精子的分离和检出 【技术领域】
本发明涉及精子的分离和检出。本发明提供了用来分离和/或检出样品中活动精子的方法和成套用具(kit)，此方法和成套用具可应用于许多应用中，包括诊断和治疗男性不育症。
背景技术
已经推算，在全部试图怀胎的配偶中大约有14～16％经历过困难，而且被生育治疗学家确定为不育症。这里面有40％是由于男性的因素。在这里的很大一部分当中，需要获得治疗以改善或缓解导致不育症的情况。
也存在着其它的情况，希望检测在样品中是否存在有活力的精子。比如，现在经常进行输精管切除术作为避孕的措施，但是必须在术后一段时间通过确认射出的精液不含有有活力的精子来证实输精管切除的效果。
有许多方法评估样品中精子的活力和数目。一种这样的方法是显微镜分析，这一般是在医院或商业实验室中进行。然而，最近对成套地测试用具提出了许多建议，力图简化精子的检出，因此可以将它们用于男性不育症的诊断当中。比如，WO97/40386公开了一种成套用具，其基于检测34kD人类附睾精子蛋白(P34H)。据认为，在精子-透明区相互作用时涉及到此蛋白质。在WO97/40386中公开的此成套测试用具使用了由P34H或相关的抗原引起的抗体，以及用于检测与P34H结合的抗体的试剂。正如在WO97/40386中所公开的，在Dulbecco-磷酸盐缓冲生理盐水中，通过离心洗涤测试样品三次。然后在95℃下加热使样品变性，在14000g下离心，然后用上层清液进行分析。
EP-A-0387873也公开了一种评估男性不育症用的成套用具。此成套用具使用了固体珠，在其上面结合了一种对人类精子顶体的抗原部位呈特异性的抗体。将这样的珠与测试样品混合，培养10～30min。然后从悬浮液中分离此测试珠，洗涤并优选借助于显微镜检测测定与固体珠结合的精子数。
在WO95/29188中也公开了检测样品中精子的成套用具，在此情况下，测试是基于对如人类精子SP-10抗原的抗体。
在上述的现有技术中公开的成套测试用具的明显缺点是，它们不能区别活动的精子和非活动的精子。在检测男性不育症时，估计有活力精子数目的能力是男性不育症最有预言性的指征。再有，许多现有技术成套测试用具涉及到的操作，比如离心或显微镜检测，使得它们无法在家庭中使用，反而要求由有技术的实施者来进行。
因此就希望提供能够本身包括在多个组件中或由该组件提供的一种设施，提供将活动精子与非活动精子分离的方法，以及提供用来收集和检测活动精子存在的方法。
【发明内容】
本发明提供一种设备，用来分离液体样品中的活动精子和非活动精子，该设备包括(ⅰ)一个具有样品接收入口、被过滤样品出口和安装在它们之间的样品分离过滤器的容器，该样品分离过滤器具有一个样品接受表面和一个相反的表面，且其基本有效地防止样品通过其流动，但当所述样品分离过滤器的反面与液体介质接触时，允许活动精子通过，以及(ⅱ)向所述过滤器的所述反面供应液体的装置。样品可以含有活动精子、非活动精子和/或降低了活力的精子。
为了检出分离的活动精子，可以在样品分离过滤器的样品出口侧并与其有一定间隔处提供精子检出装置，如精子检出过滤器。此检出装置可以与该设备为一个整体，或者可以作为其一个分离的组件提供，在放置该过滤器与液体介质接触之前、之中或之后插入到该设备中。该精子检出过滤器可以具有与样品分离过滤器类似的特性。
过滤器的厚度可以是100～2000μm，优选200～1000μm，更优选400～800μm。比如过滤器的厚度可以是大约600μm。过滤器的最小颗粒保留尺寸可以是5～100μm，优选8～60μm，更优选10～40μm。过滤器可以是纤维质的，或者由玻璃纤维或聚丙烯制造，它们或者可以具有凝胶或泡沫的结构。对于不能自己支撑的凝胶或泡沫结构，可以提供底部隔栅或其它的支撑件。一种特别优选的过滤器是玻璃纤维过滤器，它可以包括粘接剂如丙烯酸酯。应该理解，使用凝胶作为过滤器可以避免对向其反面供应液体的需要，因为凝胶本身就是可以实现这一点的适当的装置。优选的凝胶是透明质酸和甲基纤维素。
