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精子選別とは、遠心分離やスイムアップ法といった従来の手法を用いて、卵子を受精させる精子の種類を選択する方法である。フローサイトメトリーなどの新しい手法の導入により、精子選別の可能性が広がり、新たな精子選別技術の開発も進められている。
この技術は、最も健康な精子を選別するだけでなく、より具体的な特性の判定にも利用できます。例えば、 DNA含有量の違いに基づいて精子をX染色体（雌）とY染色体（雄）を持つ集団に分ける性別選別などが挙げられます。こうして選別された精子は、人工授精や体外受精（IVF）といった他の生殖補助技術と併用することで、家畜だけでなく人間の医療においても、望ましい性別の子孫を生み出すために利用できます。
フローサイトメトリーの登場以前は、精子を選別するためにいくつかの方法が用いられていました。密度勾配遠心分離（連続または不連続勾配）は、精子の密度を品質の指標として、精子濃度が低い精液サンプルを濃縮することができます。[ 1 ] [ 2 ]同様に、いわゆるスイムアップ法では、遠心分離のステップを適用した後、精子を培地に泳がせることで、運動性精子のサブポピュレーションを濃縮します。しかし、精子の遠心分離は精子の生存率に悪影響を及ぼし、活性酸素種の産生を引き起こします。[ 1 ]従来の技術は、生殖補助医療で日常的に使用されています。[ 3 ]
フローサイトメトリーは精子を選別するために使用されるもう1つの方法であり、この技術の応用により精子選別に新たな可能性が開かれています。しかし、フローサイトメトリーに基づく精子選別ではDNAを染色する蛍光色素がよく使用されるため、ヒトの生殖医療におけるこの技術の安全性は科学的な議論の対象となっています。[ 4 ] [ 5 ]
しかし、フローサイトメトリーは、個々の精子細胞のDNA含有量を測定することで将来の子孫の性別を判定できる、現在使用されている唯一の技術です。この技術は、精子がより大きなX染色体（雌の子孫を生み出す）またはより小さなY染色体（雄の子孫を生み出す）を含んでいるかどうかを評価します。そして、X精子とY精子を分離することができます。[ 6 ]いわゆるベルツフィールド精子性別判定技術は、USDAがローレンス・リバモア国立研究所と共同で開発したもので、X染色体とY染色体のDNAの違いに基づいています。[ 7 ]フローサイトメトリーによる選別を行う前に、精液はHoechst 33342と呼ばれる蛍光色素で標識され、各精子のDNAに結合します。X染色体はY染色体よりも大きい（つまり、より多くのDNAを持っている）ため、「雌」（X染色体を持つ）精子は、雄（Y染色体を持つ）精子よりも多くの色素を吸収します。その結果、フローサイトメトリー中に紫外線に曝されると、X染色体精子はY染色体精子よりも明るく蛍光を発します。精子がフローサイトメーターを1列で通過すると、各精子は1つの液滴に包まれ、染色体の状態に対応する電荷（例えば、X染色体は正電荷、Y染色体は負電荷）が割り当てられます。その後、X染色体液滴とY染色体液滴の流れは静電偏向によって分離され、後続の処理のために別々の収集チューブに収集されます。[ 8 ]
精子選別に使用されるもう1つの細胞計測技術は、磁気活性化細胞選別（MACS）であり、DNA断片化精子を選別するために生殖補助医療病院で日常的に適用されています。これは、アネキシンVなどのプログラム細胞死（アポトーシス）の表面マーカーに対する抗体と磁気ビーズを組み合わせることによって実現されます。これらの抗体が結合した後、アポトーシスを起こした精子は、精子懸濁液に磁場をかけることによって選別されます。 [ 9 ] MACSは、蛍光DNA結合分子を必要としません。
精子細胞のDNA損傷はラマン分光法を用いて検出できる。[ 10 ]ただし、個々の特性を検出するには特異性が十分ではない。[ 10 ] DNA損傷が最も少ない精子細胞は、その後、卵細胞質内精子注入法（ICSI）によって卵細胞に注入される。 [ 10 ]精子選別に関する他の多くの方法が提案されているか、現在試験中である。[ 1 ] [ 3 ]
DNA損傷指数が低い精子を選択するために、電気泳動[ 11 ] 、Z法[ 12 ] 、MACS（磁気活性化細胞選別）などの技術を用いて、DNA断片化のない精子で精子集団を濃縮することができ、これらを単一精子調製プロトコルにおける密度勾配遠心分離と組み合わせることで、より高品質の精子が得られる[ 13 ] 。
