体外受精や顕微授精(ICSI)では、採取した精液をそのまま用いるのではなく、まず運動性が高く、DNAの状態が良好な精子を選び出す「精子選別」という工程を経ます。この工程の質は、受精率や胚発生、着床率にまで影響することが知られており、生殖医療における重要なステップの一つです。
現在広く用いられている選別法の一つが、密度勾配遠心分離法(density gradient centrifugation、DGC)です。比重の異なる溶液に精液を重層し、遠心操作によって運動性の高い精子を沈殿させて回収するこの方法は、多くの検査室で標準として使われてきました。一方で、遠心という物理的な操作が精子に酸化ストレスを与え、DNAを傷つける可能性があることも以前から指摘されています。とりわけ、もともと精子の質が低下している男性不妊症例では、この影響が無視できないとされてきました。
こうした背景から、遠心操作そのものを行わない選別法への関心が高まっています。その一つが、マイクロスイムアップ(micro swim-up、MSU)と呼ばれる方法です。ごく少量の精液を粘性の高い培養液の上に置き、精子自身の遊泳能力だけを頼りに、決められた時間内に離れた地点まで移動させ、たどり着いた精子だけを回収するという、シンプルな原理に基づく手法です。この方法を用いたICSI治療では、胚盤胞到達率や臨床妊娠率がDGCより高かったとする報告がすでにありますが、その背景にあるはずの精子核内部の質――DNA損傷や染色質の成熟度――を直接比較したデータは、これまで限られていました。この空白を埋めるため、精液90検体を対象にMSUとDGCの精子核内クロマチン(染色質)の質を比較した研究が、Andrology誌に2026年に掲載されました(doi:10.1111/andr.70327)。
方法──90人の精液検体を、2つの方法で比較した
対象は、生殖内分泌・不妊症の専門外来を受診した男性90人(平均年齢37.8±5.8歳)から得られた精液検体です。高度乏精子症(精子濃度500万/mL未満)の症例も含まれた一方、無精子症の症例は除外されました。各検体は、精液検査用、DGC選別用、MSU選別用の3つに分けられ、同一検体内でDGCとMSUを直接比較できるよう設計されています。
評価項目は、精子DNA断片化(SCD法、36検体)、核の未成熟性(アニリンブルー染色、24検体)、染色質の脱凝縮(クロモマイシンA3〈CMA3〉染色、30検体)の3種類です。MSUで回収できる精子数が少ないため、同一検体で3種類すべての染色を行うことはできず、検体群を分けて評価されました。なお、いずれの検体群も濃度・形態・運動率などの基礎的な精液所見に有意差はなく(p>0.05)、選択バイアスのない比較であることが確認されています。
回収される精子の数には、方法間で大きな差がありました。DGCでは中央値800万個(四分位範囲335万〜1,600万個、回収率22%)であったのに対し、MSUでは中央値200個(四分位範囲140〜301個)にとどまっています。この数の差は、MSUがICSIのようにごく少数の高品質な精子だけを必要とする治療法に適した方法であることを示しています。
DNA損傷は18.5%から1.0%へ──遠心分離をやめると何が変わるのか
最も注目すべき結果は、精子DNA断片化率の変化です。未選別の精液では中央値18.50%(四分位範囲14.63〜26.25%)であったDNA断片化率が、DGC選別後には9.25%(四分位範囲6.00〜16.00%)に低下しました。しかしMSU選別後には、わずか1.00%(四分位範囲0.00〜2.00%)まで低下しています(MSU対DGC、p<0.0001)。単純に数字を比べると、DGC後に残るDNA損傷は、MSU後のおよそ9倍に相当します。
未選別の精液における下位5パーセンタイル値(9.25%)を基準に、これを上回る「損傷の多い」検体の割合を数えると、DGC選別後は50%であったのに対し、MSU選別後は0%でした。つまり、MSUで選ばれた精子は、事実上すべてがDNA損傷の少ない集団に属していたことになります。
この傾向は、もともとのDNA損傷が軽い群・重い群のどちらでも一貫していました。重症群(基準値18.5%以上、18検体)では、MSU後の中央値が1.00%であったのに対しDGC後は10.25%(p=0.0026)、軽症群(18.5%未満、18検体)でもMSU後1.00%に対しDGC後6.00%(p=0.0026)と、いずれもMSUが優れていました。もとの精液の状態にかかわらず、MSUの効果は安定していたといえます。
