[发明专利]一种从精液样本中分离精子的装置和方法

说明书

本发明提供了一种用于从精液样本中分离活动精子的装置和方法，该装置包括用于接收精液样本的入口储液器；用于收集从样本中分离的精子的出口储液器；以及至少一个但优选多个设置在入口储液器和出口储液器之间的微通道，以提供两个储液器之间的液体连通，该微通道包括至少一个壁，该壁限定了边界表面，精子沿着该边界表面导向出口储液器；并且其中该至少一个壁具有至少一个表面结构，该表面结构选自诸如一个或多个凹部、凸部及其组合，该表面结构在微通道的至少一部分长度上延伸，从而提供至少一个额外的边界表面，活动精子沿着该边界表面向出口储液器行进。

技术领域

本发明涉及一种用于从精液样本中分离精子的装置和方法，尤其涉及用于从分离的精子中选择具有预定特征的精子的装置和方法。

背景技术

精子筛选是辅助生殖技术(ART)的重要组成部分，对于生殖治疗的成功率和胚胎的健康都有很大影响(Davies，2012年和Mcdowell，2014年)。生殖治疗和生物学的大部分焦点都围绕着卵子获取和胚胎培养，然而自从1973年成功实现体外受精(IVF)以来，雄配子的健康及其分离策略的重要性就被严重低估了。

最近有研究(Oseguera-López，2019年和Sakkas，2015年)描述了精子在传递第二组染色体之外，其重要且复杂的作用。然而，目前的临床精子筛选技术(其中最常用的是密度梯度离心(DGC)和上游法(SU)自1978年以来几乎没有创新。这些方法中的一些受到许多限制，例如一些方法会引入活性氧，耗时且成本高。精子筛选过程也很大程度上依赖于胚胎学家的技术和非标准化的操作方案，这样通常就导致在不同操作者之间的体外受精成功率存在差异(Kashaninejad，2018年)。这种差异在精子处理阶段最为明显，该阶段通常包括三次或更多次梯度离心、细胞重悬和精细等分(世界卫生组织，2010年)。

现有的微流控精子筛选策略仍然只是复刻了DGC和SU技术，在通量或选择性方面没有明显优势。目前使用的这些技术绕过了自然条件下的精子筛选过程，主要根据精子的活动力或形态来选择精子，而忽略了其他可能更重要的因素，例如DNA完整性、精子凋亡程度和质膜成熟度。事实上，DGC和SU都无法降低精子DNA碎片化(sDF)，甚至在某些样本中会导致精子DNA碎片化(Robinson，2012年和Oleszczuk，2013年)。

DGC和SU技术中存在这种缺陷的原因在于：它们在离心过程中往往会产生活性氧，研究表明，这些活性氧可能通过氧化DNA加合物和使DNA碎片化而损害精子功能(Rappa，2016年和Aitken，2013年)。由于这些精子筛选技术会对精子造成损害(Esteves，2015年；Muratori等，2016年，2019年)，并且在很大程度上取决于技术人员在选择精子方面的经验，这使得该过程容易出错，直接影响到受精率。在2012年，澳大利亚的临床成功率仅在4％至30.9％之间(Wade，2015年)。此外，这使得选定的精子有可能出现形态正常、适合体外受精(IVF)但存在明显DNA损伤的风险。尽管这些技术得到了广泛的应用(特别是DGC)，但近年来人们已经从认可其适用性转变成意识到其不足之处。

在其他当前技术中，由于样本(例如通过睾丸手术获得的样本)有时间限制，无法进行实际的精子分离，而只是进行精子纯化。精子纯化过程通常更为耗时；从睾丸样本中筛选精子是一项人工操作，通常需要2-3个小时，并且只能清除精子中的精浆(世界卫生组织，2010 年)。

这意味着这种精子制备方法和当前其他的精子制备方法可能无法从样本中挑选出最有生育能力的精子。DGC通常在30分钟内从0.5mL的原始精液中选出多达约36％的精子群，而上游试验通常在1小时内从1mL的精液中选出约12％的精子群，使得精子活动力分别提高 18-19％和5％(世界卫生组织，2010年)。