类器官技术的出现，打破了传统2D细胞培养和动物模型的局限，为模拟人体器官提供了良好的体外试验场所。近日，以色列科学家成功利用小鼠的睾丸细胞培养出世界首例睾丸类器官模型，高度模拟人类睾丸的复杂环境。相关研究以论文形式刊发在《Int J Biol Sci》（影响因子IF=9.20）期刊上，研究人员创造条件让他们的睾丸类器官在实验室中成熟，并证实即使是由胚胎细胞培育出的睾丸类器官也能发育和生长出清晰的生精小管。睾丸类器官的研究为理解男性功能障碍和不育症提供了新视角，并为再生医学在人类生殖健康领域的应用开辟了新道路。

近年来，全球不育症的发病率有所上升，根据不同地区和国家的统计数据，大约有10%至15%的育龄夫妇受到不育问题的影响。睾丸发育和功能异常会导致各种疾病，常见的如性发育障碍（DSD）和男性不育症。

迄今为止，尚无合适的体外系统来模拟胚胎或成年阶段的睾丸。在传统的2D细胞环境和含血清培养基中培养原代睾丸细胞会导致其正常特征丧失，且基因表达模式迅速偏离正常睾丸。

与此同时，科学试验在动物模型的道路上同样受阻。尽管小鼠和人类的性别决定和睾丸功能系统通常相似，但是它们并不完全一致，这导致许多性发育障碍和不育症病理无法在小鼠模型中成功建模。假使从小鼠体内提取原代睾丸细胞，或许可以作为一个有效且强大的平台来探索正常的睾丸发育和相关疾病机制。

借由类器官这一先进的再生医学前沿科技，让体外“复制”器官成为可能。在过去十年时间里，随着类器官技术的发展，体外模型也从二维细胞培养转为三维微型器官模型，科学家们已经能在体外构建肠道、肾脏、大脑、视网膜等类器官。

近日，以色列科学家在实验室培育出世界首例“睾丸类器官”，填补了学术界研究模型缺失的空白。

该研究[1]发现，这个类器官可以高度模拟人类睾丸的复杂环境，成为先进的研究睾丸发育和功能基础研究的系统模型，有望为男性不育症提供新的希望和策略。

这个创新研究使用新生小鼠的睾丸细胞成功构建了首个睾丸类器官，代表了先进的睾丸体外模型系统。随着科学家对这一研究系统的深入改进和逐步适应，有望使其成为一个创新平台，深入探究睾丸的发育和功能，模拟与睾丸相关的病理机制，或将为影响全球1/12男性的不育症提供解决方案。

01

首例睾丸类器官：

研究男性不育症新模型

在一项最新的研究中，以色列巴伊兰大学的Nitzan Gonen博士及其团队成功地制造出了“实验室睾丸（laboratory testicles）”。

Gonen团队制造的这种人造睾丸，是利用真正的小鼠睾丸细胞制造出来的微型人造器官——睾丸类器官（Testis Organoids）。

△ 该研究论文的图形摘要。

研究人员使用transwell插入物从新生小鼠中提取了未成熟的睾丸细胞用于类器官培养，这个睾丸类器官形成了与体内天然睾丸高度相似的肾小管样结构和细胞组织。

这表明睾丸类器官的成功构建，这些管状结构与天然睾丸中存在的多条生精小管（seminiferous tubule）相似，这些小管是精子发生的场所。

在过往的2D培养条件下，培养出的细胞在形态方面似乎并非最佳。研究人员试图寻求一种能够更好地支持睾丸类器官形成和维持的3D培养系统。他们借助此前在培养肾脏、肺、肝脏和脑等类器官时使用过的transwell插入物，以达到这一目标。

鉴于肾脏和性腺具有共同的发育起源，来自中间中胚层，并且它们都具有管状结构，研究人员探索了使用transwell插入物来生成睾丸类器官。

△ 在transwell插入物上建立原发性新生儿睾丸类器官。将出生后第4-7天、Sox9-IRES-GFP或TESCO-CFP幼崽的原代睾丸细胞解离成单细胞，并在各种培养方法和培养基组合物下重新组装。

当在transwell插入物上培养时，细胞会遇到液气界面，培养基来自底部，空气来自顶部，从而形成了睾丸类器官——呈现出清晰的管状结构和非常强烈的CFP或GFP基因表达，在培养中持续21天。

研究人员成功地将这些衍生的睾丸类器官在体外培养了长达9周，并显示出进入减数分裂的迹象。在小鼠体内，睾丸产生精子和分泌睾酮需要34天时间，因此，该睾丸类器官的培养时间在理论上足以完成精子产生和雄激素分泌的过程。

Gonen博士还不知道这种睾丸类器官是否真地会产生精子，但是他的团队已注意到减数分裂开始的迹象，其中减数分裂是产生配子的过程。配子是生殖细胞，在这项研究中是精子，它的染色体数目只有正常细胞的一半，“等待”另一个配子（在这项研究中是卵子）在受精后获得另一半染色体。

△ 睾丸类器官呈现肾小管结构并保留主要的性腺细胞类型。

此外，在本项研究中，研究人员也试图创造条件让这个睾丸类器官在实验室中成熟，并由此证明即使是由胚胎细胞培育出的睾丸类器官，也能发育和生长出清晰的生精管。

他们还试图从成年小鼠睾丸中培育睾丸类器官，然而并没有成功。

Gonen博士解释说，“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，它可以转化为性发育障碍和不孕症的治疗应用。”

