这听起来像是科幻小说——采集人类的血液细胞，对其进行基因工程改造使其最终转变为未成熟精子，然后将它们移植到在小鼠肾脏上培育出的微小包囊中进行培养。然而，7月10日，一个研究团队在《细胞-干细胞》报告称，他们已成功实施了这一操作，最终目标是在实验室中培育出成熟的人类精子。

研究人员正在尝试利用干细胞在实验室中培育人类精子。图片来源：Juergen Berger/Science Photo Library

不过，目前这一目标仍难以实现。这些在实验室中培育的细胞在未成熟阶段就停止了发育。论文作者、美国宾夕法尼亚大学的生殖生物学家Eoin Whelan表示，要在实验室中培育出成熟精子，还需要克服许多障碍。但这一最新成果是朝着正确方向迈出的一步。

与此同时，该方法可用于研究人类精子发育的早期阶段，并探索男性不育的原因。约40%的男性不育病例原因不明。“我们是从基础科学的角度来研究这一问题的，距离临床应用还有很长的路要走。”Whelan说。

该技术的一些潜在临床应用存在争议，尤其是利用实验室培育的精子或卵子孕育婴儿的想法。尽管一些研究人员希望该方法能用于治疗特定的不孕症，但这种做法也引发了伦理担忧。其中之一是，该技术可能会使对生殖细胞进行基因改造更容易，从而催生“定制婴儿”。

迄今为止，已有少数研究人员成功利用小鼠皮肤细胞制备出小鼠卵子和精子。这些细胞经过基因重编程，转化为诱导多能干细胞（iPS细胞）——这是一种“年轻”的细胞，与胚胎中的细胞相似，可以通过化学或基因手段诱导其分化为完全不同的细胞，例如精子。有一个研究团队甚至利用这种方法让两只雄性小鼠成功诞下了后代。

然而，由于物种发育方式的差异，研究人员一直无法将这些在小鼠身上的成功经验应用到人类或其他灵长类动物身上。此外，研究人类胚胎发育也十分困难，因此，那些致力于理解并重现精子和卵子发育最初阶段的研究人员，只能在黑暗中摸索。“在人类领域，相关研究严重滞后。”论文作者、宾夕法尼亚大学的发育生物学家Kotaro Sasaki表示。

Sasaki和同事此前已知道如何将人类iPS细胞转化为类似早期胚胎细胞的细胞，这些胚胎细胞最终会发育成卵子和精子。随后，研究人员将这些未成熟细胞与从小鼠发育中的睾丸中提取的非生殖细胞混合。这些非生殖细胞能够为精子发育提供所需的保护和支持营养。这使得研究人员在培育成熟精子的道路上又迈进了一步，但这些细胞未能突破在人类胚胎内所见的精子发育早期阶段。

新研究中，Sasaki、Whelan和同事将这一过程推进了一步，他们将上述细胞混合物移植到了活体小鼠体内——具体移植位置选在肾脏的一个区域，该区域被认为非常适合支持移植组织的生长。

一旦进入该包囊，移植的细胞便自发组织成管状结构——类似于睾丸中产生精子的结构。移植6个月后，这些人类细胞已发育为精原细胞—— 一种最终能分化为成熟精子的细胞。

这些未成熟精子细胞中的基因活性与正常人类精原细胞中的基因活性极为相似。但大多数人类细胞在此阶段停止了发育，没有一个继续发育形成成熟精子。当研究团队在猕猴身上进行实验时，结果也是如此。

Sasaki认为，这可能是由于发育中的人类精原细胞与提供支持的小鼠细胞之间存在物种差异所致。精子发育过程十分复杂，不仅需要周围组织中非生殖细胞的参与，还需要来自远端器官的激素信号。这些因素在小鼠和人类身上可能并不完全相同。

美国加州大学洛杉矶分校的发育生物学家Amander Clark表示，将人类细胞与同样来自人类的非生殖细胞一起培养，有助于这些细胞发育为成熟的精子。“这将是接下来需要的技术创新。”她说。

接下来的另一个重要步骤将是确认精原细胞是否具有功能。在人类身上，研究人员若进行此类实验将触及伦理问题，因此Sasaki希望在猕猴身上进行这些实验。 

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.stem.2026.06.001