精子細胞膜上のヒアルロン酸（HA）結合部位は、精子の成熟度を示す指標である（Huszarら、2003年、Yudinら、1999年）。この事実に基づいた方法は2つある。生理的精子細胞質内注入法（PICSI）と精子スロー法である。どちらの方法も、精子洗浄または遠心分離による精子前処理が必要となる。
精子は、数百万個の精子が膣に入ると自然選択の過程を経ますが、卵子に到達するのはごくわずかで、そのうち通常は1個だけが受精を許されます。精子は、運動性の高さだけでなく、 DNAの完全性、活性酸素種の産生、生存率などの他の要因によっても選択されます。体外受精の場合、この選択は大部分が回避されるため、生殖補助医療技術に関連する先天異常の発生率が高くなります。卵子は、自然条件下では受精する可能性が低い精子によって受精されることがよくあります。[ 1 ]したがって、精子選別は生殖補助医療に関連するリスクを軽減するために使用できます。さらに、子供の性別を選択するために精子選別を使用することについての議論が続いています。
従来の精子選別法は、その後の人工授精や体外受精の前に精子の質を評価するために広く使用されてきました。これらの技術を使用して選別された精子は、選別されていない精子よりも優れた品質であることが確認されています。[ 14 ] [ 15 ]しかし、DNAの完全性などの精子の重要な特性は、これらの従来の方法ではテストされていません。YO -PRO染色などの新しいフローサイトメトリーベースの技術は、アポトーシスを起こした精子や死んだ精子を生存している精子から区別することができます。[ 2 ]例えば、アネキシンV染色に続いてMACSを行うと、以前に生殖補助医療で失敗したカップルの妊娠率を大幅に改善することができます。[ 9 ]
フローサイトメトリーによる精子選別は獣医療において確立された技術であり、酪農業界では雌牛のほとんどが選別された精液で人工授精され、雌の子牛の数を増やしている（他の家畜種では精子選別はあまり一般的ではないが、人工授精は一般的である）。[ 16 ]選別された精子を用いた家畜の人工授精は、増加する人間の人口に十分な食料を生産するために必要な農業の効率を高める有望な方法として、国連食糧農業機関（FAO）によって認識されている。選別された精子を用いた人工授精は、雄と雌の子牛の最適な比率を作り出し、乳生産量を増やす方法と見なされている。[ 16 ]
子供の性別を選択することは、デュシェンヌ型筋ジストロフィーや血友病などの性に関連する遺伝性疾患の家族歴がある場合、これらの疾患の予防に役立つ可能性がある。一方、ヒトにおける精子選別は、性別選択という考え方に伴う倫理的懸念を引き起こす。大規模に適用された場合、性比の不均衡を引き起こす可能性がある。また、両親が第一子として一貫して男の子を選択する場合（第一子は人生で成功する可能性が高いことが示されている）、ジェンダー平等にも影響を与える可能性がある。[ 17 ]
世界には、非医療目的での性別選択を明示的に許可している国はありません。2009年には、性染色体連鎖疾患のリスクやその他の医療目的の場合に性別選択を許可している国が31か国ありました。[ 18 ]米国では、ヒトの場合、性別選択における精子選別法の適用はFDAによって厳しく規制されています。MicroSort技術が確立された後、臨床試験の一環として親に提供されました。この手順は、性染色体連鎖疾患を持っていることや、少なくとも1人の子供がいること（家族のバランスのため）などの特定の基準を満たすことに加えて、毎月限られた数の参加者に提供されました。[ 19 ]現在、いくつかの国にMicroSort研究所と協力医師がいます（一般的な目的のものもあれば、一方の性別に関連する遺伝性疾患のリスクの場合のみサービスを提供するものもあります）。[ 20 ]
フローサイトメトリーによる精子選別は非常に正確ですが、完全に分離した2つの集団を生成することはできません。つまり、常に「女性」の精子の中に「男性」の精子が混在し、その逆もまた然りです。各集団の正確な純度は、選別対象の種と、機械から見える全集団の周囲にオペレーターが設定する「ゲート」に依存します。一般的に、種のX染色体とY染色体のDNAの違いが大きいほど、高純度の集団を生成しやすくなります。ヒツジやウシでは、「ゲーティング」にもよりますが、通常、各性別の純度は90%以上を維持しますが、ヒトでは、「女性」の精子で90%、「男性」の精子で70%に低下する可能性があります。[ 19 ]