本次试验的成功，让研究团队信心倍增。据Gonen博士描述，他们正计划使用人类样本生产类器官。比如，由人体细胞培育的睾丸类器官可以帮助接受癌症治疗的儿童（治疗过程可能会损害他们产生功能性精子的能力），由于孩童尚小，无法产生自己的精子，而这些样本可以冷冻并在将来用于辅助生殖。

Gonen博士的愿景是从癌症儿童的活检样本中培育睾丸类器官，并希望在体外培养出有功能性的、可孕育生命的精子。

综上，Gonen及其研究团队成功培育的睾丸类器官，为再生医学在男性生殖健康领域的应用提供了新的可能性。在未来，这些类器官可能被用于开发新的治疗策略，例如通过体外培养来修复受损的睾丸组织，或者为那些因疾病（癌症等复杂疾病）或对应治疗而失去生育能力的男性提供生育力恢复的途径。

02

类器官创新技术

助力人类生殖系统健康

睾丸类器官的创新研究，为理解男性功能障碍和不育症提供了新的视角，并为再生医学在人类生殖健康领域的应用开辟了新的道路。随着科学技术的不断进步和伦理法律的完善，类器官研究平台将为提高男性生育能力和治疗相关疾病做出积极贡献，为饱受不育症影响的夫妇带来新希望。

此外，睾丸类器官还可能对个性化医疗产生重要影响。通过使用患者自身的细胞来生成类器官，医生可以在体外测试不同药物和治疗方案的效果，从而为每个患者“量身定制”合适的治疗建议。这种方法不仅可以提高治疗的有效性，还可能减少副作用和并发症的风险，实现类器官技术在精准医疗、个体化治疗领域的突破。

近年来，越来越多的研究表明，类器官技术可以帮助人们更好地理解疾病的致病机理，厘清治疗思路，为患者提供创新治疗方案。

世界首例全人源卵巢类器官

卵巢对于女性的重要意义不亚于子宫，学术界对于卵巢的相关研究，一直苦于缺乏基础研究模型而举步维艰。

2023年，由美国哈佛大学的科学家联合杜克大学，创造出第一个全人源卵巢类器官，成功复制了人类卵巢器官的许多关键功能，可以支持卵细胞成熟、发育卵泡并分泌性激素。[2]

△ 人卵巢类器官中发育6天（左）和26天（右）的卵泡样结构。

值得关注的是，这项新方法整个培养过程仅仅花了5天时间！这标志着人类在女性生殖健康研究领域迈出了重要一步，为开发治疗不孕症、卵巢癌等疾病带来新疗法。

子宫内膜微环境“类器官”模型

子宫内膜的异常会引发诸如月经不调、痛经、异常子宫出血、子宫内膜炎、子宫腺肌病、不孕症等女性生殖系统疾病，不仅是困扰女性健康的“阴霾”，而且是学术研究的一大难题。

麻省理工学院的科学家研究[3]发现：通过建立新的合成细胞外基质，可以设计出一种3D子宫内膜微环境，同时研究子宫内膜上皮类器官和基质细胞。这个类器官共培养模型不仅支持长期（15天）培养，而且可以模拟人类月经周期的关键方面。

△ 人体3D子宫内膜微环境的研究模型图

这项创新研究有望为月经不调、痛经、子宫内膜相关疾病（子宫腺肌病，子宫内膜异位症，子宫内膜癌等）、不孕症等女性生殖系统疾病提供新疗法，对提升女性健康水平具有重要的现实意义。

总体而言，通过在体外模拟真实器官的结构和功能，类器官技术为研究人类生殖系统的复杂性提供了一个独特的技术平台。

在男性生殖健康方面，睾丸类器官的培养不仅有助于我们深入理解精子生成和雄性激素分泌的生物学过程，而且对于探索性发育障碍和男性不育症的潜在机制也具有关键作用。

在女性生殖健康方面，卵巢类器官的研究同样具有重要意义。通过模拟卵巢的功能，科学家们可以更好地理解卵子的成熟过程以及激素调节的复杂机制。这对于治疗女性不育症、开发避孕策略以及理解女性生殖健康相关的疾病具有深远的影响。

类器官技术在生殖健康研究中的应用展现出巨大潜力和价值。不仅推动了科学认知的边界，也为解决现实世界中的生殖健康问题提供了新工具和策略。随着技术的不断进步和应用的深入，类器官技术有望在未来为维护和提升人类的生殖健康做出更大的贡献。

Write in the last

写在最后

类器官作为再生医学的重要分支，预示着未来医学的又一次革命性进步。凭借模拟真实器官的高保真性，类器官为疾病建模、药物筛选和精准治疗等提供了前所未有的可能性。随着技术的成熟，再生医学将有望实现从基本的组织修复到复杂的器官再造，极大地提高人类的健康水平和生活质量。

参考文献：

[1] Stopel A, Lev C, Dahari S, Adibi O, Armon L, Gonen N. Towards a “testis in a dish”: Generation of mouse testicular organoids that recapitulate testis structure and expression profiles. Int J Biol Sci. 2024;20(3):1024-1041. doi: 10.7150/ijbs.89480

[2] Merrick D Pierson Smela, Christian C Kramme,et,al.Directed differentiation of human iPSCs to functional ovarian granulosa-like cells via transcription factor overexpression.Feb 21, 2023 https://doi.org/10.7554/eLife.83291

[3] Juan S. Gnecco ,Alexander Brown，et al ,Organoid co-culture model of the human endometrium in a fully synthetic extracellular matrix enables the study of epithelial-stromal