可以在精子检出装置中放置一种试剂或组合的试剂，在与精子相互作用时会直接或间接地产生目视的信号。这些试剂或组合可以包括检出在精子中存在的抗原和/或能够与精子结合的抗体。当精子被这样的抗体固定时，使用与精子结合的目视检出剂可以进行目视检出。正如在PCT/GB99/01929中所讨论的，发现CD59的抗体是适合于本目的的，此专利的全部公开内容在此引作参考。
如在PCT/GB99/01929中所鉴别的如卵胞液之类的精子化学吸引剂可以放在精子检出装置中。这些精子化学吸引剂优选位于精子检出装置的远离样品分离过滤器的部分上。
拾取区(pick-up zone)可以位于样品分离过滤器中，或者在精子检出装置中，所述拾取区含有一种试剂或组合的试剂，能够与精子结合并随同它们一起转移通过过滤器，到达精子检出装置的检出区。拾取区的此一种试剂或组合试剂可以包括检出存在于精子中的抗原的抗体。这些抗体可以用比如金颗粒标记检出。
位于精子检出装置的精子检出区的抗体可以识别与位于拾取区的不同的精子抗原。
精子检出装置可以包括精子顶体溶解剂和用于检测pH值变化的装置。精子顶体溶解剂一般是溶解缓冲液，可以含有蛋白酶K和钙离子载体A24297。pH值变化检出装置可以是一个pH值敏感探头，或者是能够目视检测pH值变化的pH指示剂，比如溴甲酚紫。
样品分离过滤器的样品接收表面可以含有能够引起精液液化的酶液化剂，如糜蛋白酶。
本发明还提供男性生育能力测试成套用具，它包括一个如上所述的设备，该成套用具还包括一个液体释放机构，其中一旦液体释放机构启动，就从供液装置中向样品分离过滤器的所述反面供应液体，提供与精子检出装置的液体通道。
精子检出装置可以与该设备制成一体，或者它可以作为该成套用具的分离的或可分离的组件提供。
该成套用具可以包括一个一体化的供液装置，或者可以使用外部的供液装置。应该理解，此液体必须是这样一种液体，即活动精子在这种液体中可以保存活力足够的时间使其迁移到精子检出装置中，即此液体对精子一般是无毒的。然而，此液体可以是对精子的毒性是足够的低的，完全可以使精子成功地到达检出装置。此液体优选是一种缓冲液，如在PCT/GB99/01929中叙述的磷酸盐缓冲盐水(PBS)或Earle平衡盐溶液(EBSS)。
应该理解，在使用凝胶基的过滤器时，凝胶可以作为其自身的供液装置。然而，可以希望向凝胶基过滤器的反面供应液体，从而比如在通过过滤器分离之后稀释样品。
该成套用具可以包括两个或多个可分离的组件，比如该设备和供该设备安装的底座。将该设备放入该底座可以适当地启动液体释放机构，借此润湿精子检出过滤器和样品分离装置。另外，可以提供一种用于液体的按钮释放。精子检出过滤器的润湿可以使放在精子检出装置上的检出剂发生作用。
可以提供一个溢流容器，用来盛放当液体释放机构启动时向该设备供应的过量的液体。
该供液装置可以包括一个易破的隔室或易破部分，其中液体释放机构会破坏此隔室以释放出装在其中的液体。然后，如此释放的液体就可以顺着斜坡向成套用具的该设备和底座之间形成的槽的方向流下。该隔室是可以被穿透机构状的液体释放机构穿透的，该穿透机构被一个比如制动机构保持住，该制动机构防止在用户启动该成套用具前穿透机构会穿透该隔室。
本发明还提供一种检测样品中存在活动精子的方法，该方法包括如下步骤：给一个过滤器提供第一和第二表面，当液体放在其第二表面上时，该过滤器允许活动精子通过其迁移；把样品放在第一表面上；把液体放在第二表面上；以及检出迁移通过该过滤器的精子。样品可以是含有活动精子和非活动精子的混合物。该过滤器可以是包含在如上所述的设备或成套用具中的过滤器。
附图简述
图1显示的是在容器放入底座前的本发明的成套用具。图2显示的是带有溢流装置的图1的成套用具，在容器放入到底座以后的情况。图3显示的是另一种实施方案，这时检出装置是成套用具的一个可分离的组件。
实施本发明的模式
图1和图2显示的是用于测试男性生育能力的成套用具10。该用具包括一个容器12、一个底座14、一个装有液体18的供液装置16和两个过滤器20和22。
