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下一步目標：培育人類(lèi)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？
圖片來(lái)源于Daily Mail
想知道，胚胎何時(shí)會(huì )有自己的心跳？
圖片來(lái)源于MIT
或者，不借助B超等設備，也能“親眼看著(zhù)”TA慢慢長(cháng)大？
圖片來(lái)源于WEIZMANN INSTITUTE OF SCIENCE
夢(mèng)想已成真。
近日，《自然》雜志發(fā)布以色列魏茨曼科學(xué)研究所最新研究，稱(chēng)其利用“人造子宮”，已成功培育出數百只小老鼠，且小鼠所有器官發(fā)育指標都正常。
過(guò)去數十年，醫學(xué)科學(xué)界一直在嘗試體外培育哺乳動(dòng)物。但成功案例僅限于實(shí)驗室環(huán)境下的早期胚胎分裂、短期發(fā)育，或待器官形成后，從子宮中取出胎兒并在實(shí)驗室中繼續生長(cháng)。
比如，2017年，美國費城兒童醫院改進(jìn)早產(chǎn)兒孵化器，制成塑料袋式“人造子宮”。共有8只羊羔胎兒在“人造子宮”中活了4周，并成功出生。但移入“人造子宮”時(shí)，這些羔羊胎兒的胎齡相當于22-23周的人類(lèi)胎兒，器官已形成。22-23周是人類(lèi)最早可以出生并在子宮外存活的胎齡。
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而以色列魏茨曼科學(xué)研究所關(guān)注的是“胚胎早期完整發(fā)育”，見(jiàn)證其如何發(fā)育成生命體?！拔覀兊南乱粋€(gè)研究對象，或是人類(lèi)胚胎?！毖芯繄F隊稱(chēng)。
用玻璃瓶“養孩子”
“研究始于干細胞組成的胚胎。我們看著(zhù)小鼠器官在眼前迅速長(cháng)大?！蔽恼峦ㄓ嵶髡?、以色列魏茨曼科學(xué)研究所分子遺傳學(xué)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(gè)細胞組成的胚胎。此時(shí)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。
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然后，研究團隊將胚胎置入“人造子宮”環(huán)境中。
“研究成功的關(guān)鍵，就是開(kāi)發(fā)出特殊系統，為胚胎發(fā)育創(chuàng )造所有合適條件?！毖芯繄F隊稱(chēng)，“人造子宮”包含保溫箱、營(yíng)養物質(zhì)和通風(fēng)系統等部分。其從概念到制成并成功運轉，耗時(shí)7年。
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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?jì)?，再置入小鼠胚胎。這些特殊液體能為胚胎提供必需的營(yíng)養成分、激素和糖分。
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接著(zhù)，玻璃瓶被固定在一個(gè)持續旋轉的轉輪上。這樣能避免胚胎附著(zhù)在玻璃瓶側面，從而變形、甚至死亡。
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轉輪置于恒溫箱中，與通風(fēng)系統相連。通風(fēng)設備會(huì )持續泵入氣體混合物，并實(shí)時(shí)監控、調節氣體濃度、壓力和溫度等，從而為小鼠胚胎創(chuàng )造理想的“發(fā)育環(huán)境”。
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小鼠胚胎的完整妊娠期為19-21天。研究團隊將小鼠胚胎置于“人造子宮”培養的“最長(cháng)時(shí)間”為6-7天。將之換算成人類(lèi)胚胎，相當于發(fā)育至人類(lèi)胎兒階段。
此時(shí)，小鼠胚胎已經(jīng)從細胞球長(cháng)成小鼠胎兒：出現所有器官，能自己造血，心臟有跳動(dòng)，大腦完全發(fā)育。
盡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(cháng)10倍，體積、重量太大，無(wú)法從“人造子宮”獲得足量營(yíng)養物質(zhì)和氧氣供應。研究人員也暫時(shí)無(wú)法將小鼠胎兒移回母鼠子宮。
圖片來(lái)源于WEIZMANN INSTITUTE OF SCIENCE
“這是我們希望解決的下一個(gè)難題?！毖鸥鞑肌·漢納稱(chēng)，團隊將嘗試注入營(yíng)養液或人工血液，幫助胚胎繼續發(fā)育。
