第三种男性避孕方法？中国科学家研发“磁控纳米避孕”新技术，将小鼠生育幼崽可能性至少降低30天 | 专访

继避孕套和输精管切除术之后，第三种可能的男性避孕方法诞生，它就是“磁控纳米避孕”。

时隔 7 年，继江苏南通大学医学院院长、原中国科学技术大学生命科学学院孙斐教授于 2013 年首次提出“纳米避孕”概念并被 Nature Materials 报道后。

2021 年 7 月，孙斐教授斩获新突破，其带领团队实现了磁热、可逆、无创靶向的男性避孕方法。

 图 | 磁热、可逆、无创靶向的男性避孕方法（来源：受访者）

在 2013 年的研究中，孙斐教授团队曾展示了利用金纳米棒的光热效应抑制精子发生实现雄性可控避孕的研究。

在此前研究中，通过近红外 (NIR) 照射注射有金纳米棒的睾丸，该团队实现了可控的雄性避孕。

当时这一具有带头作用的研究，也促使更多学者广泛使用睾丸原位注射纳米材料的光热效应开展避孕研究。

 

然而，在临床应用上，该研究仍面临三方面制约：其一，对睾丸进行原位注射，疼痛感较强；其二，近红外诱导会让人体体温过高，因此会让皮肤严重受损；其三，此前研究中，参与受测的大多数纳米材料都无法生物降解，如果用在生物体上，可能会引起潜在系统毒性。

因此，为男性避孕建立有效、无创和安全的热疗方法仍然是一个巨大的挑战。

世界卫生组织（WHO）曾表示：“有明显的证据表明投资于避孕能挽救生命、促进两性平等和提升经济发展。每投资一美元用于现代避孕以及高质量孕产妇和新生儿保健，就会带来约 120 美元的回报。”

对于长效、可逆的避孕药具，女性已经有多种选择，比如植入物、宫内节育器和激素治疗等。但目前男性的大多数选择要么是一次性避孕套，要么是难以逆转输精管切除术。而磁性纳米材料有望成为第三种避孕选择。

因此，安全、可控、无创的男性避孕方法，和每个家庭的幸福指数息息相关，甚至还可帮助控制家庭宠物数量、以及畜牧业性别的筛选。

将小鼠生育幼崽的可能性降低 30 天

基于此，孙斐教授在此前基础上，开发出一种利用可生物降解的磁性氧化铁纳米材料，通过静脉给药，即可实现安全有效的雄性避孕新方法。实验表明，该方法至少有望将小鼠生育幼崽的可能性降低 30 天。

图 | 通过睾丸注射给药对小鼠模型进行热避孕治疗的示意图；(b) 注射 PEG@Fe3O4-50 的小鼠睾丸的热红外图像；(c) 随时间测试处理小鼠的温度（来源：受访者）

近年来，氧化铁纳米颗粒（IONPs) 因具备独特的磁靶向能力和磁热疗能力，已成为肿瘤治疗和靶向药物递送的新兴治疗诊断平台。

良好的生物降解性也是氧化铁纳米颗粒的主要优点，进入体内之后，它可被体内溶酶体降解释放铁离子，最后会被生物体代谢。

热是一种 “天然避孕药，雄性哺乳动物通常有一个悬垂的阴囊，以保持睾丸凉爽。众所周知，男性的睾丸需要保持凉爽才能正常工作，而穿着太紧的裤子或内衣会导致体温升高，从而导致男性精子数量减少。

基于此，在氧化铁纳米颗粒优异的理化特性启发下，该团队提出了这种可静脉注射的无创、靶向的雄性避孕新策略。

借助此前“纳米避孕”概念以及氧化铁纳米颗粒的出色理化性质，孙斐教授团队利用氧化铁纳米颗粒的磁靶向性、磁热效应和可降解性，分别测试了聚乙二醇（PEG）和柠檬酸（CA）修饰的氧化铁纳米粒子在雄性避孕中的应用。

该团队还发现，氧化铁纳米颗粒的磁性特征和睾丸靶向性，与其表面的化学修饰和粒径密切相关。比如说，当给睾丸注射粒径尺寸为 50nm 的聚乙二醇修饰的氧化铁纳米颗粒（PEG@Fe3O4-50）时，再施加交变磁场即可实现雄性避孕。不过难题在于，尽管聚乙二醇包覆的纳米粒子可被加热到更高温度，但不易被磁铁导航。

深入研究之后，他们团队发现，在静脉注射结合外部磁场导航的条件下，粒径尺寸为100nm的、经柠檬酸修饰的氧化铁纳米颗粒（CA@Fe3O4-100），是无创避孕的最佳理想热剂。

 

