“人造子宮”養出了小鼠,離育人還有多遠?
2021年04月08日10:45

  來源:醫學界

  下一步目標:培育人類胚胎。

  你是否好奇,一枚受精卵如何分裂出心臟、胃、頭部和四肢的?

  想知道,胚胎何時會有自己的心跳?

  或者,不借助B超等設備,也能“親眼看著”TA慢慢長大?

  夢想已成真。

  近日,《自然》雜誌發佈以色列魏茨曼科學研究所最新研究,稱其利用“人造子宮”,已成功培育出數百隻小老鼠,且小鼠所有器官發育指標都正常。

  過去數十年,醫學科學界一直在嚐試體外培育哺乳動物。但成功案例僅限於實驗室環境下的早期胚胎分裂、短期發育,或待器官形成後,從子宮中取出胎兒並在實驗室中繼續生長。

  比如,2017年,美國費城兒童醫院改進早產兒孵化器,製成塑料袋式“人造子宮”。共有8隻羊羔胎兒在“人造子宮”中活了4周,併成功出生。但移入“人造子宮”時,這些羔羊胎兒的胎齡相當於22-23周的人類胎兒,器官已形成。22-23周是人類最早可以出生並在子宮外存活的胎齡。

  而以色列魏茨曼科學研究所關注的是“胚胎早期完整發育”,見證其如何發育成生命體。“我們的下一個研究對象,或是人類胚胎。”研究團隊稱。

  用玻璃瓶“養孩子”

  “研究始於幹細胞組成的胚胎。我們看著小鼠器官在眼前迅速長大。”文章通訊作者、以色列魏茨曼科學研究所分子遺傳學教授雅各布·H·漢納(Jacob H。 Hanna)介紹,研究團隊從母鼠體內提取出孕育只有5天、由250個細胞組成的胚胎。此時胚胎已出現內外之分,內細胞團分化、形成外胚層和原始內胚層。

  然後,研究團隊將胚胎置入“人造子宮”環境中。

  “研究成功的關鍵,就是開發出特殊系統,為胚胎發育創造所有合適條件。”研究團隊稱,“人造子宮”包含保溫箱、營養物質和通風系統等部分。其從概唸到製成併成功運轉,耗時7年。

  化妝品小樣大小的玻璃瓶,是孕育小鼠胚胎的“子宮”。作為“媽媽”的研究人員們,將滋養胚胎細胞的特殊液體裝入玻璃瓶內,再置入小鼠胚胎。這些特殊液體能為胚胎提供必需的營養成分、激素和糖分。

  接著,玻璃瓶被固定在一個持續旋轉的轉輪上。這樣能避免胚胎附著在玻璃瓶側面,從而變形、甚至死亡。

  轉輪置於恒溫箱中,與通風系統相連。通風設備會持續泵入氣體混合物,並實時監控、調節氣體濃度、壓力和溫度等,從而為小鼠胚胎創造理想的“發育環境”。

  小鼠胚胎的完整妊娠期為19-21天。研究團隊將小鼠胚胎置於“人造子宮”培養的“最長時間”為6-7天。將之換算成人類胚胎,相當於發育至人類胎兒階段。

  此時,小鼠胚胎已經從細胞球長成小鼠胎兒:出現所有器官,能自己造血,心臟有跳動,大腦完全發育。

  儘管小鼠胎兒非常健康,仍在第11天左右死去。原因是胚胎生長10倍,體積、重量太大,無法從“人造子宮”獲得足量營養物質和氧氣供應。研究人員也暫時無法將小鼠胎兒移回母鼠子宮。

  “這是我們希望解決的下一個難題。”雅各布·H·漢納稱,團隊將嚐試注入營養液或人工血液,幫助胚胎繼續發育。

  他還表示,此項研究的重點不是在實驗室內將小鼠胚胎養到足月,而是觀察和操縱胚胎早期發育。在研究過程中,研究人員會向小鼠胚胎注射毒素、染料、病毒和人類細胞等,以觀察和研究基因突變或缺失對胚胎發育的影響。

  《麻省理工科技評論》援引加州理工學院生物工程教授馬格達萊納·澤尼克·戈茨(Magdalena Zernicka-Goetz)發言稱:“這一技術為研究胚胎發育打開新時代的大門。它能避免子宮內部成像限製,使研究者直接觀察胚胎發育過程,可應用於受精卵移植、流產等研究。”

  小鼠胎兒第11天時的照片。/Daily Mail

  “人造子宮”下一步:

  培育人類胚胎?

  就在雅各布·H·漢納等人研究發佈的同時,另外兩個獨立團隊於《自然》雜誌報告稱,用兩種方法完成同一件事情:在實驗室條件下,於人類歷史上首次基於非生殖細胞的人體細胞,構建出完整的人造人囊胚樣模型。

  接連公佈3項研究成果後,《自然》官網收到諸多留言。其中,大眾最關心的問題是:這是否意味著即將實現人造生命?

  對此,科學界普遍認知是,人造人囊胚只是經曆過胚胎發育早期階段的細胞集合,並不能發育成胎兒。同時,針對人類胚胎的研究,國際上有一個公認的“14天規則”,即只能在不滿14天的胚胎上進行實驗。由人體細胞轉化而來的人造人囊胚是否受這一規則限製,目前仍在討論中。

  “14天規則”亦是雅各布·H·漢納下一步研究所面臨的挑戰。“使用‘人造子宮’孕育人類胚胎,是我們未來研究的一部分。”他告訴《麻省理工科技評論》,這或有望完全模擬妊娠早期的人體子宮環境,為子宮外孕育人類胚胎建立技術基礎。

  雅各布·H·漢納團隊主張,待人類胚胎發育至5周後,再行銷毀。“若確實涉及倫理問題,我們可以改造人類胚胎,使其無法充分發育。也可以培養原始器官細胞,培育出具體器官,並用於移植。”

  2020年12月,《自然》雜誌預測,國際幹細胞研究學會(ISSCR)或將更新研究指南,指導包括體外幹細胞培養的人類“類胚胎結構”研究,為延長胚胎倫理中的“14天規則”提供事實支撐。

  美國波士頓大學公共衛生學院衛生法、倫理與人權中心主任喬治·安納斯(George J。 Annas)表示,過去,“14天規則”被嚴格遵守,很大一部分原因在於技術缺陷,難以突破14天限製。如今,幹細胞科學、遺傳學和合成生物學都有了巨大進步,是時候對“14天規則”提出質疑並予以更新,重新劃定合成生物學研究的界限。

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