第一个过滤器20是样品分离过滤器20，由于其组成和结构，它对精子的透过形成障碍。比如，此过滤器在其接受样品的表面上将基本保留住沉积在其上的样品中存在的精液和非活动精子。这可以依靠比如过滤器的孔隙度来实现。非活动的精子将不能通过此过滤器。然而，当精子是活动的时候，它就可能藉“游泳”通过此过滤器。
人类精子的头部一般直径3～5μm，尾长将近50～60μm。此过滤器应该让这些精子能游泳通过在其反面涂布有液体的过滤器。可以通过一系列简单实验来筛选适当的过滤器材料。
实验1：精子毒性的评估
从精子样品中制备活动精子制剂(swim up)(David Mortimor《实践实验室男性科学》(Practical Laboratory Andrology)，272页)，并用得到的活动精子制剂来评估过滤器的精子毒性。将2cm×2cm的正方形过滤器剪成2mm×1cm的条。将3个新制备的1mL一份的活动精子样品加入到圆底试管(如Falcon No.2001或2037)中，分别标为副本A、副本B和对照组C。将10条过滤器的细条放入副本A和副本B中。然后将A、B和C放在37℃下培养1hr，同时伴以经常的搅拌。然后对两个副本和对照组进行精子活动性和精子活性的评估(《实践实验室男性科学》p.49～50是有关活动性，p.66～69是有关活性的)。在装有过滤器的样品和对照组样品之间，如果在精子活动性和精子活性上有明显的差别，就表明此过滤器对精子是有毒的。
实验2：精子“透过”过滤器能力的评价
在圆底试管中放入200μL液化的精液。然后在此精液样品中放入一个0.5cm×4cm的过滤器条，使得只有过滤器最下面的1～2mm直接与精液样品接触。在某些过滤器中，精液样品将藉毛细管作用运动，或者说携带着活动的和非活动的精子一起向上“透过”过滤器，这时是没有分离效果的。从精液样品中取出过滤器，用光学显微镜分析每2mm一段的过滤器精子存在的情况，就测定出在给定时间比如15min内渗透的程度。为了成为从活动的和非活动的精子混合物中分离出活动精子的有效分离器，在过滤器中渗透的程度(在检出或收集到过滤出的活动精子之前，样品将留在并散布在过滤器上的时间内)应该小于过滤器的厚度。
实验3：过滤器防止死精子或不活动精子穿透的效率
在95℃的水浴中加热精子样品，或者加入10％的氰化物溶液得到死精子或不活动精子样品。将200μL死精子或不活动精子样品涂布在过滤器的上表面，过滤器的底侧直接连着1mL EBSS。在间隔5、10、15和30min以后，取出10μL一份的过滤液，在光学显微镜下检查精子的存在情况。在精液样品与过滤器上表面接触所需的时间之内，一种有效的过滤器应该不允许死精子或不活动精子穿透。
实验4：过滤器选择性地允许活动精子通过的效率
对精液样品的湿制剂进行评估(见《实践实验室男性科学》49～50页)并注意其特征。将250μL精液样品涂布在过滤器的上表面，过滤器的底侧直接连着1mL EBSS。在间隔5、10、15和30min以后，取出10μL一份的过滤液，在光学显微镜下检查活动精子的存在情况和过滤液中活动精子与不活动精子的比，并与原始样品进行比较。一种有效的过滤器应该允许活动精子通过。比如，如果原始精液样品中的活动率是40％(即60％是不活动精子)，那么过滤液中的活动率优选至少是90％，只有少于10％的精子是不活动的。
此成套用具的第二个过滤器22是精子检出过滤器22。此精子检出过滤器22形成了用于检出通过样品分离过滤器20而迁移的精子的检出区26。此检出区26提供在精子检出过滤器22当中，并含有在与精子发生相互作用时能够产生信号的试剂。然而，在两个过滤器20和22之间形成了间隔24，防止在供应转移介质(如供液装置16中的液体18)去填充此间隔24，从而使精子穿过此检出区26之前会使此成套用具启动，这样就用此成套用具来进行生育能力的测试。
