在现代医学技术快速发展的时代，由于某些疾病 的早期无症状和临床诊断方法的局限性，疾病的早期 诊断和治疗仍然困难。 纳米技术的发展，尤其是在多 功能诊断纳米材料领域的发展，有效地解决了当前的 不足。 近几年的研究表明，纳米粒子可用于生殖肿瘤 和非肿瘤疾病的诊断和治疗，如卵巢癌、子宫内膜异 位症、子宫肌瘤、异位妊娠和滋养细胞疾病等，成为侵 入性更小、更安全的替代方案。此外，纳米粒子应用于 生殖避孕具有安全、可控、无创的优点。纳米粒子除了 用于人类避孕外，还可以用于动物避孕，控制家庭宠 物数量和畜牧业性别筛选。纳米材料由于其可控性和 靶向递送的优势被广泛应用于生殖保健避孕、肿瘤疾 病的筛查和治疗及性传播疾病的早期诊断、治疗和预 防中。
除应用于生殖保健外，纳米技术还可应用于辅助 生殖技术（assisted reproductive technology，ART）。 由 于纳米粒子的高负载能力、 稳定性和选择性亲和力， 它们可以作为运载工具将分子递送到配子和胚胎中。 许多具有抗氧化活性的纳米药物如纳米白藜芦醇、纳 米姜黄素、纳米槲皮素和纳米染料木黄酮可参与调节细胞氧化应激反应。 此外，纳米粒子可以保护负载的 抗氧化物的生物活性而免于降解，延长半衰期并改善 其体外效果，增加疏水性化合物的溶解度，从而提高 活性物质的溶解效率。 因此，这些纳米载体在配子和 胚胎的体外培养中具有巨大的潜力， 从而提高 ART 在动物和人类中使用的有效性。
文章介绍了纳米技术在生殖保健和 ART 方面的 最新进展和面临的挑战。
1 生殖保健中的纳米技术
1.1 纳米技术与生殖避孕
避孕一直是生殖医学领域探讨的热门话题。目前 主要的避孕方式有激素类药物、女性绝育术、宫内节 育器、男性避孕套和男性输精管切除术。 尽管现有的 避孕方式已经广泛应用，但避孕效果仍不理想，且相 关副作用尚未得到明显改善。长期口服激素类避孕药 可导致内分泌紊乱、糖耐量受损、肝功能异常，甚至增 加患血栓性疾病和乳腺癌的风险。避孕套有一定的破 损风险且乳胶可能引起过敏。而男性和女性绝育术具 有不可逆性。 近年来，基于纳米粒子的长效可逆性避孕，由于给药途径和药物控释、更少的副作用等优点 显著改善了避孕的安全性和可控性。这些纳米材料包 括有机材料、无机材料和非金属材料[1]。纳米粒子作为 药物载体可以实现靶向输送， 延长药物作用时间，并 提高药物的生物利用度。
纳米技术可以用于免疫避孕疫苗的研发。促性腺 激 素 释 放 激 素 （gonadotropin releasing hormone， GnRH）调节促卵泡激素和促黄体生成素的分泌，影响 雄性和雌性动物的生育和繁殖。免疫避孕的主要机制 就是将 GnRH 作为抗原进行免疫后， 刺激体内产生 GnRH 的抗体，从而中和体内 GnRH 水平，减少下游 促性腺激素和性激素的产生， 最终达到避孕的目的。 Faruck MO 等将 GnRH、通用 T 辅助表位和聚丙烯 酸甲酯组装的纳米避孕疫苗经皮下和口服给药后在 小鼠和猪中产生了高滴度的 IgG 抗体， 该疫苗利用 GnRH 抗体已成功用于控制猪的生育能力。 Luo J 等研发了一种壳聚糖-半胱氨酸丰富分泌蛋白 1 复合物 纳米粒子的 DNA 避孕疫苗，它具有良好的 DNA 酶抗性和较高的转染效率， 显著降低了兔的生育能力，并 为进一步发展安全有效的 DNA 避孕疫苗奠定了基 础。