[发明专利]一种用于从未处理的精液中选择性分选高活动和形态正常的精子的微流体装置

说明书

提供微流体芯片用于从新鲜精液样品自分选具有高DNA完整性的高活动、形态正常的精子细胞。精子自分选微流体控芯片具有一个或多个入口腔室和精子收集出口腔室，并且通道的中间具有不同几何体和取向的各种微加工结构的特征，具有不同的周期和图案，例如，便于活跃且健康的精子进入出口腔室的微加工柱阵列。

发明领域

本发明涉及一种用于从未处理精液中分选高活动、形态正常和/或基因正常的精子的方法、装置和系统。

发明背景

人类不育是世界范围内的疾病，估计每年有8000万对夫妇受到影响。在发达国家，1-3％的新生儿是通过辅助生育怀上的，最常见的是体外受精 (IVF)和卵子胞质内单精子注射(ICSI)[1]。在不育原因中，三分之一是男性原因，并且许多此类情况采用辅助生育(ART)治疗[2,3]。虽然足够强有力以绕过人类不育，但辅助生育技术通常不会这样做，并且2014年美国每周期的活产率平均低于35％[4]。此外，ART可能会对后代产生包括如下的相关风险：(a)性染色体异常的风险增加，(b)基因组印记病的风险增加[5,6]，(c)出生缺陷的风险增加，以及(d)父系或母系不育问题的遗传[7]。尽管ART对许多夫妇有帮助，但其克服大部分人类不育的能力仍然有限。

当ART用于男性因素不育时，精子通常用传统的梯度洗涤或上游技术进行处理，以提高活动和形态正常的精子[8-10]。然后，通过ICSI，选择精子用于由训练有素的胚胎学家使用，训练有素的胚胎学家根据形态特征选择单个精子进行卵子注射[7,11]。其他可影响ART结果的精子性质(如胚胎质量、妊娠率和流产率)包括精子DNA染色质、或染色体完整性或突变或甲基化分析，并且这些在常规ICSI程序中并不考虑[12-13]。这引出了一个问题：是否ICSI技术绕过了精子重要且相应的自然选择障碍。

目前，没有可靠的方法非侵入性地评估可能与使用ICSI时成功受孕和分娩具体相关的精子性质。本发明解决了本领域的这些缺点。

发明内容

本发明提供从原始或未处理的精液自分选具有高DNA完整性的相对高活动或形态正常的精子细胞的方法和装置。

在一实施方式中，本发明提供在一端具有入口、在另一端具有出口的流体通道。柱结构的阵列在流体通达中周期性间隔开。相邻柱结构之间的间隔范围为1微米至250微米。将含有精子细胞的原始或未处理的精液引入流体通道的入口处。在出口处收集来自流体通道的分选精子细胞。所分选的精子细胞通过它们与周期性间隔开的柱结构阵列相互作用由它们自身的自诱导移动在流体通道内进行自分选，其中装置和自分选在不使用任何外部流动、力或机制的情况下进行运行、以进料原始或未加工的精子使其通过流体通道，并且其中，自分选在出口中输出与未处理精液的未分选精子细胞相比具有高DNA完整性的相对高活动、形态正常的精子细胞。

在另一实施方式中，本发明提供了流体通道，其具有用于将原始精子引入装置的一个或多个入口、以及在流体通道内周期性间隔开的一个或多个几何结构或障碍的阵列。相邻柱结构之间的间隔范围为1微米至500微米。

设计几何结构阵列，以使得当在阵列中发生精子的自诱导移动时，在不使用任何外部流动、力或机制的情况下进行精子自分选以进料原始或未加工的精子通过流体通道。这些几何结构可以是圆柱形、正方形、六边形或其他类型的棱柱，并且可以是裸露的或涂有任何类型的吸引或排斥精子细胞的化学物质。结构阵列可以是正方形、长方形、六边形或任意其它镶嵌细工图案(tessellating pattern)。

分选过程选择出与未分选精子细胞相比相对高活动、形态正常、或基因正常的精子细胞。使用一个或多个出口收集来自装置的经分选的精子。

入口、柱阵列和出口的设置可以是线形、圆形或其它设置。