再見了,避孕套!男性避孕新技術誕生,兩女生一作發頂刊,論文引國際關注

博士學者圈2019-03-23 21:17:44

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繼光照無創溶栓以及光照無損美白後,南昌大學在光健康材料領域再次實現技術突破。光健康新材料技術方向負責人王小磊教授以雞尾酒為靈感,率先開發出光控男性避孕技術相關論文在國際知名學術期刊ACS nano(影響因子13.709)中發表,南昌大學為論文的唯一通訊單位,同時也是唯一的專利持有單位,兩名在校研究生為該文第一作者。


該項技術的主要完成人員


在瞭解光控男性避孕技術之前

讓我們先來了解一下傳統的男性避孕技術吧

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男性避孕技術

男性避孕技術一直是世界公認的生物醫學難題,古斯塔夫阿道夫學院就曾在第53屆諾貝爾大會,對於這項全球範圍的技術挑戰,進行過專題研討。


男性避孕技術

被列為2017年諾貝爾大會的研討主題之一

美國的比爾蓋茨也曾經設立專項基金,鼓勵世界各地的科研機構解決這一難題。目前,雖然國際各大機構相繼提出了一些解決方案,但依舊存在成本較高,失敗風險大等問題,因此難以真正走向臨床。而且,值得一提的是,目前國際上較為認可的幾項技術提案,儘管都具備抑制精子活性的特點,但使用對象依舊是女性,不能稱之為真正意義上的“男性”避孕技術。


基於這一問題,我校王小磊教授從雞尾酒得到靈感,提出了一條全新的四層雙效光敏凝膠技術方案,從而在國際上率先實現了真正由男性使用的、兼具物理化學雙重效果的光照無損可逆男性避孕技術。


該項技術提出後,立刻引起諸多國際媒體的廣泛關注,美國科學促進會(AAAS,Science雜誌隸屬出版社),美國化學會(ACS),英國廣播公司(BBC),國際科學日報(Science Daily),生活科學(Live Science),等國際著名新聞媒體先後對於該項技術進行了專題報道。


來自《ScienceDaily》


同時,一些國際知名的專家學者也對於這項技術予以高度評價。例如美國加州國家靈長類動物研究中心(National Primate Research Center)生殖內分泌學和不孕不育科室的主任凱瑟琳·範·德沃特(Catherine VandeVoort)教授,她在接受Live Science訪談時指出:(南昌大學)近期利用近紅外光實現男性避孕的想法‘非常有吸引力’。 VandeVoort教授還告訴記者:這項技術的問世,意味著男人只需一次簡單的注射(就可以達到長效避孕的效果),而且,當他不再需要避孕時,還可以在無需二次手術前提下,隨時通過光照來達到目的


Catherine VandeVoort, the director of reproductive endocrinology and infertility at the California National Primate Research Center, who was not involved in the research, said that the idea of reversing male birth control with near-infrared light is "pretty appealing."

It means that a man would "need a nip in the scrotum and an injection, but when [he no longer wanted the contraceptive, he] could go in and have the light shown on it and wouldn't need another surgery," VandeVoort told Live Science.

來自《Live Science》


英國劍橋大學生殖生理學教授Bill Colledge 對於該項技術同樣予以了高度評價,他指出“目前,除了使用(一次性)避孕套或(永久性的)輸精管切除術外,男性避孕的選擇很少。中國的(王小磊)研究小組開發一種新的男性避孕方法,這項技術的新穎之處是其可逆性。雖然,以前也有一些研究小組試圖用類似的方法堵塞管道,但那些方法通常是不可逆的。而王小磊以雞尾酒為靈感開發的這種方法,我認為是非常非常新穎的(I think it's a very very novel and innovative approach),只需要通過簡單的光熱處理,就能方便的解除避孕”


在接受舊金山IFL Science西海岸編輯Kristy Hamilton採訪時,王小磊教授指出:這項技術的難點,在於如何實現注射劑在體內的自動變化:一開始,我們希望它是以液體形式存在的,這樣就可以方便的通過注射打入輸精管;進入輸精管之後,它又要馬上變成凝膠,這樣才可以有效的停留在正確的位置,並封堵遊動的精子。最後,當不需要避孕的時候,我們又希望它可以變回液體,這樣就可以方便的從體內排出,而不用再進行任何手術。” 


來自《IFL Science


1月29日,在接受劍橋大學英國廣播公司BBC 5 LIVE頻道記者Jenny Gracie電話採訪時,王小磊教授談到了有關本項工作的有趣故事:“這個項目剛開始的時候,如何才能實現可靠的無創可逆避孕,確實很讓我頭疼。還好,我有一個業餘愛好,就是喜歡出去自駕遊。偶爾休息的時候,也喜歡看自駕遊記,比如你們BBC曾經的Top Gear,還有我們國家的汽車之家以及蘿蔔報告。”




接下來讓我們來詳細瞭解一下這項技術吧!


