# 体外配子发生（IVG）与生殖合成生物学

完全在体外由重编程干细胞获得功能性人类卵子和精子，旨在逆转绝对不孕并实现基因组校正的胚胎。

Source: https://cn.bioecon.ru/technology/in-vitro-gametogenesis-reproductive-synbio/
Updated: 2026-08-18



## 概述与价值链

标记：[EC：人类胚胎研究与转基因生物监管 | OECD：bio-pharma | 监管机构：FDA（美国）、EMA（欧盟）、NMPA（中国）]

体外配子发生（IVG）技术可完全在体外由诱导多能干细胞（hiPSC）——通过重编程患者自身皮肤或血液细胞获得——生成功能性人类卵子和精子。目前最接近市场的临床产品是Gameto公司的Fertilo平台，已将传统体外受精（IVF）卵子成熟所需的14天激素刺激周期压缩至约3天的体外成熟，该技术已获FDA许可进入美国III期临床试验，相关已发表队列纳入67名受试者。完全从头IVG——将皮肤活检直接转化为可受精卵子、完全无需供体卵母细胞——仍处于临床前阶段，但多家风险投资支持的实验室已报告由干细胞直接衍生的早期卵子样细胞。该领域的核心技术瓶颈是重建性腺微环境：人类生殖细胞无法自主成熟，需要与支持性体细胞（颗粒细胞/支持细胞）保持持续紧密接触以获取营养和激素信号，因此大多数研究团队将重编程的生殖细胞置于3D水凝胶"人工卵巢/睾丸"支架中共培养，而非自由悬浮培养。

体外配子发生与生殖合成生物学的关键方向：
1. **逆转绝对不孕：** 为完全丧失自身功能性生殖细胞的患者——因化疗、性腺切除、卵巢早衰或特纳综合征、克兰费尔特综合征等疾病——提供具有遗传血缘关系的配子。
2. **同性及单亲生殖：** 将一方父母的体细胞转化为互补类型的配子（例如将男性XY细胞转化为卵子前体XX细胞），使同性伴侣或单身人士能够拥有携带双方遗传物质的亲生孩子。
3. **基因组校正胚胎（CRISPR + IVG）：** 在hiPSC分化为配子之前，于干细胞阶段对致病突变进行一次性修正，而非在每个后续胚胎中分别修正。
4. **人工性腺微环境工程：** 构建3D共培养系统和类器官"迷你性腺"，为生殖细胞完成减数分裂和成熟为具备受精能力的配子提供必需的体细胞信号。