運動率は100%に、未成熟核も半分以下に──もうひとつの数値たち
精子の質を評価する指標は、DNA断片化だけではありません。今回の研究では、高速前進運動精子の割合、核の未成熟性(アニリンブルー染色陽性率)、染色質の脱凝縮(CMA3染色陽性率)も比較されています。
高速前進運動精子の割合は、未選別で中央値20.0%(95%信頼区間15.0〜20.0)であったのに対し、DGC選別後は87.0%(95%信頼区間85.0〜90.0)、MSU選別後は100.0%(95%信頼区間100.0〜100.0)でした(MSU対DGC、p<0.0001)。MSUで回収された精子は、実質的にすべてが高速前進運動を示していたことになります。
核の未成熟性については、未選別21.00%(四分位範囲15.00〜27.50%)、DGC選別後15.00%(四分位範囲8.00〜18.00%)、MSU選別後5.00%(四分位範囲4.00〜10.00%)と、こちらもMSUが有意に優れていました(MSU対DGC、p=0.012)。染色質の脱凝縮(プロタミン化不足の指標)も、未選別18.25%(四分位範囲10.88〜23.63%)からDGC選別後13.50%(四分位範囲7.00〜15.63%)、MSU選別後5.50%(四分位範囲2.75〜10.00%)へと変化し、MSUの優位性が示されています(MSU対DGC、p=0.0001)。
3つの指標いずれにおいても、MSUで選ばれた精子のほうがDGCで選ばれた精子よりも状態が良いという結果が、ほぼすべての検体で一貫して観察されました。
なぜマイクロスイムアップは精子を守るのか
MSUがDGCより優れた結果を示す理由として、いくつかの要因が考えられます。第一に、DGCは比重の異なる溶液を重層した上で2回の遠心操作(249g、10分間および5分間)を必要としますが、この物理的な操作そのものが精子に機械的ストレスや酸化ストレスを与え、DNA損傷を誘発しうることが、これまでの研究でも指摘されています。これに対しMSUは遠心操作を一切行わず、精子自身の遊泳能力のみで選別するため、こうした操作由来のストレスを受けにくいと考えられます。
第二に、処理時間の違いです。DGCの全工程には約20分を要するのに対し、MSUは約10分で完了します。精子が体外に置かれる時間が短いことも、DNAの保護に寄与している可能性があります。
第三に、選別の原理そのものが異なります。MSUで回収される精子は、粘性の高い培養液の中を、決められた時間内に自力で泳ぎきった精子に限られます。運動能力の高さと染色質の成熟度には関連があることが知られており、「泳ぎきる力」で選ぶMSUは、結果的に核の状態が良い精子を選んでいる可能性があります。なお、同じく遠心操作を必要としない選別法として、マイクロ流体デバイスを用いる方法もありますが、専用機器が必要で回収率も低いという課題があり、MSUはより簡便な代替法として位置づけられます。
なお、以前に報告されたICSI治療の臨床データでは、MSUを用いた場合、受精卵あたりの胚盤胞到達率(58.5%対41.7%)、採卵後3日目の胚発生率(63.7%対46.1%)、臨床妊娠率(41.9%対25.8%)がいずれもDGCより高く、流産率にも低下傾向がみられたことが報告されています。今回示されたDNA損傷や染色質成熟度の改善は、こうした臨床成績の差を裏付けうる生物学的な根拠の一つと位置づけられます。
臨床的意味・日本への含意
日本では、体外受精・顕微授精における精子選別は、密度勾配遠心分離法やスイムアップ法がWHOの精液検査マニュアルに準拠する形で広く用いられています。今回の結果は、こうした標準的な方法に代わる選択肢として、MSUが特にICSIの現場で有用となりうることを示唆しています。ICSIでは、注入する精子は1個で足りるため、MSUのように回収数が少ない方法でも実用上の支障はありません。むしろ高度乏精子症など、もともと精子数が極めて少ない症例においては、多くの精子を必要とするDGCよりも扱いやすい可能性があります。
一方、体外受精(通常媒精)のように多数の精子を必要とする治療では、回収率が低いMSUをそのまま適用することは難しく、用途はICSIに限定されると考えられます。また、MSUに必要な機材(ICSI-PVP、顕微操作装置)は、ICSIをすでに実施している施設であればおおむね揃っており、新たな設備投資の負担が比較的小さい点も、臨床現場で導入を検討しやすい要素といえます。
