世界首例！不用精子卵子子宫，科学家成功培育首个“人工合成胚胎”

当精子遇到卵子——这是一个生命开始必不可少的第一步，也是胚胎发育中常见的第一步。

那么没有子宫，胚胎可以生长发育吗？

不是不可以。

2021年3月，魏茨曼科学研究所的Jacob H.Hanna教授及研究团队在Nature期刊在线发表了一篇研究论文。

在该研究中，他们做了一个人造机器子宫，小鼠胚胎能在其中正常生长6天时间，这是小鼠完整妊娠期的大约三分之一，此时，培养的小鼠胚胎已经可以明显看出身体结构和器官了。

那如果没有精子和卵子，可以有胚胎吗？

也不是不行。

还是Jacob H.Hanna教授和他的研究团队，在这项最新研究中做出了更大胆的尝试，即无需天然胚胎，而是通过干细胞制成人工胚胎，直接在人造子宫中进行培养。

也就是在不使用精子、卵子或子宫的情况下从小鼠细胞中培育出世界首例“合成胚胎”。8月1日，该研究成果以题为“Post-Gastrulation Synthetic Embryos Generated Ex Utero from Mouse Naïve ESCs”发表于Cell。

无需精卵结合，子宫外培育“人造胚胎”

Hanna的团队两项实验基础之上开展的本次实验。其一是将干细胞重新编程回幼稚状态的有效方法；其二是该团队开发的用于在子宫外培育天然小鼠胚胎的电子控制设备。

该装置将胚胎保持在不断移动的烧杯内的营养液中，模拟物质血液向胎盘供应营养的方式，并密切控制氧气交换和大气压力。

研究小组将“人造子宫”系统与一种新型的干细胞混合物相结合，这种干细胞混合物中的部分细胞已经化学诱导处理，一些在胎盘和卵黄囊发育阶段的关键基因（如Cdx2和GATA-4）被过表达，而上述两种组织对于胚胎的健康生长至关重要。

这些“合成胚胎”可以在“人造子宫”中生长到第8.5天，并成功发育出形态良好的大脑、神经管、肠道以及正常跳动的心脏等组织。

更重要的是，通过分析合成胚胎在不同组织中的基因表达模式，研究人员发现它们与天然状态下胚胎的相似度高达95%。

该研究的通讯作者 Jacob Hanna 教授感叹道：我们发现这些细胞有着难以置信的自我组织能力，在给予合适的人工设备支持时，就可以释放这种能力。

这项研究的意义和局限有哪些

推动发育生物学的发展

如今，科学家们可以很容易地将成熟体细胞恢复到更原始的干细胞状态，但要弄清楚哪些化学信号会诱导干细胞产生肝脏或肾脏的前体，则是一项更具挑战性的工作。

这项新研究为正确使用这些配方提供一条前进的道路：透明的“人造子宫”可以允许发育生物学家实时观察器官的发育情况；且因为从干细胞开始，而不是受精卵，它们可以以一种更具伸缩性和可控性的方式产生这些胚胎结构。

对此，维也纳科学院分子生物技术研究所的干细胞生物学家Nicolas Rivron评论道：这将极大地完善组织和器官形成的路线图，它将教会我们最基本的结构，最终形成完整器官所必需的最小元素，单单这些就是无价的。

科学研究

“胚胎是最好的器官制造机器和最好的3D生物打印机”，Hanna表示。

细胞通过读取身体发送给它们的化学信号来“学习”它们应该做什么。研究人员可以模仿这些信号，将干细胞变成用于研究的假器官，例如用于测试药物的微型大脑。

器官移植

Hanna表示，如果这些细胞可以被诱导形成器官雏形，此研究可以从零开始制造器官并且将它们移植到人类身上，进而构建器官模块，可能未来不再需要器官捐赠者。

想象一下，一个患有白血病患者需要骨髓移植才能生存，但在未来，科学家们可以直接从病人身上获得皮肤细胞，然后将其恢复为干细胞，并在该团队创建的“人造子宫”中培养，就能获得一大群骨髓干细胞移植给病人，而不必等待可能永远不会出现的供体匹配。

Jacob Hanna教授表示：现在谈人造器官还早，但我们真的在开拓领域，更认真地探索这些可能性，我们正在从科幻小说走向科学。

当然，虽然这项研究有着多项重大意义，但它也存在一些局限性。比如，第8.5天仅仅是胚胎发育的早期阶段，距离整个妊娠期结束还太早；每10000个细胞团中大约只有50个自组织成胚胎，其余部分均发育不良。

该项研究的伦理问题呢？

虽然这项研究意义重大，但引起广泛讨论的不仅在于其能做什么，还在于其不能做什么，尤其是在伦理方面。在人类合成胚胎被开发之前讨论如何严谨地规范这项工作非常重要。

Hanna教授表示，合成胚胎不是“真正的”胚胎，不具备发育成活动物的潜力，或者至少在它们被移植到雌性老鼠子宫时无法发育成活物。

伦敦弗朗西斯·克里克研究所的小组负责人James Briscoe表示：“合成人类胚胎并没有拥有一个光明的前景。我们对人类胚胎的了解远远少于对小鼠胚胎的了解，而小鼠合成胚胎的低效率表明，将这些发现转化为人类胚胎还需要很长一段时间。”

凯斯西储大学遗传学家Paul Tesar教授曾表示，科学家们越多地将干细胞衍生胚胎沿着发育路径推得越远，合成胚胎和天然胚胎就越开始走向融合。“总会有一个灰色地带存在，但作为科学家和社会，我们需要一起来决定界限在哪里，并确定什么是道德上可以接受的。”

参考来源：生物探索，生物世界，CMD再生医学等；

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