壳聚糖还可刺激树突状细胞和巨噬细胞分泌细胞 因子， 上调主要组织相容性复合体和甘露糖受体，增 强 免疫 效果 。 纳米材料 还可用于基 因 治疗 领 域。 Boonthum C 等[4]体外研究表明，将与 GnRH 结合的壳 聚糖-靶向基因药物递送给哺乳动物 GnRH 受体阳 性的生殖肿瘤细胞后，发现其转染活性更高，这也进 一步提高了基因治疗的效率。 总之，纳米生物材料在 免疫避孕中的应用显著提高了避孕的安全性和有效 性，也减少了单纯免疫佐剂引起的副作用。
纳米技术还应用于一些避孕装置。例如纳米技术 与宫内节育器的结合可实现长效可逆避孕。普通含铜 宫内节育器主要通过铜离子的释放导致精子失活，抑 制肌层收缩达到避孕作用。然而在引流和取出时会引 起出血和疼痛，其关键原因在于节育器接触宫腔黏液 会导致表面的铜快速氧化和腐蚀并产生铜离子。铜离 子的爆发释放引起痉挛性肌肉收缩，进而引发阴道不 规则出血和腰骶疼痛。 Zhu Y 等[5]将纳米铜粒子与低 密度聚乙烯结合形成复合材料用于宫内节育器，将铜 分散到低密度聚乙烯中，低密度聚乙烯会对铜粒子进 行包覆，这样可有效减缓宫腔黏液对铜粒子的腐蚀速 度，从而起到一定的控释作用，实现铜离子恒定可控 地释放，适用于长效可逆避孕。 一方面铜粒子抑制了 精子的流动性，阻碍了精子在子宫内膜中的质量和活 力，降低了精子在子宫腔内的迁移能力和寿命，避免了精子与卵子的相遇。 另一方面，铜离子导致线粒体 功能异常，导致氧化应激和活性氧水平增加，DNA 损 伤和凋亡，最终导致卵母细胞成熟障碍。 纳米银粒 子涂层避孕套相比于普通乳胶避孕套，具有非特异性 广谱抗菌性能和抗病毒的能力，减少艾滋病和其他性 传播疾病的发生。 由于纳米粒子的控释特点，可使抗 菌剂缓慢释放，达到持续抑菌的作用。 近年来开发的 一种纳米药物洗脱纤维网，可以与女性阴道黏膜充分 贴合，纤维网中单月桂酸甘油酯不仅能通过物理和化 学屏障作用阻止精子穿透纤维网孔， 抑制精子活力， 还能预防性传播疾病的发生[6]。 Chen ZL 等[7]报道了一 种新型可逆过滤式输精管内装置，由纳米二氧化硅- 铜离子-络合交联聚合物复合材料制成，该装置管壁 上的大量微孔可以用来过滤精子，同时保持输精管畅 通无阻。这种新型含铜纳米复合材料可以避免铜离子 的爆发释放，有效利用铜离子，并且在植入 1 年后对 男性生殖细胞没有明显毒性。利用金纳米棒光热效应 对睾丸进行轻度热疗，也可实现男性可控避孕。然而， 由于睾丸给药和红外激光会造成严重疼痛且纳米金 粒子的不可降解性也可能有细胞毒性，在临床应用中 受到限制。 Ding W 等[8]研究发现柠檬酸-氧化铁纳米 粒子经静脉注射后通过磁热疗法可逆性破坏小鼠睾 丸，抑制精子生成。 柠檬酸-氧化铁纳米粒子细胞毒 性低，无长期毒性，治疗后可逐渐生物消除，具有较好 的生物相容性， 可用于可逆性的男性避孕。 Bhattacharya P 等研究也发现纳米哌啶内酯 A-2-羟基丙 基-β-环糊精络合物，作为白细胞介素下调剂可用于 啮齿动物的避孕。 该络合物表现出 100 %抗着床活 性，且雌激素和孕酮分泌不受影响。此外，这种纳米制 剂还能实现药物的持续释放，有望将来成为非甾体类避孕药。