适当的过滤器20、22以及检出区26的组成和结构可以如在此处所述，或者如在现有技术中的更详细的叙述。然而，优选的组成和结构是如在PCT/GB99/01929中所叙述的，此文献的全部公开内容在此引作参考。筛选出的一种特别优选的过滤器材料是过滤器4622，这是从美国Ahlstrom Filtration公司(122W.Butler Street,PO BoxA,Mt.Holly Springs,PA 17065-0238,USA)得到的。这种过滤器包括带丙烯酸类粘接剂的微玻璃纤维。该丙烯酸类胶乳是丙烯酸酯聚合物和共聚物在水基中的阴离子分散液。这些聚合物是基于丙烯酸酯的。孔隙度是20μm，厚度是580μm。
容器12具有圆形的截面，还具有侧壁28、开口的顶部30、环形的底部32和在环形底部32上形成的开口嘴34。在开口嘴34中提供有精子检测过滤器22。在开口顶部30上可以放一个盖子(图上未显示)以保持容器12中的无菌环境。将样品放入容器12中时，需要除去开口顶部30上的盖子。
底座14包括供液装置16、液体释放机构36和一个槽38。该槽38包括一个适合于接受开口嘴34的孔40。孔40可以有一个窗(图上未显示)，在此用来在成套用具10启动后观察检出区26。底座14还包括一个用于从供液装置16引导液体18到槽38的斜坡42，和一个容纳从供液装置16到槽38的过量液体18的溢流容器44。
液体释放机构36是以穿透元件37的形式，适于在把容器12放入底座14时启动。在穿透元件37启动前，一个制动机构48卡住穿透元件37。放下容器12就带动穿透元件37滑过制动机构48。可以为供液装置16提供易破部分，当穿透元件37滑过制动机构48时，该易破部分被穿透元件37刺透。此易破部分可以包括一个锡箔壁部分。
实验5：用凝胶过滤器分离活动精子
可以用各种凝胶过滤器来分离活动精子。将从Sigma-Aldrich公司或Pharmacia-Upjohn公司得到的凝胶介质重新分散在EBSS(Gibco-BRL)中。测试4个不同的透明质酸凝胶和一个甲基纤维素凝胶。
用再次悬浮的介质充入尺寸为1.2×4.8mm，内径视通道(visionpath)0.4mm，一端封闭的平板玻璃毛细管(Camlab)。管的开口端放在装有100μL或200μL液化精液的1.5mL microfuge管中。在室温下让精液迁移到凝胶中30min，擦拭该管并放在显微镜下面观察。
记录下距离管的开口端1cm处的精子数，以评估在各种凝胶中的穿透性和迁移性。用10倍或20倍的物镜和10倍的目镜，给出最终放大100倍或200倍，用Olympus BH-2显微镜数出视野内的精子数。在100倍下观察的面积是0.785mm2，在200倍下观察的面积是0.196mm2。
对于4个透明质酸产物得到的结果如下：凝胶浓度(mg/mL)初始精子数 (×106)初始精子活动性(％)放大倍数 精子数 1cm 2cm 3cm 4cm透明质酸1-分子量3～5.8×106，来自人的脐带 1 91 69 20倍 180 50 30 - 0.5 150 38 20 -透明质酸2-分子量～2×106，来自鸡冠 5 126 79 20倍 69 12 5 - 2 - - - - 1 300 2 - - 0.5 150 2 - -透明质酸3-分子量0.85～1.6×106，来自兽瘟链球菌 2 126 79 20倍 40 7 4 - 1 59 1 - - 0.5 16 2 - -透明质酸1-来自Pharmacia-Upjohn公司的Healonid 1.25 95 69 20倍 300 180 22 5 0.625 280 130 15 5对于粘度15cp的甲基纤维素得到的结果如下：凝胶浓度(mg/mL)初始精子数 (×106)初始精子活动性(％)放大倍数 精子数 1cm 2cm 3cm 4cm精液样品1 10 22 79 20倍 68 4 - - 0.55 74 4 1 - 2 80 8 - - 1 50 4 - - 0.5 23 6 - -精液样品2 20 52 61 10倍 10 - - - 10 116 20 5 - 5 115 8 3 - 2.5 20倍 82 12 3 -精液样品3 10 33 88 10倍 