### 行业价值链

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[ hiPSC / 体细胞 ] ──> [ 原始生殖细胞样细胞（PGCLC） ] ──> [ 性腺微环境重建 ]
                  │                                    │                                    │
        （重编程因子）                        （表观遗传擦除）                     （3D共培养，卵母细胞）
                                                                                             │
        [ 受精（IVF/ICSI） ] <─── [ 体外成熟（IVM） ] <───────────────────────────────────────┘
```

### 价值链层级

| 层级 | 描述 | 关键输入/输出 |
|:---|:---|:---|
| **1. 细胞来源（重编程）** | 提取患者成纤维细胞或血细胞，转化为hiPSC细胞系，必要时对已知突变进行CRISPR修正。 | **输入：** 皮肤/血液活检、山中因子、CRISPR-Cas9。<br>**输出：** 基因特征明确的hiPSC细胞系。 |
| **2. 原始诱导（PGCLC）** | 将hiPSC在低黏附悬浮聚集体中分化为原始生殖细胞样细胞（PGCLC）。 | **输入：** hiPSC、生长因子（BMP4、LIF、SCF）。<br>**输出：** PGCLC聚集体（生殖细胞前体）。 |
| **3. 表观遗传擦除** | 擦除由体细胞供体携带的表观遗传印记/甲基化，模拟自然生殖系发育路径。 | **输入：** PGCLC、甲基化抑制剂。<br>**输出：** 表观遗传"重置"的生殖细胞前体。 |
| **4. 微环境重建** | 通过将PGCLC与性腺体细胞在水凝胶基质中共培养，构建人工卵巢/睾丸。 | **输入：** PGCLC、性腺体细胞、水凝胶支架。<br>**输出：** 卵泡样或曲细精管样3D类器官。 |
| **5. 体外成熟（IVM）** | 在促性腺激素信号作用下配子的最终成熟——卵子至第二次减数分裂中期，或生殖细胞至成熟精子样状态。 | **输入：** 卵泡/曲细精管类器官、促性腺激素（FSH/LH）。<br>**输出：** 具备受精能力的成熟配子。 |
| **6. 受精与筛查** | 通过ICSI使获得的配子受精，培养至囊胚阶段并在移植前对胚胎进行筛查。 | **输入：** IVG来源配子、ICSI/培养基。<br>**输出：** 经筛查、可供移植的胚胎。 |

该行业的跨领域技术：
- **PGC样细胞（PGCLC）诱导：** 将hiPSC转化为原始生殖细胞需要严格计时地施用BMP4/LIF/SCF细胞因子组合，激活生殖系基因程序（*BLIMP1、TFAP2C*）。
- **性腺微环境共培养：** 由于减数分裂离不开体细胞支持，PGCLC与性腺体细胞共同嵌入3D水凝胶基质中，使生殖细胞与支持细胞保持紧密的物理接触。
- **XY→XX染色体重编程：** 一种性别转换技术，最早在小鼠中得到验证：自发丢失Y染色体的XY细胞经化学诱导使剩余X染色体复制，产生功能性XX细胞。

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## 美国

美国是IVG商业化的中心，风险投资支持的初创企业正竞相成为首个将干细胞衍生产品推进FDA审批流程的公司。

### FDA突破性审批通道、风险投资支持的IVG初创企业、同性生殖研发
- **Gameto：** 其Fertilo平台使用源自hiPSC的工程化卵巢支持细胞，在约一天的共培养内于体外使卵子成熟，将IVF/冻卵周期从约14天缩短至3天；该技术已获FDA IND许可并进入美国III期临床试验，公司已报告首例使用Fertilo成熟卵子诞生的活产婴儿。
- **Conception Biosciences：** 致力于将hiPSC——包括由血液样本重编程获得的细胞——分化为早期人类卵子细胞和迷你卵巢结构，旨在无需供体卵母细胞的情况下消除与年龄相关的生育障碍。
- **Ivy Natal：** 一家早期阶段初创企业，致力于XY→XX细胞重编程，使同性伴侣能够拥有携带双方遗传物质的孩子，无需供体卵子或精子。

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## 中国

中国目前尚无经证实的专门从事IVG的企业，但拥有全球规模最大的临床IVF基础设施，以及不断扩大的干细胞/生殖生物学研究基础，未来该领域的技术转化将建立在此基础之上。

### 大规模临床IVF基础、国家重点生殖生物学实验室、转化研究
- **临床IVF规模：** 包括北京大学第三医院在内的中国高校附属生殖中心，运营着亚洲规模最大的IVF项目之一，为未来IVG方案提供了异常庞大的潜在患者和试验基础。
- **干细胞与生殖生物学国家重点实验室：** 设于中国科学院动物研究所，是中国在生殖与干细胞生物学研究领域的主要国家级研究基地。
- **政策顺风：** 出生率下降已使生殖技术研发成为政府明确的研究优先事项，尽管目前NMPA尚未建立IVG临床审批路径。

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## 欧盟

欧盟的贡献集中于减数分裂基础研究而非商业化，一端是监管较为宽松的英国监管机构，另一端是欧洲大陆一些全球最严格的胚胎保护法律。

### Hayashi系减数分裂研究、HFEA许可、胚胎保护法
- **九州大学（Hayashi实验室）：** XY→XX染色体重编程技术的学术发源地，持续开展重建生殖细胞与性腺发育以实现体外配子生产的研究，成果发表于Nature系列期刊及Science，并与欧洲实验室展开合作。