近年来， 各种生物材料的研究与发展如火如荼， 在避孕方面改善了传统避孕方法的劣势，表现出更有 效的药物输送、更稳定的物理屏障效应和更少的组织 损伤。虽然纳米材料在避孕方面具有药物传递和药物 控制释放的优势，但纳米粒子毒性对人体的副作用不 容忽视。 例如常用于避孕的铜-宫内节育器可以被局 部黏膜组织吸收进入到血液中， 通过线粒体衰竭、脂 肪酸 β-氧化和糖酵解诱导肝脏和肾脏的毒性， 最终 导致肝细胞散发性坏死和肾脏近端小管广泛性坏死。 而生物材料的使用可能会改善这一不足。结构生物材 料支架不仅可以保护管道内的微环境以实现可逆避 孕，还可以承受管道肌肉层的挤压，防止纳米材料的 脱出。
1.2 纳米技术与生殖疾病的诊断
纳米技术有望用于生殖疾病的诊断。动物研究表 明，子宫内膜异位症小鼠体内注射超磁氧化铁纳米粒子和透明质酸-磁性氧化铁纳米颗粒[11]后，利用 MRI 可检测子宫内膜植入物的分布，且具有较高的敏 感性，有望成为子宫内膜异位症诊断的新方法。此外， 在磁场作用下，硅藻-氧化铁纳米粒子的造影剂可以 改善 MRI对肿瘤的治疗效果。 超顺磁性氧化铁纳 米粒子与抗前列腺特异性膜抗原的结合提高了 MRI 在前列腺肿瘤细胞培养中的检测限和灵敏度。 除了 氧化铁纳米粒子外，在细胞培养和动物模型研究中也 发现了其他可用作增强成像诊断的造影剂，如金纳米 粒子、碳纳米管、脂质体、树枝状聚合物和量子点。
纳米技术还可用于体外诊断试剂盒的开发和改 进。 例如金纳米粒子、氧化铁纳米粒子、银纳米粒子、 聚苯胺-氧化铁碳纳米和壳聚糖-氧化铁纳米复合物 用于卵巢癌标志物人附睾蛋白 4 的检测和淋病奈瑟 菌、人乳头瘤病毒的检测，提高了检测灵敏度。 金 纳米粒子和银增强技术的视觉蛋白质微阵列技术用 于解脲支原体和沙眼衣原体的检测。聚电解质包覆金纳米粒子用于梅毒免疫测定。
1.3 纳米技术与生殖疾病的治疗
纳米药物和纳米递送系统以可控的方式将治疗 药物递送至目标部位，最大限度地提高疗效，同时最 小化药物的靶外效应。 研究发现，聚乙二醇化的纳米 金粒子递送肿瘤坏死因子-α后可延缓术后肿瘤生长。 腺病毒复合的载药纳米粒子可用于治疗子宫平滑肌瘤。 抗癌药物多柔比星与纳米制剂相结合可提 高其治疗功效。 氧化铈纳米粒子有清除自由基的能 力，通过减少氧化应激和抑制血管生成来治疗子宫内 膜异位症，且无卵母细胞毒性。 在动物模型中，碳硅 烷树枝状大分子和纳米粒子薄膜被用于治疗人类免 疫缺陷病毒感染。 此外，纳米材料的使用可提高手 术疗效，降低并发症发生率，手术创伤更小。在生殖疾 病的治疗中，纳米粒子可以选择性地靶向孕妇、胎盘 或胎儿病变器官或组织，从而降低了全身性药物治疗 对胎儿产生的风险，通过低的血药浓度达到相同的生 物学作用，从而减少所需剂量，降低了母胎所面临的 副作用。 此外，包被在纳米粒子中的药物会阻止药物 在母体肝脏中的代谢，并限制了非靶向目标细胞的摄 取，将原本可能在母体循环过程中清除的药物直接输 送到胎盘，例如通过 siRNA 治疗胎盘源性疾病。 然 而， 在不孕症治疗中使用纳米粒子给药的研究较少， 可能是因为配子和早期发育的胚胎敏感度较高，细微的变化会对生殖结果产生深远影响。
2 辅助生殖中纳米技术
