在哺乳动物精子细胞的干燥保存方面取得了进展

北卡罗来纳大学夏洛特分校和史密森尼保护生物学研究所的研究小组在11月出版的Theriogenology杂志上发表的一篇论文中宣布，首次使用快速微波脱水方法成功干燥和补液家猫精子。

该论文的作者，来自北卡罗来纳大学夏洛特分校的Jennifer Patrick和Gloria Elliott以及来自SCBI的Pierre Comizzoli表明，再水化的精子具有最小的DNA损伤并且是可行的 - 它们能够在体外产生胚胎。由于该组先前已成功生产出可存活的脱水猫卵，因此该发现显示了在干燥状态下保存猫生殖细胞的可能性。

通过脱水成功保存猫精子远非神秘的成就，是解决野生猫科动物生殖生物学中涉及的关键问题的潜在重要步骤。

许多生物学家和环境科学家认为，生物圈目前处于“第六次灭绝”的中间，可能最终导致地球上物种数量的大幅减少和大规模生态系统的崩溃。存在很大的风险，在不久的将来，对于地球生物多样性至关重要的物种可能会灭绝或遗传多样性减少，以至于野生种群不可行。

如果有更多的皮蛋和精子“库”，科学可能能够迅速而成功地改善小动物种群的状况。科学家可以简单地使用生殖材料储存，以稳定的干燥形式保存，重新水合它们并创造一群可存活的胚胎。

为什么干生殖细胞?保留精子，卵子和胚胎供以后使用的想法并不新鲜，但通常优选的保存技术是将这些材料冷冻。冷冻保存是一种用于保存生殖细胞和胚胎的成熟技术，但考虑到未来的不确定性，这种方法存在问题。在冰点温度下储存需要持续的能源供应，昂贵的技术和设施以及复杂的维护操作 - 所有困难且昂贵的事情需要长时间持续维持，特别是在偶尔的不利条件下。

大自然提出了另一种可能更强大的解决方案：通过脱水进行细胞淤滞。植物，真菌和细菌通常这样做，将它们的遗传物质放在孢子，孢囊，花粉和种子中，使其保持短时间 - 并且有时候，更长的时间尺度 - 并允许它在远距离运输同样。

生活在恶劣沙漠和其他极端环境中的一些动物 - 例如盐水虾和缓动剂(“水熊”) - 也开发了将其生物学置于脱水停滞状态的能力，有时长期使用。他们通过在细胞中产生和积累高浓度的二糖(如海藻糖)来实现这一目标，这取代了脱水过程中失去的水分并固化成玻璃 - 一种非常高粘度的液体，可以阻止化学活性并固定酶 - 环境温度冷冻细胞结构和活性，琥珀冷冻的昆虫的分子水平版本。

“当你考虑长期保存有机体时，你并不关心电气中断。洪水和其他天气事件可能需要在胁迫下重新安置样品，”Elliott指出。“冷冻样品不易运输，而如果你的样品是干燥的包装 - 就像干果或你在架子上的任何干货 - 你可以把你的收藏品放在一个袋子里然后走出门。这就是概念 - 不仅要保持低储存成本，而且要使标本易于运输，便于标本的共用或重新安置。“

Elliott研究小组正在研究的保存方法包括将细胞悬浮在稀释的海藻糖溶液中，然后通过温和的微波辅助加热过程去除水来浓缩它，以便形成海藻糖玻璃，在室温下固定生物分子，类似于冷冻。

以前使用冷冻干燥技术将生殖细胞用海藻糖进行类似的干燥保存，但是微波辅助方法更快并且可以允许更广泛地使用该技术。

“这使我们能够将这些保存技术纳入一些低资源环境 - 第三世界国家，如发展中国家，”Elliott说。“如果你考虑用于生物多样性研究的标本 - 那些国家并没有为这种收集而建立，这种保存方法开辟了这种可能性。”

这一发现还扩大了哺乳动物物种的范围，这些物种的生殖细胞可以成功地进行干燥保存。以前的实验已成功地在大鼠和小鼠中干燥保存了精子和卵细胞，但啮齿动物生殖细胞的生物学与其他哺乳动物(包括猫和人)的生物学显着不同。在啮齿动物中，精子细胞相对简单并且主要仅包含雄性遗传物质，而在猫和人类中它还包含中心体，细胞分裂所必需的细胞结构和胚胎的成功发育。由于中心体对于繁殖是至关重要的，并且由于精子是小细胞结构，因此猫精子比啮齿动物精子更难以保存。

“这是猫精子第一次完成，猫精子比啮齿动物精子更接近人类精子，”Elliott指出。

“对老鼠进行了大量的工作，但是大鼠不一定是中心体遗传的良好模型，这可能会影响生育能力。这就是为什么我们认为家猫模型对人类来说比啮齿动物更好，这就是发现很重要，“她说。

该团队再水合精子的繁殖成功率为6.5%，而新鲜精子的生殖成功率为15%，活力降低，但仍可用于保存目的。再水化的精子不能运动，但这对于生产有活力的胚胎也不是至关重要的。

“当我们为了制造胚胎而干燥和储存样品时，我们不必拥有完整的精子，因为我们将使用再水合样品进行卵胞浆内精子注射，”Elliott指出。“你不必有尾巴，你不必拥有完整的精子头 - 你基本上是注射关键的精子成分。精子头部不一定要有很好的形状，但你必须确保某些关键成分是完整的，包括中心体。“

虽然这一发现是一个概念验证，但在开发和证明该技术方面仍有许多工作要做。Elliott指出，目前实现的干燥程度是否足够长，以便在没有任何冷藏的情况下长期保存，以及是否可以进一步干燥仍有待观察。一旦这些条件得到优化，就需要进行测试以确保胚胎能够成熟为健康的小猫。