随后，该团队把柠檬酸修饰的纳米颗粒，连续两天注射到小鼠血液中，并借助磁铁导航把纳米材料靶向至睾丸，并在其睾丸区域施加 15 分钟的交变磁场 。

图 | (a) 通过静脉给药对小鼠模型进行无创避孕治疗的示意图。(b) 分别在 0、3、10 和 15 分钟时显示 IONP 磁捕获的照片。(c) 在输出电流为 30 A 的 AMF (403 kHz) 下不同时间间隔处理小鼠的热红外图像（来源：受访者）

结果发现，当氧化铁纳米颗粒把小鼠睾丸加热到 40℃ 时，小鼠睾丸会出现萎缩，睾丸体积明显减小，精子发生被抑制，最终让小鼠在治疗后暂时失去生育能力，但这种效果在 30 到 60 天后自然逆转。

 

此外，该方法并不会完全破坏小鼠的生育能力。对细胞来讲，氧化铁纳米颗粒不仅无毒、而且还具备生物降解性，在小鼠接受处理 1-2 月后，这种纳米颗粒会在体内被代谢排出，此时小鼠又会慢慢恢复生育能力。实验表明，在处理后第 60 天时，参与实验的小鼠们已恢复每只妊娠雌性大约 12 只幼崽的生育能力。

图 | (a) 用普鲁士蓝染色的睾丸横截面， (b) 在第 7、30 和 60 天拍摄的睾丸照片；H&E 染色 (c) 睾丸和 (d) 附睾横截面在 7、30 和 60 天；(e) 治疗后 7 天和 60 天小鼠的生育能力（来源：受访者）

最先有望应用在畜牧业上

概括来说，氧化铁纳米材料具备可生物降解的特质。再结合磁场导航和磁热效应，即可实现男性避孕。未来通过静脉注射，更多有避孕需求的男性有望使用这种靶向、无创的雄性避孕新策略。

 

该技术的另一种可能性应用是在畜牧业中，使牲畜饲养员能够有选择地管理他们的动物繁殖的频率。但不可避免地，重点将落在人类可能的应用上，从而为永久性输精管切除术以及避孕套提供替代方案。

据悉，相关论文以《磁性睾丸靶向和磁性热疗通过静脉给药进行无创、可控的男性避孕》（Magnetic Testis Targeting and Magnetic Hyperthermia for Noninvasive, Controllable Male Contraception via Intravenous Administration）为题发表在 Nano Letters 上。江苏南通大学医学院学院青年教师丁伟华博士和博士生陈志川为共同第一作者；孙斐教授和丁伟华博士为共同通讯作者。

图 | 相关论文（来源：受访者）

谈及关于该研究的下一步计划，孙斐教授告诉 DeepTech：“将来会继续探究更便捷有效的无创雄性避孕方法。”

 

二十多年来，孙斐教授始终活跃在生殖健康临床一线和相关科研一线。2006 年至 2016 年十年间，他分别在中国科学技术大学生命科学学院和上海交通大学医学院附属国际和平妇幼保健院担任教授，2016 年末来到南通大学担任该校医学院院长、教授、主任医师、博士生导师。

其研究方向主要是男性不育发生的分子遗传学机制、以及配子形成过程中减数分裂机制及调控。截止目前，已有 14篇论文分别被相关期刊选作封面。

图 | 孙斐（来源：资料图）

他不仅关心如何避孕，也关心如何怀孕。此前，他还和团队牵头了《精子发生的调节机制》项目，并入选国家卫计委组织的国家重点研发计划 “生殖健康及重大出生缺陷防控研究” 重点专项。

图 | 项目入选国家卫计委组织的国家重点研发计划 “生殖健康及重大出生缺陷防控研究” 重点专项（来源：受访者）

该项目旨在从源头上发现和阐明精子发生障碍所导致的男性不育症发病机制，从而给诊治提供理论依据，最终帮助更多家庭实现生儿育女的天伦之乐。

谈及自己从事的研究方向，孙斐教授表示：“我们关注于男性生殖健康的两个方面， 第一，就是不想生，也就是避孕， 因为目前主要是女性避孕，男性避孕的方法非常少，包括传统的避孕避孕套，和输精管结扎避孕。女性除了承担生育的痛苦，还要承担避孕的负担，因此发展男性避孕技术，也是一个重要的研究方向。 第二，想生生不了，也就是不 育， 在不育的育龄期夫妇中，男性不育因素占 50%，因此我们从精子发生的机制方面，进行深入研究。不育，就是个天然的避孕模型，对不育的研究，实际上为避孕提供了一个前提。所以说，我们研究的两个方向是互相对应，互相支持，同步的研究，它覆盖了男性生殖健康的两个主要方面，不育和避孕。

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专业审核：邱雨佳