2.1 纳米技术对精子的影响
在畜牧业领域纳米技术已被用于动物的精子优 选、性别鉴定和冷冻保存。 磁性氧化铁纳米粒子应用 于牛和猪的精液性别鉴定时， 它既没有细胞毒性作 用，也不会干扰后代的选择和产生。 使用超顺磁性 纳米粒子偶联的特定适配子分离受损精子细胞可以 提高精液质量[23]。磁性纳米粒子与膜联蛋白 V 和凝集 素的结合可以减少细胞凋亡，并诱导精子的顶体反应。
纳米技术也可用于提高冷冻精液精子的质量。精 子冷冻保护剂中添加银纳米粒子可以充当抗菌剂，代 替抗生素的使用[25]。 锌纳米粒子可以提高冷冻精子线 粒体活性，增强膜完整性，减少脂质过氧化反应，并提 高精子的总抗氧化能力[26]。 Jahanbin R 等[27]利用添加 锌纳米粒子的奶牛精液进行授精后发现，后期胚胎的 发育能力显著增强。尽管纳米粒子具有提高雄性生育 能力的潜能，但它们的应用仍需进一步地研究以便将 这些纳米粒子应用于体内研究。例如精子暴露于纳米 粒子的时间非常重要，有研究发现银纳米粒子的过度 暴露会给精子带来一定的毒性作用。
2.2 纳米粒子对腔前卵泡体外培养的影响
植物提取物合成的纳米粒子已成功应用于腔前 卵泡的体外培养系统。 Nascimento TS 等研究指出， 功能化红蜂胶水乙醇提取物纳米粒子可以增加体外 培养的绵羊腔前卵泡中谷胱甘肽水平和线粒体活性，减少氧化应激， 并促进了腔前卵泡的发育。 类似地， Efendic F 等研究发现氧化锌纳米粒子可以促进小鼠次级卵泡的发育。 Abhari SMF等研究表明在多囊 卵巢综合征小鼠模型中，超顺磁性氧化铁-姜黄素纳 米粒子可防止脱氢表雄酮诱导的腔前卵泡的损伤。此外，de Cássia Antonino D 等研究表明，在腔前卵泡体 外培养时，加入含金、氧化铁和聚 L-赖氨酸的磁性纳 米粒子可以促进卵泡的附着和悬浮。与单独培养的卵 泡相比，这种三维悬浮培养系统促进了牛次级卵泡的 体外发育和卵泡腔的形成，并提高了卵母细胞存活率 和恢复减数分裂的能力。由于纳米技术的运用，使得 三维悬浮培养系统的开发成为可能，有望成为长期培 养卵泡的替代方法。腔前卵泡发育的一个重要指标是 相关激素的分泌，如雌二醇和孕酮。雌二醇在颗粒细 胞中合成，对卵泡和卵母细胞生长发育至关重要。 最 近，Abdollahi M 等研究表明，小鼠腔前卵泡体外培 养期间添加千层草提取物合成的绿色金纳米粒子可以提高其雌二醇的水平，促进卵泡的发育。因此，纳米 材料可以应用于卵泡体外培养系统，为辅助生殖的发展提供新的思路。
2.3 纳米粒子对卵丘-卵母细胞复合体体外成熟的影响
纳米粒子也可以促进卵丘-卵母细胞复合物（cumulus oocyte complex，COC） 的体外成熟。 Jahanbin R 等将锌纳米粒子添加到体外成熟培养液中可以增 加卵丘细胞中的超氧化物歧化酶活性，从而降低活性 氧和活性氮的水平， 减少 COC 中 DNA 损伤和凋亡， 提高胚胎发育能力。 亚油酸作为氧化应激源，降低牛MII 卵的比率、卵丘细胞完全扩张的比率和囊胚形成 率。 加入低剂量（0.01 mg/L）壳聚糖纳米粒子后，改善 了亚油酸对卵母细胞核成熟、卵丘细胞扩张和囊胚率 形成的抑制作用。但是壳聚糖纳米粒子质量浓度增加 到 0.06 mg/L 以上时， 完全扩张的卵丘细胞比率和牛 卵母细胞的发育能力均有所下降，这也表明纳米粒子 毒性具有剂量依赖性。 牛 COC 体外成熟培养液中 添加铜、氧化锌、硒纳米粒子可以增加卵丘细胞中谷 胱甘肽含量，从而促进胚胎的体外发育。
