来源:医学界

  下一步目标:培育人类胚胎。

  你是否好奇,一枚受精卵如何分裂出心脏、胃、头部和四肢的?

  想知道,胚胎何时会有自己的心跳?

  或者,不借助B超等设备,也能“亲眼看着”TA慢慢长大?

  梦想已成真。

  近日,《自然》杂志发布以色列魏茨曼科学研究所最新研究,称其利用“人造子宫”,已成功培育出数百只小老鼠,且小鼠所有器官发育指标都正常。

  过去数十年,医学科学界一直在尝试体外培育哺乳动物。但成功案例仅限于实验室环境下的早期胚胎分裂、短期发育,或待器官形成后,从子宫中取出胎儿并在实验室中继续生长。

  比如,2017年,美国费城儿童医院改进早产儿孵化器,制成塑料袋式“人造子宫”。共有8只羊羔胎儿在“人造子宫”中活了4周,并成功出生。但移入“人造子宫”时,这些羔羊胎儿的胎龄相当于22-23周的人类胎儿,器官已形成。22-23周是人类最早可以出生并在子宫外存活的胎龄。

  而以色列魏茨曼科学研究所关注的是“胚胎早期完整发育”,见证其如何发育成生命体。“我们的下一个研究对象,或是人类胚胎。”研究团队称。

  用玻璃瓶“养孩子”

  “研究始于干细胞组成的胚胎。我们看着小鼠器官在眼前迅速长大。”文章通讯作者、以色列魏茨曼科学研究所分子遗传学教授雅各布·H·汉纳(Jacob H。 Hanna)介绍,研究团队从母鼠体内提取出孕育只有5天、由250个细胞组成的胚胎。此时胚胎已出现内外之分,内细胞团分化、形成外胚层和原始内胚层。

  然后,研究团队将胚胎置入“人造子宫”环境中。

  “研究成功的关键,就是开发出特殊系统,为胚胎发育创造所有合适条件。”研究团队称,“人造子宫”包含保温箱、营养物质和通风系统等部分。其从概念到制成并成功运转,耗时7年。

  化妆品小样大小的玻璃瓶,是孕育小鼠胚胎的“子宫”。作为“妈妈”的研究人员们,将滋养胚胎细胞的特殊液体装入玻璃瓶内,再置入小鼠胚胎。这些特殊液体能为胚胎提供必需的营养成分、激素和糖分。

  接着,玻璃瓶被固定在一个持续旋转的转轮上。这样能避免胚胎附着在玻璃瓶侧面,从而变形、甚至死亡。

  转轮置于恒温箱中,与通风系统相连。通风设备会持续泵入气体混合物,并实时监控、调节气体浓度、压力和温度等,从而为小鼠胚胎创造理想的“发育环境”。

  小鼠胚胎的完整妊娠期为19-21天。研究团队将小鼠胚胎置于“人造子宫”培养的“最长时间”为6-7天。将之换算成人类胚胎,相当于发育至人类胎儿阶段。

  此时,小鼠胚胎已经从细胞球长成小鼠胎儿:出现所有器官,能自己造血,心脏有跳动,大脑完全发育。

  尽管小鼠胎儿非常健康,仍在第11天左右死去。原因是胚胎生长10倍,体积、重量太大,无法从“人造子宫”获得足量营养物质和氧气供应。研究人员也暂时无法将小鼠胎儿移回母鼠子宫。

  “这是我们希望解决的下一个难题。”雅各布·H·汉纳称,团队将尝试注入营养液或人工血液,帮助胚胎继续发育。

  他还表示,此项研究的重点不是在实验室内将小鼠胚胎养到足月,而是观察和操纵胚胎早期发育。在研究过程中,研究人员会向小鼠胚胎注射毒素、染料、病毒和人类细胞等,以观察和研究基因突变或缺失对胚胎发育的影响。

  《麻省理工科技评论》援引加州理工学院生物工程教授马格达莱纳·泽尼克·戈茨(Magdalena Zernicka-Goetz)发言称:“这一技术为研究胚胎发育打开新时代的大门。它能避免子宫内部成像限制,使研究者直接观察胚胎发育过程,可应用于受精卵移植、流产等研究。”

  小鼠胎儿第11天时的照片。/Daily Mail

  “人造子宫”下一步:

  培育人类胚胎?

  就在雅各布·H·汉纳等人研究发布的同时,另外两个独立团队于《自然》杂志报告称,用两种方法完成同一件事情:在实验室条件下,于人类历史上首次基于非生殖细胞的人体细胞,构建出完整的人造人囊胚样模型。

  接连公布3项研究成果后,《自然》官网收到诸多留言。其中,大众最关心的问题是:这是否意味着即将实现人造生命?

  对此,科学界普遍认知是,人造人囊胚只是经历过胚胎发育早期阶段的细胞集合,并不能发育成胎儿。同时,针对人类胚胎的研究,国际上有一个公认的“14天规则”,即只能在不满14天的胚胎上进行实验。由人体细胞转化而来的人造人囊胚是否受这一规则限制,目前仍在讨论中。

  “14天规则”亦是雅各布·H·汉纳下一步研究所面临的挑战。“使用‘人造子宫’孕育人类胚胎,是我们未来研究的一部分。”他告诉《麻省理工科技评论》,这或有望完全模拟妊娠早期的人体子宫环境,为子宫外孕育人类胚胎建立技术基础。

  雅各布·H·汉纳团队主张,待人类胚胎发育至5周后,再行销毁。“若确实涉及伦理问题,我们可以改造人类胚胎,使其无法充分发育。也可以培养原始器官细胞,培育出具体器官,并用于移植。”

  2020年12月,《自然》杂志预测,国际干细胞研究学会(ISSCR)或将更新研究指南,指导包括体外干细胞培养的人类“类胚胎结构”研究,为延长胚胎伦理中的“14天规则”提供事实支撑。

  美国波士顿大学公共卫生学院卫生法、伦理与人权中心主任乔治·安纳斯(George J。 Annas)表示,过去,“14天规则”被严格遵守,很大一部分原因在于技术缺陷,难以突破14天限制。如今,干细胞科学、遗传学和合成生物学都有了巨大进步,是时候对“14天规则”提出质疑并予以更新,重新划定合成生物学研究的界限。


新闻来源:新浪