《Nature Communications》：Reconstitution of spermatogenesis and continuous generation of functional haploid germ cells in mouse testicular organoids
编辑推荐：
为了解决功能性睾丸类器官模型的缺失问题，研究人员开展了一项关于睾丸类器官构建与功能的研究。他们开发了一种“形成-分化”培养策略，成功构建了优化的睾丸类器官（O-Torgs）。该模型不仅能支持完整的精子发生过程，还能持续产生有功能的单倍体生殖细胞长达三个月，并成功获得了可育的F2代小鼠。这项研究为男性不育症建模和药物筛选提供了强有力的工具。
在生命科学研究领域，体外构建能够完全模拟人体器官复杂结构和功能的“微型器官”——类器官，一直是科学家们追求的圣杯。尤其是在生殖医学中，一个能够真实再现精子发生全过程的睾丸模型，对于理解男性生育机制、探究不育症病因以及开发新型疗法至关重要。然而，此前的技术始终面临一个核心挑战：体外培养的睾丸类器官往往难以支持生殖细胞完成从精原干细胞到功能性精子（即单倍体细胞）的完整发育历程，更无法实现这一过程的长期维持。这就像试图在培养皿中建造一座功能齐全的“精子工厂”，但流水线总是卡在半路，无法持续产出最终产品。正是为了攻克这一难题，一项发表于《Nature Communications》的研究应运而生，旨在建立一种能够长期、稳定支持完整精子发生并产生有生育力后代的睾丸类器官新体系。
为开展这项研究，作者主要运用了类器官构建与培养技术，其样本来源于新生小鼠的原代睾丸细胞。在此基础上，研究整合了组织学分析（如免疫荧光染色）、分子生物学检测（如qPCR、Western blot）、功能学验证（如激素分泌测定）以及动物模型（如利用白消安诱导的不育模型）等多种技术手段，系统评估了所构建类器官的结构、功能及应用潜力。
结果
优化睾丸类器官的构建与表征
研究人员开发了一种“形成-分化”两步培养法，成功构建了优化的睾丸类器官。与常规方法相比，此方法形成的O-Torgs在结构上能更好地模拟体内生精小管的形态发生，并促进了支持细胞（Sertoli cell）的成熟及睾酮分泌功能。
O-Torgs支持完整且长期的精子发生
研究核心发现是，O-Torgs不仅能启动精子发生过程，更重要的是能够长期维持未分化精原干细胞的增殖，并持续产生有功能的单倍体生殖细胞（如圆形精子细胞），这一过程可稳定维持长达三个月。通过辅助生殖技术，由这些单倍体细胞发育而来的后代小鼠生长健康，并具备正常的繁殖能力，可延续至F2代。
形成阶段胞外基质微环境的关键作用
机制探究发现，类器官构建的“形成阶段”对于后续精子发生至关重要。该阶段促进了一种更有利于生殖细胞发育的胞外基质（ECM）微环境的重建，从而为生精小管样结构的形成和精子发生的顺利进行提供了基础。
O-Torgs在疾病建模与药物筛选中的应用
研究人员证明了O-Torgs具有良好的转化应用价值。利用白消安诱导的生殖细胞丢失模型，O-Torgs成功模拟了男性不育症表型。进一步的药物筛选表明，化合物BTT-3033能有效保护生殖细胞免受白消安损伤，提示其作为一种潜在不育治疗药物的可能性。
结论与讨论
本研究成功建立了一种通过“形成-分化”策略制备功能性小鼠睾丸类器官的方法。所获得的O-Torgs首次实现了在体外长期、稳定地支持包含干细胞维持、完整精子发生和功能性单倍体细胞产生在内的全过程，并能获得可传代的可育后代，这标志着睾丸类器官研究领域的一项重大突破。该模型不仅为深入研究精子发生的生物学机制、特别是生殖干细胞微环境和分化调控提供了前所未有的体外研究平台，其强大的疾病模拟和药物筛选能力，也为男性不育症的病理研究、新药发现和个体化治疗策略的开发开辟了新的途径。研究所鉴定的潜在药物BTT-3033也展现了其临床转化前景。总之，这项工作构建了一个功能强大的睾丸类器官系统，为男性生殖健康研究与临床转化提供了极具价值的工具和新的希望。