 一·創意來源 


“該項技術的靈感,來自‘汽車之家’的一篇大理自駕遊記。”



王小磊表示,這個項目前後做了近三年,最初一年多的瓶頸期其實很煎熬。那時和鮑偉偉(論文共同第一作者)商量課題,也有想過降低技術標準,不用光照,而是通過再次手術或者微創注射來解除避孕;但心裡實在是不甘心。


幸運的是,那個時候,他剛好看到汽車之家編輯李昊鵬寫的一篇大理遊記,遊記的末尾提到了一種叫“星空”的雞尾酒:一開始層次分明,但攪拌(或者加熱)之後就會瞬間融於一體,並出現繁星點點的感覺。這段有趣的描述突然給了他靈感,隨後設計了一種類似結構的四層雙效光敏凝膠避孕體系,然後又經過一年多的實驗摸索與優化,在轉化醫學研究院、化學學院、生命科學研究院、基礎醫學院、生命學院等老師同學的共同努力下,這個想法終於得以實現。


 二·結構原理 


四層雙效光敏凝膠避孕體系的結構示意圖


四層雙效光敏,名字有點長,但機理其實不復雜,最下面一層是可以物理阻隔精子的水凝膠(可以把它理解為比較黏的果凍,精子是難以在這裡遊動的),中間層是這個凝膠的溶解劑EDTA(還兼顧抑殺精子活性的作用),在EDTA的兩端,我們用含金納米顆粒的溫敏層進行封堵。這樣,在經過局部紅外照射後,首先體內的金納米顆粒響應升溫,溫敏層被融化,EDTA開始接觸並溶解底層的凝膠,最終整個體系全部變成液體,排出體外。


 三·協作完成 


(一)

“光照可逆避孕技術由南昌大學校內的五個單位協力完成。”



本項技術是我校校內轉化醫學(辛洪波)、生殖學(曾旭輝)、生物學(鄧柯玉)與化學材料(王小磊)交叉融合的一次成功案例。


王小磊,南昌大學贛江特聘教授,博導,九三學社青工委委員,百千萬人才,青年井岡學者,2009年畢業於中科院長春應化所(導師楊秀榮院士),現任南昌大學轉化醫學研究院(南昌大學生物工程藥物及其技術國家地方聯合工程研究中心)院長助理,南昌大學光健康新材料技術國家雙一流學科特區方向負責人,現已在Advanced Materials (IF=21.9), ACS Nano (IF=13.7), Advanced Functional Materials (IF=13.3)等SCI國際期刊發表一作或通訊作者論文31篇,申請專利12項。

鮑偉偉(南昌大學轉化醫學研究院,生物材料實驗室碩士研究生):避孕作為人類生存與發展的重要課題,一直深受學者的關注。從全世界範圍看,女性承擔了主要的避孕責任,而人流,輸卵管結紮等避孕方式對女性的身體健康都會產生不利的影響。因此,男性同胞們應該主動站出來,承擔起避孕的責任。使用避孕套雖然能提供一次性的避孕,但存在較高的失敗率;輸精管結紮雖能長期避孕,但是手術後男性也基本失去了生育功能,因而難以普及。與其他避孕方式相比,我們的水凝膠材料具備安全有效,避孕時長可控,以及無創復孕等諸多優勢。因此,這種新型水凝膠避孕方式在未來有望造“福”人類。

另外,從實驗操作來說,這項課題相關的動物實驗其實也是比較有技術含量的。因為老鼠的輸精管其實非常細小,直徑不到1mm,想要準確的把藥物打進去,真的是不太容易(一些國際專家也曾特意來信詢問我們的相關技術細節),還好我們研究院有省內一流的模式動物中心(負責人 鄧柯玉教授),尤其是心靈手巧的謝琳師姐,在實驗操作方面,給了我很多幫助。


謝琳(南昌大學轉化醫學研究院,轉基因動物中心博士研究生):和王教授的這次非常愉快的跨學科合作,帶我走進了水凝膠的神祕世界。水凝膠實際上是一種親水性的高分子,通過物理或者化學方式進行交聯,在吸收了大量水分之後形成水凝膠。實際上,天然高分子在自然界中廣泛存在,我們研究中使用的海藻酸,就是從海藻中提取的。水凝膠材料來源廣、種類多,除了天然高分子,也可以人工合成,將其應用於生物醫學領域將大有可為。2013年,水凝膠材料被首次報道應用於軟骨修復手術,美國約翰·霍普金斯大學醫學院報告稱水凝膠能幫助病人產生新的軟骨,而且大大降低術後疼痛。隨後有報道將水凝膠用於減少炎症和修復組織的研究,而將新型水凝膠材料運用到男性避孕中,在國際尚屬首例,不得不佩服王教授的神奇“腦洞”,以及最終將想法付諸實踐的執著。


(二)

“該項工作的第一完成單位是南昌大學轉化醫學研究院(南昌大學生物工程藥物及其技術國家地方聯合工程研究中心)。”



南昌大學轉化醫學研究院(南昌大學生物工程藥物及其技術國家地方聯合工程研究中心)成立於2009年12月,是江西省人民政府與南昌大學共建的高水平研究機構,是集基礎醫學研究、臨床研究和產品研發為一體,面向全省的高水平研發基地。研究院現擁有約10000平方米的實驗空間和超過4000萬人民幣的先進儀器設備,先後獲批為六個國家級與省部級重點實驗室或工程技術中心。



南昌大學轉化醫學研究院生物材料實驗室,是我校光健康新材料技術國家雙一流學科的特區的主要建設單位,是由我校的多個優勢基礎學科(材料學,化學,生物醫學,工程學)與我校四家三甲附屬醫院共同組建的多學科交叉的研究團隊,主要研究各類可見光源以及光響應納米材料在生物醫學領域的應用。


來源 |南昌大學、王小磊教授科研團隊,中外學術情報


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