人类创造出迄今为止最真实和最完整的胚胎模型

在显微镜下,这一团小小的细胞就像是 5 天大的人类胚胎,又被叫做囊胚。它们大小、外表和结构都如此的相似。就连组成真正囊胚的三种细胞,都被完美的复制了下来 —— 一种会分化成胎儿本身,另外一种会分化成胎盘,而最后一种则会成为胎膜。

(来源:莫纳什大学)

但这个小小的人造胚胎和真实的胚胎还有一个很重要的区别 —— 它不是精子和卵子结合出来的产物。

3 月 17 日,在 Nature 上发表的两篇论文里,研究者们称他们利用人类皮肤细胞和干细胞,成功地创造了一个和人类胚胎极其相似的生物结构。在此之前,科学家利用相似的方法造出了 “合成” 小鼠胚胎,甚至用这个人造胚胎培养出了一个小鼠胎儿。而去年,科学家称其制造出了相比来说更成熟的人类胚胎。尽管以前那些很厉害,但也无法和这个五天大的人类胚胎相比。因为这是到目前为止,人类创造出的最真实、完整的一个胚胎模型。

在当今,研究早期人类发育的科学家必须依赖那些做试管婴儿的家长们的捐献,但这显然可遇不可求。而这些新的模型为科研打开了一个新的大门 —— 在不使用人类胚胎的情况下,研究健康的胚胎是怎么产生的。科学家们认为这些胚胎模型可以让他们更好地去了解造成先天性畸形和基因疾病的机制,以及化学物质、毒素和病毒对早期胚胎的影响。

“这项新技术给我们提供了一个不需要通过 IVF(试管技术)捐赠的胚胎,去大规模研究和学习人类发育最初始阶段的机会”,一位澳大利亚莫纳什大学发育生物学家 José Polo 博士,以及其中一篇论文的第一作者,在 3 月 16 日的采访中如此说道。

在其中的一篇论文里, Polo 博士和他的小组通过把人类皮肤细胞转化为一种中间干细胞而制造出了这种类似于胚胎的结构。在另外一篇里,来自于德克萨斯大学西南医学中心的吴军(音译)博士带领他的小组,利用几种干细胞的组合 —— 有的是来自于 IVF 胚胎,而有的是通过皮肤细胞改造成的类胚胎的形态,放进一个培养皿里,给它们提供鸡尾酒式的化学信号后,组成了一个类似于 6 到 8 天囊胚的 3D 球体,小组成员把这一模型称为‘’类囊胚‘’。

这种在实验室里不需要精子和卵子就可以创造胚胎的可能性也带来了新的问题。那就是,未来有一天是不是可以利用这些胚胎去创造婴儿?对此,研究者们说,我们现有的技术还远远不到那个程度。

图 | 胚胎状结构图像(来源:莫纳什大学)

“我不认为它们和来自于 IVF 的人类囊胚是一样的,” 加州大学洛杉矶分校的干细胞生物学家 Clark 博士解释道。

首先,这些人造的结构缺乏一层叫做透明带的膜, 这个膜会在受精过程中和精子进行交互,然后在后来慢慢消失。除此之外,在实验室里造出来的类囊胚会有自然产生的胚胎里不存在的细胞。

吴博士说,这些人造胚胎基本不可能用于受孕,因为人造的老鼠胚胎在之前的实验中就无法正常生长。“根据现有的技术,我们没有足够的工具和技术去把人造的囊胚做得和自然产生的一模一样,”

来自加州理工大学的发育生物学家 Goetz 博士则认为,人造囊胚能否成为一个完整的胚胎是个很大的谜题。3 月 12 日,Goetz 博士也在预印平台 bioRvix 上发表了一个她的团队成员创造的一个类似的模型,但这篇文章还没有经过同行评审。

Goetz 说,这种人造的囊胚一个用处是研究流产和不孕不育的原因。很多胚胎不能成功地植入子宫,而这恰好是怀孕最重要的一步。不过问题在于,目前来看,这个步骤失败的背后机制还是很模糊的。

“很多很多的胚胎无法活过植入这个过程”, 她说道,“这些新的模型可以让我们更直观观测并且研究他们,以解决这个问题。”

但制造这些类囊胚是一个失败率很高,令人十分沮丧的过程。它们的生长需要提前调配好细胞营养液,里面细胞和营养元素的种类和数量以及温度都必须是恰好的配比, Goetz 博士解释道。Polo 的小组在他们的报告中讲到,他们的成功率大概只有 6-18%。

虽然这些类囊胚并不是真正的胚胎,科学家们还是会尊重一直以来的国际上的共识,在第 14 天停止他们的实验,因为科学家不能把一个人类胚胎在实验室里培养超过 14 天。在英国和很多其他国家,这个 “14 天” 准则是法律上规定的。在美国,这是一个科学家给自己定下并且遵守的规定。

对此,剑桥大学生殖科学名誉教授 Johnson 博士这样对记者解释,“很显然,作者们很希望目前的结果能够在进一步实验之前被大众认可。”

这个 14 天规则是 70 年代的产物,刚好是第一个 IVF 婴儿出生的时候。初衷是为了给胚胎研究划下一个清晰的界限,也是为了让大众放心,科学家不会做出在体外培养一个婴儿这种举动。这个规则背后的逻辑是,在 14 天左右,胚胎就会开始附着在子宫上并且开始形成神经系统的雏形。

在创造这个规则出来的时候,科学家还没有技术可以支持他们在实验室里培养一个胚胎这么久。但在 2016 年,Goetz 博士和她的团队成功地在培养皿里把一个胚胎养到了 13 天。而且很有可能可以继续养下去。

现在有些科学家和伦理学家认为,是时候重新探讨一下这个 40 年的老规则了。他们认为把一个胚胎培养到超过 14 天可以更好地让科学家了解人类的健康和生育能力。在 2017 年,本文的作者写过一篇文章专门的去探讨这个问题,并且提到,科学家们很支持这项改动但是又担心特朗普政府政治上的报复

如今,所有干细胞和胚胎研究规章的制定者 —— 国际干细胞学会似乎也蓄势待发的想要把现有的 14 天规则取消掉。根据 MIT Technology Review 在 3 月 16 日的一个报道,学会将会在 5 月更新他们对干细胞研究的指导方针,但是他们没有单独讨论这个 “14 天规则”。

对此,洛克菲勒大学物理生物学家 Siggia 博士认为,28 天是一个更适合的限制。在 28 天的时候,胚胎大约有 6 毫米长,并且一些器官会开始成型。

Siggia 博士说,科学家创造这些类似于胚胎的囊胚不是为了把它们用于 IVF,而是希望能够通过它们去研究人类最早期的发育。“我们做人工胚胎学的原因不是为了成为科学怪人” ,Siggia 博士在接受采访时说道。“如果你们只是想要生个孩子,那么有更愉悦和可靠的方式供你选择。”

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