在牛 COC 体外成熟培养液中添加载有褪黑素的 脂质核纳米粒子，可有效降低 COC 中 ROS 水平和凋 亡细胞数量，上调谷胱甘肽过氧化物酶1和超氧化物 歧化酶基因，下调胱天蛋白酶3和促凋亡兔抗人单克 隆抗体基因。 聚乳酸-乙醇酸（poly-lactic-co-glycolic acid，PLGA） 纳米粒子由乳酸和乙醇酸形成，可 生物降解为乳酸和乙醇酸。卵巢早期窦卵泡的颗粒细 胞会分泌乳酸，且在卵泡生长和成熟期间保持相对较 高的水平，参与新陈代谢、信号转导和氧化还原调节。 因此，PLGA 纳米粒子降解产生的乳酸可充当代谢底 物增强体外培养的COC的抗氧化能力。 PLGA纳米粒子作为卵丘细胞和卵母细胞靶向的药物和分子递 送载体具有非常广阔的应用前景。 因此，纳米材料的使用为提高人类卵母细胞体外成熟和胚胎体外发育 提供了潜在的新方法。
2.4 纳米粒子对体外胚胎发育的影响
研究表明，与第 3 天卵裂胚相比，第 5 天和第 6 天囊胚具有更高的移植成功率。然而由于体外培养环 境无法完全模拟体内环境，多数胚胎不能发育至囊胚 阶段。 外源性 ROS 导致的氧化应激是阻碍胚胎发育 的一个重要原因。培养液中添加抗氧化物可以提高胚 胎的发育质量，有利于囊胚的形成。 这些抗氧化剂包 括左旋肉碱、透明质酸、白藜芦醇和褪黑素等。近几年 的研究发现，纳米材料可以替代这些分子添加到胚胎培养液中。 纳米粒子能够快速渗入胚胎，保护胚胎 免受氧化应激损伤。Makadia HK和 Lucas CG 等利 用脂质纳米粒子作为药物递送系统促进了牛胚胎的发育。 与未封装的维甲酸相比，添加维甲酸-脂质纳 米胶囊的体外成熟培养液降低了 ROS 的生成， 增加 了囊胚的形成率。纳米封装系统中所使用的维甲酸浓 度较低，这就最大限度地降低了其细胞毒性。 维甲酸 通过参与抗氧化防御机制来促进发育，被认为是氧化 还原信号通路的重要调节因子。体外培养的胚胎在着 床前发育过程中谷胱甘肽水平降低，为了保护其免受 损伤，它们将谷胱甘肽转化为氧化型谷胱甘肽。 而维 甲酸可以抑制谷胱甘肽的消耗， 并维持其足够水平， 是体外胚胎培养所必需的。维甲酸的纳米包封可以提 高其生物利用度和细胞内药物传递，从而提高囊胚形 成率。 此外，纳米包封避免了使用溶解疏水分子所需 的有机溶剂，从而降低了毒性。类似地，负载褪黑素的 脂质核纳米粒子可以渗透到卵母细胞中，并留在细胞内，直至发育至囊胚阶段，并提高囊胚的发育质量。这 种纳米结构有助于褪黑素在整个细胞释放，触发抗氧化级联反应，产生自由基清除产物，通过多种机制将 氧化应激降至最低。
纳米技术的引入也可以提高胚胎植入前遗传学 检测的敏感性。例如金、银、碳和磁性纳米材料是用于 开发基因诊断新方法的主要材料。 此外，纳米技术与 比色法和电化学方法相结合可用于核酸分析和检测， 这为诊断带来了更高的灵敏度、更低的成本并且更简单、更便携。
纳米技术已经广泛应用于生殖保健、生殖疾病的诊断喝治疗，以及ART的各个方面。
