不孕症是一个日益严重的全球健康问题，具有重大的心理、社会和经济影响，根据世界卫生组织的数据，影响着全球超过1.85亿人；澳大利亚约有六分之一的夫妇受其影响，每22个孩子中就有一个是通过辅助生殖出生的。由于失败率高达78%，每个试管婴儿周期都可能是一场情感过山车，往往以心碎告终。男性不育仅占全球不孕病例的30%。确保高质量的精子选择对辅助生殖的成功至关重要，因为它是影响辅助生殖治疗成功的因素(ARTs)。精子质量差与出生缺陷、低胚胎受精率、低胚胎质量和低着床率的风险增加相关，并与体外受精(IVF)后的活产率呈负相关。悉尼科技大学生物医学工程学院的Majid Warkian教授说:“男性不育在大约30%的病例中起着作用，原因是精子数量低、运动能力下降或精子质量差等问题。”“虽然围绕选择卵子和胚胎来提高体外受精成功率已经做了很多工作，但精子选择作为辅助生殖的重要组成部分，是迄今为止在技术创新方面最被忽视的一步。”

精子选择是所有辅助生殖治疗(ARTs)的重要组成部分，也是迄今为止在技术创新方面最被忽视的一步。传统的精子选择金标准技术包括密度梯度离心(DGC)和游动(SU)，这些传统技术绕过了天然的精子过滤器，忽略了DNA完整性和精子凋亡等重要因素。事实上，基于离心的选择方法可能会在某些样本中诱导精子DNA碎片化(sDF)——精子细胞中的遗传物质以DNA碎片的形式被严重破坏，已被证明会使流产的风险增加3.94倍，导致试管婴儿周期不成功。为了解决这个问题，来自UTS和NeoGenix Biosciences (UTS诞生的初创公司)的研究人员创建并测试了一种基于运动的行为机制的微流体精子选择设备，为选择高质量精子提供了更可靠的过程。这种新技术解决了过往难于操作等复杂性，能在15分钟的时间内及时提供高质量的精子——仅为传统SU所需时间的四分之一，显著减少了胚胎学家的任务时间和精子必须在体外度过的时间，而且使用简单性能一致，有望帮助因男性生育问题而接受体外受精(IVF)的夫妇增加生育成功的几率。

这项新技术是一种3D打印的、受生物学启发的微流控精子选择设备(MSSP)，利用多种方法来模拟自然精子在生殖道的选择过程。精子可以单独通过运动边界跟踪、或结合凋亡精子捕获来选择。3D打印创建了一种分层的脊状图案让精子通过，根据精子的运动性和边界跟随行为进行选择从而最大限度地从原始人类精液中回收健康精子的产量。由于原始精液中早期凋亡精子细胞的比例已被证明达到20%以上，凋亡的发生是一种基本机制，以消除由于应激而产生的不需要的细胞，特别是有遗传缺陷的细胞。在不育男性特别是那些不明原因的男性中，精子中凋亡精子的存在更为普遍，凋亡精子也更频繁地出现DNA碎片化，这是精子质量和未来胚胎质量的一个关键性能指标。

作者考虑通过使用Annexin V标记和去除凋亡精子。Annexin V(AAV)是一个凋亡标记物，能结合凋亡细胞外化的磷脂酰丝氨酸。过往经验中，磁式细胞分选(MACS)等技术可通过Annexin V结合去除发生凋亡的精子细胞，但它们仅作为常规DGC或SU技术的辅助手段存在。MACS本身已被证明对分选精子种群的整体质量几乎没有影响，但在DGC或SU后使用已被证明是有效的。与传统方法相比，MACS分选的精子已被证明对怀孕率和精子冷冻存活率有有益的影响。然而，使用MACS大大增加了精子制备所需的时间、设备和人工干预，使得这种方法对诊所的吸引力降低。因此，作者将凋亡标记物Annexin V的表达选择与运动精子选择结合在一个平台上，可以在不降低临床效率的情况下进一步提高精子质量。

新方法与现有方法相比，回收活力精子的浓度提高68%，精子DNA碎片和凋亡的发生率更低。来自MSSP的精子在低温保存后也表现出比SU或净化精子有更高的活力精子回收率。与使用人类精液的传统SU方法(n = 33)平行实验表明，DNA完整性提高了85%以上，精子凋亡平均减少了90%。该平台快速且易于使用，可模拟生殖道在受孕期间的生物学功能——在这个过程中只有一小部分强健的精子能够到达卵子。“我们对传统的试管婴儿选择方法进行了广泛的测试，新方法显示DNA完整性提高了85%，精子细胞死亡平均减少了90%。通过我们的方法选择的精子在冷冻后也表现出比传统方法更好的恢复能力。”

研究结果最近发表在《自然：微系统与纳米工程》杂志上。研究人员已与莫纳什大学和澳大利亚试管婴儿诊所合作，将这项技术应用于临床实践。他们希望该设备能够为那些与不孕症作斗争的人提供帮助，并提高试管婴儿的成功几率。

编译：vivian