研究の強みと限界
この研究の強みは、同一検体をDGCとMSUの両方で処理するペアデザインを採用し、個人差の影響を最小限に抑えている点、また事前の検出力計算に基づいて必要な検体数を確保している点、さらにDNA断片化・核未成熟性・染色質脱凝縮という3つの独立した指標で一貫した結果を示している点にあります。もとの精液の状態(軽症・重症)で層別化した解析でも、MSUの優位性は変わらず認められました。
一方で、いくつかの限界も存在します。MSUで回収できる精子数が少ないため、3種類の染色を同一検体で行うことができず、DNA断片化・核未成熟性・染色質脱凝縮の3指標が同じ精子集団でどの程度相関するかは、この研究では検証できていません。また、ICSIで実際に注入する精子を選ぶ際に重要な形態評価は、選別後には行われていません。さらに、MSUがなぜDGCより優れた結果を示すのか、その機序(遠心操作の有無、処理時間の短さ、選別原理の違いなど)のうち、どの要因がどの程度寄与しているかは、この研究だけでは切り分けられていません。単一施設で実施された研究である点も踏まえ、他施設や異なる患者背景での再現性の確認が今後の課題となります。
おわりに
今回の研究は、精子DNA断片化率、核未成熟性、染色質脱凝縮という3つの指標において、遠心操作を伴わないMSUが、標準的なDGCよりも一貫して優れた精子選別結果をもたらすことを示しました。以前に報告されていたMSUによるICSI臨床成績の向上に、核内DNA・染色質の質の改善という生物学的な裏付けが加わった形です。ただし、染色質の質の改善が実際の臨床成績の差をどこまで説明するのかについては、今回の研究では直接検証されておらず、今後さらなる研究による確認が必要とされています。
参考文献
1. Palini S, Benedetti S, De Stefani S, et al. “Sperm Selection Using Micro Swim-Up: Improvement of Chromatin Integrity Compared to Density Gradient Centrifugation.” Andrology 2026;0:1–10. doi:10.1111/andr.70327
2. Palini S, Stefani S, Primiterra M, et al. “Comparison of in Vitro Fertilization Outcomes in ICSI Cycles After Human Sperm Preparation by Density Gradient Centrifugation and Direct Micro Swim-Up Without Centrifugation.” JBRA Assisted Reproduction 2017;21(2):89–93. doi:10.5935/1518-0557.20170022
3. Palini S, Primiterra M, De Stefani S, et al. “A New Micro Swim-Up Procedure for Sperm Preparation in ICSI Treatments: Preliminary Microbiological Testing.” JBRA Assisted Reproduction 2016;20(2):94–98. doi:10.5935/1518-0557.20160023
4. Muratori M, Tarozzi N, Carpentiero F, et al. “Sperm Selection With Density Gradient Centrifugation and Swim up: Effect on DNA Fragmentation in Viable Spermatozoa.” Scientific Reports 2019;9:7492. doi:10.1038/s41598-019-43981-2
5. World Health Organization. WHO Laboratory Manual for the Examination and Processing of Human Semen. 6th ed. WHO Press, 2021.