80 1 - - 5 68 - - -精液样品4 10 91 69 20倍 120 6 2 -对于粘度4000cp的甲基纤维素得到的结果如下：凝胶浓度(mg/mL)初始精子数 (×106)初始精子活动性(％)放大倍数 精子数 1cm 2cm3cm 4cm精液样品1 10 160 80 20倍 250 62 18 - 5 150 5 - -精液样品2 10 5 64 10倍 5* - - - 5 1* - - -精液样品3 10 160 0 10倍 - - - - 5 - - - -精液样品4 10 66 75 10倍 120 8 - - 5 80 2 - -精液样品5 10 33 88 10倍 510 8 - -精液样品6 10 101 64 20倍 250 50 28 12
*这两个测量值取自距开口端0.25cm处
因此很明显的是，这些凝胶可以用作从含精子的样品中分离活动精子的过滤器。
下面将叙述用上述的成套用具测试男性生育能力的方法。
将精液的样品46或射出的精液通过顶部开口30放入一个未用过的或回收的容器12中，并放在样品分离过滤器20上。可以通过比如使用者直接放置，或者从射出的精液样品中用滴管放入样品。然后把装好的容器12放入一个未用过的或回收的装有供应新鲜液体装置16的底盘14中，这时容器12的嘴34正好插入底盘14的孔40中。在将容器12放入底盘14的过程中，容器12的侧壁28启动了穿透元件37，此元件刺穿了供液装置16，如图2所示，在此图上穿透元件37刚好刺穿供液装置16的易破部分。另外，也可以提供如图3的穿透按钮50来刺穿供液装置。
一旦刺穿供液装置16，装在供液装置16中的液体18就顺着斜坡42流入槽38中，用液体18充满孔40和槽38，该液体18还通过位于底盘14的孔40内的容器12的嘴34进入。由此该液体就通过精子检出过滤器22，用液体18填充两个过滤器20和22之间的间隔24。过量的液体18溢流出槽38，被溢流容器44收集。
液体18的作用是迁移通过了样品分离过滤器20的精子的转移介质，使得透过了样品分离过滤器20的精子能够向着精子检出过滤器22移动，从而被精子检出过滤器22中的检出区26检出。一旦在检出区26检出了精子，在那里提供的试剂就会产生信号，这样就表明有活动的精子存在。在样品中没有活动精子存在的情况下，将没有精子到达检出区26，因为非活动的或活动能力降低的精子是不会通过样品分离过滤器20的。
图3的成套用具是本发明的另一种实施方案，它有一个如上所述的曝露出样品分离过滤器20的顶部开口30。样品46显示放在位于其样品接受表面上的样品分离过滤器20上。
成套用具10的侧壁28决定了槽38。提供一个供液装置16与成套用具10在槽38附近装在一起，供液装置16装有液体18，并在其圆周上具有一块易破部分60，用来在成套用具10启动以前将供液装置18与槽38分开。在一个滑动件56上提供精子检出过滤器22，该滑动件可以滑动地附着在成套用具10上，或者它可以作为成套用具的分离组件提供，通过一个可密封的孔道58插入到侧壁28上，用于在槽38中进行精子检出。
液体释放机构包括一个穿透按钮50和一个穿透元件37。弹簧52使穿透按钮50偏离到非穿透位置。按压穿透按钮就推动了穿透元件37刺入供液装置的易破部分60，这样就使装在供液装置16中的液体18流入到槽38中。
按另一种方式，可以采用滑动件56适于将供液装置16中的液体18在其插入槽38时自动地释放，比如在其上提供一个将穿透供液装置16的易破部分60的穿透元件。
在槽38的侧壁28上提供一个透明窗54，能够进行检查精子检出过滤器中所包含的检出区26。然而，侧壁28可以用透明材料制造，这就避免了对窗54的需要。
图3的成套用具10的使用原理与图1和图2的实施方案是类似的。然而，可以在精子检出过滤器插入到槽中之前、之中或之后释放液体18。
当然应该理解，本发明，具体是成套用具及其使用方法，在上面纯粹是以举例的方式加以叙述。只要保持在本发明的范围和精神之内，可以进行改变。