他還表示，此項研究的重點(diǎn)不是在實(shí)驗室內將小鼠胚胎養到足月，而是觀(guān)察和操縱胚胎早期發(fā)育。在研究過(guò)程中，研究人員會(huì )向小鼠胚胎注射毒素、染料、病毒和人類(lèi)細胞等，以觀(guān)察和研究基因突變或缺失對胚胎發(fā)育的影響。
圖片來(lái)源于WEIZMANN INSTITUTE OF SCIENCE
《麻省理工科技評論》援引加州理工學(xué)院生物工程教授馬格達萊納·澤尼克·戈茨（Magdalena Zernicka-Goetz）發(fā)言稱(chēng)：“這一技術(shù)為研究胚胎發(fā)育打開(kāi)新時(shí)代的大門(mén)。它能避免子宮內部成像限制，使研究者直接觀(guān)察胚胎發(fā)育過(guò)程，可應用于受精卵移植、流產(chǎn)等研究?！?/p>
小鼠胎兒第11天時(shí)的照片。/Daily Mail
“人造子宮”下一步：
培育人類(lèi)胚胎？
就在雅各布·H·漢納等人研究發(fā)布的同時(shí)，另外兩個(gè)獨立團隊于《自然》雜志報告稱(chēng)，用兩種方法完成同一件事情：在實(shí)驗室條件下，于人類(lèi)歷史上首次基于非生殖細胞的人體細胞，構建出完整的人造人囊胚樣模型。
接連公布3項研究成果后，《自然》官網(wǎng)收到諸多留言。其中，大眾最關(guān)心的問(wèn)題是：這是否意味著(zhù)即將實(shí)現人造生命？
對此，科學(xué)界普遍認知是，人造人囊胚只是經(jīng)歷過(guò)胚胎發(fā)育早期階段的細胞集合，并不能發(fā)育成胎兒。同時(shí)，針對人類(lèi)胚胎的研究，國際上有一個(gè)公認的“14天規則”，即只能在不滿(mǎn)14天的胚胎上進(jìn)行實(shí)驗。由人體細胞轉化而來(lái)的人造人囊胚是否受這一規則限制，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?！笆褂?#39;人造子宮’孕育人類(lèi)胚胎，是我們未來(lái)研究的一部分?！彼嬖V《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(huán)境，為子宮外孕育人類(lèi)胚胎建立技術(shù)基礎。
雅各布·H·漢納團隊主張，待人類(lèi)胚胎發(fā)育至5周后，再行銷(xiāo)毀?！叭舸_實(shí)涉及倫理問(wèn)題，我們可以改造人類(lèi)胚胎，使其無(wú)法充分發(fā)育。也可以培養原始器官細胞，培育出具體器官，并用于移植?！?/p>
圖片來(lái)源于MIT
2020年12月，《自然》雜志預測，國際干細胞研究學(xué)會(huì )（ISSCR）或將更新研究指南，指導包括體外干細胞培養的人類(lèi)“類(lèi)胚胎結構”研究，為延長(cháng)胚胎倫理中的“14天規則”提供事實(shí)支撐。
美國波士頓大學(xué)公共衛生學(xué)院衛生法、倫理與人權中心主任喬治·安納斯（George J. Annas）表示，過(guò)去，“14天規則”被嚴格遵守，很大一部分原因在于技術(shù)缺陷，難以突破14天限制。如今，干細胞科學(xué)、遺傳學(xué)和合成生物學(xué)都有了巨大進(jìn)步，是時(shí)候對“14天規則”提出質(zhì)疑并予以更新，重新劃定合成生物學(xué)研究的界限。
資料來(lái)源：
1.Ex utero mouse embryogenesis from pre-gastrulation to late organogenesis. Nature. 17 March 2021
2.Scientists say human embryos could be grown in a test tube for FIVE WEEKS after mouse embryos developed a heart, head and beating heart in a jar in groundbreaking study. DailyMail
3.A mouse embryo has been grown in an artificial womb—humans could be next. MIT Technology Review
4.No uterus, no problem: Mouse embryos grown in bottles form organs and limbs. Science. doi:10.1126/science.abi5734
5.The science events to watch for in 2021. Nature. 589,14-15(2021). doi.org/10.1038/d41586-020-03651-0
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