研究人员在实验室中培育出了与真实睾丸非常相似的器官组织

器官组织是实验室培育的三维微型器官，主要来源于干细胞，它开辟了模拟器官模型的新途径，包括研究疾病状态和测试治疗药物。在过去十年中，我们已经看到了微型大脑、心脏、肺、胃和结肠，它们的复杂性和功能都在不断提高。不过，目前还没有模拟睾丸的类器官。

以色列巴伊兰大学（Bar-Ilan University）的研究人员改变了这一现状，他们从新生小鼠细胞中培育出了睾丸（这是单个睾丸的意思）器官组织，并生成了与真实睾丸相似的结构。

该研究的通讯作者尼赞-戈宁（Nitzan Gonen）说："人工睾丸是一种很有前景的睾丸发育和功能基础研究模型，它可以转化为治疗性发育障碍和不育症的应用。"

睾丸发育功能障碍可导致性发育障碍（DSDs），如今通常被称为双性人，这是一组涉及基因、激素和生殖器官（包括生殖器）的罕见疾病。发育障碍还可能导致男性不育，而人们对其背后的遗传和环境机制知之甚少。

研究人员从新生小鼠睾丸而非胚胎睾丸入手。与新生睾丸相比，胚胎睾丸的可用睾丸细胞更少。研究中使用的小鼠经过基因工程改造，研究人员可以跟踪 Sertoli 细胞的存在和状态，Sertoli 细胞对睾丸的形成、精子的产生和发育（精子形成）至关重要。

研究人员从四至七天大的小鼠身上采集了整个睾丸；将未成熟的睾丸细胞离解成单细胞，并在含有睾丸中正常存在的因子的培养基上重新组合。研究人员使用3D培养系统来支持更好的睾丸类器官形成和维护。到了第二天，细胞已经形成了清晰的器官样组织，并在九周的时间里继续增大，直至崩溃。

睾丸由两个主要部分组成：睾丸索（后来成为产生精子的曲细精管）和间质区（曲细精管的机械支撑区和睾酮产生区）。两者都含有特定类型的细胞。21天后，器官组织包含了所有主要的睾丸细胞类型，包括Sertoli细胞，其组织方式与真正的睾丸非常相似。Sertoli细胞形成了许多类似于精曲小管的管状结构。

胚胎细胞培育出的有机体图像，显示第 14 天时管状结构的形成

尽管使用从新生小鼠身上采集的新生细胞制造睾丸器官组织相对方便，但研究人员还是尝试使用胚胎细胞，因为胚胎细胞需要从怀孕的雌性小鼠身上采集。他们的想法是这样的：新生儿细胞的用途有限，因为许多与睾丸发育和功能障碍有关的疾病都发生在胚胎阶段。利用同样的技术，他们成功地从胚胎小鼠细胞中培育出了睾丸器官组织，其管状结构比新生儿细胞培育的器官组织更加清晰。当研究人员尝试使用成年睾丸细胞时，却无法形成类器官。

虽然睾丸器官组织未能产生精子，但有迹象表明这是有可能的。精子形成是一个漫长的过程，精子干细胞经过减数分裂（细胞分裂）形成精母细胞，再发育成成熟的精子。研究人员发现，器官组织中减数分裂标记的低水平表达似乎与时间有关，主要是在第21天到42天之间，这可能表明在器官组织培养的后期阶段存在少量完全成熟的精子。

器官组织与真实的睾丸非常相似，这意味着它们可以用来促进我们对性别决定机制的了解，并为男性不育症提供解决方案。

今后，研究人员计划利用人体样本生产类器官。例如，用人体细胞制造的睾丸类器官可以帮助正在接受癌症治疗的儿童，因为癌症会损害他们产生功能性精子的能力。他们设想收获未成熟的精子细胞，然后将其冷冻起来，用于制造可育精子的类器官。

这项研究发表在《国际生物科学杂志》上。