米乐m6官方网站[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）制造技术研究部[研究部主任 Naoki Ichikawa] 生化过程研究组研究组组长 Kenichi Yamashita 和研究员 Mariaportia Nagata 开发了一种新的精液预处理技术，用于选择和收集高度健康的精子。 Koji]、佐贺县畜产试验站[南川不二雄所长]、国立农业食品研究机构[伊部时雄会长]、国立大学法人富山大学[远藤俊郎所长]、富山县农林水产技术中心[鹤山元典所长]等合作进行了示范实验精子活力，我们发现以蜿蜒方式游动的精子比以直线游动的精子具有更好的生育能力。
这一次，计算流体动力学计算8836_8848微信所开发的设备的微通道创造了一种特殊的流动，可以引导活动的精子，并允许精子根据其游动的方式进行分类。此外，还可以收集有利于受孕的高度健康的精子，其数量可用于人工授精。新开发的技术预计将有助于提高牛等牲畜的生育力。该技术的详细信息发表在2018年3月19日（美国东部标准时间）的《美国国家科学院院刊》(PNAS Plus)。
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开发出活动精子分选装置（左），通过该装置分选不同活动形态的精子（中上、下），
通过此设备收集的精子人工授精第一头小牛出生（右） |
在日本，大多数牲畜的饲养都是通过人工授精完成的。进行人工授精时，将已冷冻密封在吸管状容器中的精液解冻（解冻），并在适当的时间注入子宫内，对奶牛进行人工授精。近年来，已引入牛人工授精。受胎率正在下降，人们正在从广泛的角度进行各种实验研究，包括奶牛的身体状况和饲养管理，以提高繁殖力。
另一方面，在人类不孕症治疗中，通过去除失去活力或死亡的精子并收集活动活跃的精子来预处理精液和精子，但在牛等家畜的饲养中，通常直接使用含有不同活力和活力的精子混合物的冻融精液。另外，传统的活动精子采集技术，能够采集到的精子数量较少，难以采集。体外受精是有可能的，目前还没有可以直接用于治疗后进行人工授精的技术。
AIST 一直致力于开发提高畜牧业生产力和工作方式改革的技术，目标是牲畜的整个生命周期，例如使用物联网技术进行管理和节省劳动力。这次，我们开发了一项技术，重点是增加收集的精子数量，以有助于提高人工授精的受孕率，人工授精是家牛的主要繁殖方法，重点是牲畜一生中的繁殖。此外，为了明确活动精子的特性与生育力之间的相关性，我们进行了现场实验，调查精子的游动形状和人工授精时机引起的生育力变化，并进行了旨在改善精液以提高受孕率的研究和开发。
这项研究和开发处于基础阶段，是国家研究开发机构、日本科学技术振兴机构的研究成果部署项目、研究成果优化部署支持计划 A-STEP 可行性研究阶段、探索型研发项目“从解冻精液中轻松获取健康精子的技术开发（2012-2012 年）”的一部分（问题研究编号： AS242Z00784N），独立行政机构我们得到了日本学术振兴会科学研究资助金（B）研究项目“利用流体操纵技术的新型精子选择技术的开发和示范测试（2015-2019财年）”（项目研究编号：15H04585）的支持。该示范试验还得到了农林水产省委托项目“委托项目研究：开发通过提高生育力来提高牲畜终生生产力的技术（2015-2015财年）”的支持。
精子一开始并不具有受精能力，而是在女性生殖道内经历各种生化反应和运动力的变化才具有受精能力。这一系列的步骤被称为“生育力获得”，在这个变化过程中，运动形式（游泳方式）也会发生变化。在本研究中，我们的目的是阐明精子游动方式导致的生育力与家畜人工授精时机之间的关系，并明确改进繁殖精液以提高家畜生育力的方向。
首先，已知活动精子在一定条件下会向后运动，并且有许多尝试利用这种向后运动现象来收集活动精子。此外，已知有几种使用微通道收集活动精子的技术。因此，我们现在开发了一种精液预处理方法，无需使用泵等外部机器即可收集高度健康的精子。概览照片和图 1 中所示的“活动精子分选装置”是根据实际处理的精液量而开发的。该装置具有三个不同大小的圆柱形储液器，用于储存精液，中间储液器的底部装有新月形微通道，可产生吸引活动精子的流动，使精液通过每个储液器中液位高度的差异被泵送。从图1示意图的左侧开始，这三个储存器包含用于液体输送的培养液、处理前的精液和处理后的精液。当倒入培养液使得液位较高时，培养液被输送至另外两个储存器，但流速根据微通道的厚度和长度而变化。这个新月形区域的形状是使用计算流体动力学计算设计的，并且其内部的流动经过优化，可以不断地从侧面吸取精子，并仅将中心附近的非活动精子送回。从精子的运动情况来看，活动力差的精子被推后，而活动力好的精子则聚集起来，纷纷游入狭窄的通道。
在使用新开发的设备进行精液处理时，使用冷冻秸秆精液在 30 分钟的操作中可以收集大约 100 万个活动精子。采集的精子数量根据原始精液中精子的浓度和质量而有所不同，但用该装置采集的精子数量处于可以直接用于奶牛人工授精的水平。此外，通过改变液体表面的高度，可以调节液体输送的速度并选择精子通过微通道时的运动性（游动速度和形状）。这使得不仅可以选择精子运动的速度，还可以选择精子运动的类型，例如“直线游动”或“蜿蜒游动”。
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| 图1新开发的“活动精子分选装置”示意图（左上）和新月形结构内部的流动（右） |
用新开发的设备处理和收集的活动精子和未处理的精子DNA 碎片率如图2所示。处理前精子中的DNA碎片率约为7%，但处理后显着改善至约04%，证实可以收集具有高DNA完整性的精子。
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| 图2“活动精子分选装置”处理前后精子的DNA碎片率 |
接下来，为了定量评估精子的游动形状，我们使用精子活力分析仪测量收集的精子的运动轨迹，并使用测量值来显示唯一定义的精子游动形状。SMI指数（精子运动指数)'' 已计算。这个SMI指数的值越大，游动越直线，值越小，游动越蜿蜒。直线游动的精子寿命较早，而蜿蜒游动的精子寿命较晚。使用约100万个收集的活动精子进行人工授精，并比较受孕/未受孕（图3）。一般为女性发情行为被用作人工授精的时机，但以蜿蜒方式游动的精子往往更有可能怀孕。
这表明，为了提高生育能力和不孕不育治疗的效果，“收集看起来游得笔直、速度快的精子”不一定是最好的。相反，最好使用那些仅从游动方式来看似乎呈下降趋势的精子，从而提高生育能力。使用新开发的技术受孕后，母牛的妊娠进展和小牛的健康状况均正常。
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| 图 3 受孕/非受孕病例的 SMI 指数图 菱形符号表示每个组的以下属性。中心位置：每组的平均值，宽度：每组的样本数，高度：99% 置信区间，短水平线：如果每组的短水平线不重叠，则表明在 1% 置信水平下存在显着差异。
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基于这次获得的“具有可提高生育能力的活动模式精子”的知识，我们将继续开发收集大量此类精子的技术，并力争以目前标准形状的吸管状容器的形式进行大量生产。此外，低DNA碎片率和收集大量精子的能力对于体外受精是有效的，我们的目标是将其应用于体外受精和受精卵移植的基础技术，这被认为是下一代生殖技术。此外，我们的目标是利用该技术作为以精子为细胞的各种生化分析的预处理技术。