- **HFEA（英国）：** 英国人类受精与胚胎学管理局是欧洲监管最为宽松的生殖技术监管机构，已批准线粒体捐赠（"三亲婴儿"）疗法并对研究性胚胎基因编辑实施严格管控，使其可能成为未来临床IVG许可的首个推行者。
- **德国与法国：** 两国的胚胎保护法均明确禁止对生殖系基因组的操纵及破坏性胚胎研究，促使欧盟内相关团队将重心转向动物模型减数分裂研究，而非人类IVG。

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## 领先企业与科研机构

| 企业/机构 | 国家 | 主要产品/平台 | 技术特点 | 2026年状态 |
|:---|:---|:---|:---|:---|
| **Gameto** | 🇺🇸 美国 | *Fertilo*（卵巢支持细胞IVM平台） | 源自hiPSC的卵巢支持细胞，约1天共培养成熟 | 临床试验 |
| **Conception Biosciences** | 🇺🇸 美国 | 干细胞至卵子分化 | 血细胞重编程，早期卵子样细胞 | 研发阶段 |
| **Ivy Natal** | 🇺🇸 美国 | XY→XX细胞重编程 | Y染色体丢失+X染色体复制，用于同性生殖 | 研发阶段 |
| **九州大学** | 🇯🇵 日本 | Hayashi实验室IVG研究 | XY→XX重编程，性腺微环境重建 | 研发阶段 |

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## 技术栈与创新发展

IVG技术栈将干细胞重编程与体外重建功能性性腺所需的组织工程方法相结合。

1. **3D水凝胶微环境共培养：**
   - 生殖细胞前体与性腺体细胞共同嵌入生物相容性水凝胶（通常为海藻酸盐）中，使两种细胞类型保持减数分裂所需的紧密物理接触。
   - 由此形成的卵泡样或曲细精管样微结构使"人工卵巢/睾丸"方法能够超越单次培养皿实验实现规模化。
2. **精准染色体与基因组编辑：**
   - CRISPR-Cas9既用于XY→XX性别转换（靶向Y染色体），也用于在hiPSC分化为配子之前修正致病突变。
   - 在干细胞阶段而非最终胚胎阶段进行编辑，是CRISPR与IVG结合的核心逻辑。
3. **单细胞基因组筛查：**
   - 对滋养层活检进行的植入前遗传学检测（PGT-M）使用全基因组扩增和二代测序技术，在移植前排除非整倍体及已知家族性突变。
   - 该筛查步骤是标准IVF技术，此处被用作IVG来源胚胎的最终质量把关环节。

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## 价值链与生产流程

### IVG人类卵母细胞生产工业流程（GMP/IVF）

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┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 1. 患者hiPSC建库           │ ───> │ 2. PGCLC分化              │
│    （GMP）                 │      │                            │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
                                                 │
                                                 ▼
┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 4. 水凝胶微环境3D共培养    │ <─── │ 3. 表观遗传擦除与         │
│                            │      │    减数分裂诱导            │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
              │
              ▼
┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 5. 配子最终成熟（IVM）    │ ───> │ 6. ICSI受精与PGT-M筛查    │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
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#### 阶段1：患者hiPSC建库
经GMP认证的实验室从皮肤活检中分离成纤维细胞，使用非整合型附加体载体将其重编程为hiPSC，采用无饲养层培养并在建库前确认核型。

#### 阶段2：PGCLC分化
将hiPSC集落解离后接种于含BMP4、LIF和SCF的低黏附悬浮聚集体培养基中，在约48小时内引导其分化为原始生殖细胞样细胞。

#### 阶段3：表观遗传擦除与减数分裂诱导
将PGCLC转入含甲基化抑制剂的培养基以擦除遗传自体细胞的表观遗传标记，随后切换至含视黄酸的培养基以触发减数分裂进入。

#### 阶段4：水凝胶微环境3D共培养
将PGCLC与性腺体细胞结合并嵌入水凝胶基质中，形成卵泡样或曲细精管样微结构，培养数周以支持生殖细胞成熟。

#### 阶段5：配子最终成熟（IVM）
溶解成熟结构以释放配子，将其转入含促性腺激素（FSH/LH）的体外成熟培养基，直至达到具备受精能力的阶段。

#### 阶段6：ICSI受精与PGT-M筛查
成熟配子通过卵胞浆内单精子注射受精，在连续延时监控下培养至囊胚阶段，并通过PGT-M筛查后选择健康胚胎进行移植。