片由山梨大學提供)

實驗動物和家畜的品種改良以及珍稀動物保存所不可或缺的精子、卵子和受精卵通常保存在超低溫冰櫃或者液氮罐中。然而,這些裝置本身及其維護的費用都很昂貴。如果能在常溫下長期保存,就可以減輕負擔。

山梨大學的若山照彥教授等人組成的研究團隊正致力於開發一種利用冷凍乾燥法簡易保存精子的技術。具體來說就是將精子快速冷凍後,在真空狀態下乾燥,使用時加水恢復原狀。冷凍乾燥還有一個優點是,抗輻射能力達到普通精子的10倍。

研究團隊開發出了將冷凍乾燥的小鼠精子夾在約0.1毫米厚的塑膠膜中保存的技術,一隻雄鼠產生的精子只需幾十日元即可保存。在真空狀態下冷凍乾燥後,把精子放到包藥紙上,爲儘量避免接觸氧氣,並將其封閉到塑膠膜中保存。

此前一直採用將裝有冷凍乾燥精子的玻璃瓶頂端加熱熔斷來保存,但這種方法難以大量保存,還存在破損的危險。爲了管理龐大的小鼠品系,需要開發更加簡易的保存方法。

研究團隊應答,用信封或明信片郵寄保存精子的薄膜,收到的精子約70%可以正常受精,其中約10%可以繁殖下一代。今後打算提高下一代的出生數量及延長常溫下的保存週期。

目前配送只能在常溫下保存3天。如果能在常溫下保存1周,就有望利用國際快遞寄送到海外的研究機構。

冷凍乾燥精子技術的應用範圍不僅限於小鼠等實驗動物,也將成爲家畜的品種改良和珍稀動物保存方面的重要技術。岩手大學的金子武人副教授等正針對數十種動物開發精子保存法。

目前已經證實家貓和雞的冷凍乾燥精子DNA的正常。今後還打算將該技術應用於對馬山貓和山原秧雞等珍稀動物。

金子副教授表示:「珍稀野生動物生活在無人區。如果還能在沒有實驗設備的深山等地區使用就更好了」。

如果能在常溫下管理所有生物的精子和卵子,還可以因應意外情況的發生。例如,可以因應因停電而無法使用冰櫃等情況。發生災害時,需要隨時補充的液氮可能無法及時採購到,也無法維持保存狀態。

但是,如果容易管理,也存在珍貴品種和轉基因動物等容易帶出國境的風險。同樣重要的是,隨着技術的進步完善,相關法律等也必須跟上技術進步的步伐。

還計劃應用於卵子

精子和卵子保存技術的動向與前景
1952年 牛的精子成功實施冷凍保存
1970年代 小鼠的卵子和受精卵實施冷凍保存
1998年 小鼠精子成功實施冷凍乾燥
2021年 小鼠精子實施常溫配送
2030年 實施卵子冷凍乾燥
2050年 所有動物都可以使用常溫保存的精子和卵子

保存精子、卵子和受精卵的技術在生命科學和家畜的品種改良領域也是必不可少的技術。冷凍保存精子的技術1950年代在牛身上最先取得了成功。

受精卵和卵子的冷凍保存於1970年代在小鼠身上取得成功。隨後各種動物的冷凍保存技術開發都取得了進展,使用冰櫃和液氮的保存方法在全球的研究室和畜產現場已經普及。

若山教授等人20多年前就開始致力於冷凍乾燥保存技術。他認爲,精子「與其他細胞相比,保存遺傳資訊的細胞核更堅硬,因此冷凍乾燥後生物性質應該也比較穩定」。

下一個目標是在卵子和受精卵中應用該技術。「卵子與精子相比容較大,技術上存在難度」。目前正研究使用冷凍乾燥卵子時,僅將攜帶遺傳資訊的細胞核移植到其他新鮮卵子中的方法。

預計可以利用該方法培養使用冷凍乾燥精子和卵子的受精卵。期待將來能利用受精卵培育下一代。

若山教授強調說:「爲了保存遺傳資源,不僅是精子,卵子也必須實施能在常溫下輕鬆保存」。

日文:下野谷涼子、日經產業新聞,2021/08/27
中文:JST客觀日本編輯部