科學(xué)家首次用機(jī)械子宮，讓哺乳動(dòng)物胚胎在體外存活6天丨Nature

蕭簫 2021-03-19 12:26:31 來(lái)源：量子位

蕭簫 發(fā)自 凹非寺
量子位 報(bào)道 | 公眾號(hào) QbitAI

真實(shí)胚胎的發(fā)育過(guò)程，你見(jiàn)過(guò)嗎？

不僅能看見(jiàn)心臟的跳動(dòng)，還能隨時(shí)觀察胚胎一點(diǎn)點(diǎn)變化的過(guò)程：

其實(shí)，這些胚胎的發(fā)育，都是在人造子宮中完成的。

來(lái)自以色列的科學(xué)家們，首次用人造子宮，將完整小鼠胚胎從受精卵形成后第5天起，培育了6天，相當(dāng)于達(dá)到了人類(lèi)的胎兒階段。

在這一過(guò)程中，小鼠的所有器官發(fā)育指標(biāo)都正常，研究登上Nature。

而且，他們現(xiàn)在已經(jīng)能夠“從零開(kāi)始”，在人造子宮內(nèi)培育小鼠受精卵了。

這是怎么做到的？

耗時(shí)7年，做出人造子宮

這一人造子宮，耗時(shí)7年打造，其中包含恒溫箱、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和通風(fēng)系統(tǒng)。

首先，研究人員會(huì)將人類(lèi)臍帶血清，添加到玻璃小瓶中。

然后，將小鼠胚胎放置在玻璃小瓶?jī)?nèi)。

這些瓶子會(huì)被連在一個(gè)輪子上，輪子會(huì)緩慢旋轉(zhuǎn)，避免胚胎附著在玻璃瓶子上。

因?yàn)?，一旦不小心附著在瓶身上，胚胎就?huì)發(fā)生變形，直接死亡。

接下來(lái)，科學(xué)家們會(huì)將恒溫箱與通風(fēng)系統(tǒng)相連，讓通風(fēng)設(shè)備泵入氣體混合物，為胚胎提供氧氣和二氧化碳，并合理控制氣體濃度、壓力和流量。

研究人員表示，這能迫使氧氣進(jìn)入細(xì)胞，加速胚胎中血液系統(tǒng)和器官系統(tǒng)的工作。

但目前，研究人員最多只能在人造子宮中將這些小鼠胚胎培養(yǎng)至第11天（完整妊娠期約20天），類(lèi)似于人類(lèi)的胎兒階段。

在這之后，小鼠胚胎會(huì)變得太大，以至于缺乏胎盤(pán)所能提供的自然血液供應(yīng)、且氧氣無(wú)法通過(guò)，最終死亡。

這也是研究人員計(jì)劃克服的下一個(gè)障礙。

他們計(jì)劃采用營(yíng)養(yǎng)液或人工血液，讓胚胎繼續(xù)存活下去。

目前，利用這種方法，他們已經(jīng)成功培育了1000多個(gè)小鼠胚胎。

在進(jìn)行這項(xiàng)研究的過(guò)程中，研究人員還向正在發(fā)育的小鼠胚胎中加入了毒素、染料、病毒和人類(lèi)細(xì)胞，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

進(jìn)行這一系列研究的目的，是觀察到胚胎完整的發(fā)育過(guò)程。

此前，科學(xué)家們要想研究胚胎，只能不斷從動(dòng)物子宮中取出，像“拍快照”一樣觀察發(fā)育過(guò)程。

現(xiàn)在，他們可以直接在人造子宮中，對(duì)胚胎進(jìn)行培育、觀察。

加州理工學(xué)院的生物工程教授Magdalena Zernicka-Goetz表示：“這項(xiàng)工作，為研究實(shí)驗(yàn)小鼠的模型，打開(kāi)了一扇新時(shí)代的大門(mén)?！?/p>

這項(xiàng)研究，對(duì)于流產(chǎn)、受精卵移植等研究都有幫助；此外，也有助于研究基因突變或缺失，會(huì)如何影響胎兒發(fā)育。

下一步：人類(lèi)

不過(guò)，這些以色列科學(xué)家表示，他們的下一個(gè)研究對(duì)象也許是人類(lèi)胚胎。

當(dāng)然，他們還面臨一個(gè)規(guī)則的束縛。

涉及人體胚胎研究，有一個(gè)國(guó)際公認(rèn)的14天規(guī)則——全球科學(xué)家們同意，不允許人類(lèi)胚胎在實(shí)驗(yàn)室中發(fā)育超過(guò)兩周。

這是因?yàn)椋趦芍芎?，胚胎將開(kāi)始進(jìn)行細(xì)胞分化、長(zhǎng)出頭部。

但部分胚胎科學(xué)家認(rèn)為，14天太短，限制了他們的研究。

這項(xiàng)的通訊作者Jacob Hanna就表示：“我們進(jìn)行人類(lèi)胚胎研究時(shí)，只能從人工流產(chǎn)的胚胎（胎兒）上獲取人體組織。”

否則，用試管嬰兒的方式培養(yǎng)出的胚胎，不到兩周就得被破壞。

“既然如此，為什么不能等它長(zhǎng)到40天左右，再進(jìn)行處理呢？”

Hanna表示，如果確實(shí)涉及到倫理上的問(wèn)題，也可以對(duì)人類(lèi)胚胎進(jìn)行改造，使其無(wú)法充分發(fā)育。

他認(rèn)為，進(jìn)一步研究人體胚胎，對(duì)于胚胎醫(yī)學(xué)來(lái)說(shuō)，將會(huì)是一個(gè)重大的進(jìn)步。

其中一個(gè)應(yīng)用方向，就是培養(yǎng)胚胎中原始器官的細(xì)胞，并用于器官移植。

不過(guò)，他也堅(jiān)稱(chēng)，科學(xué)家們不會(huì)嘗試用這種方式來(lái)完成“懷孕”的過(guò)程，何況這在大多數(shù)國(guó)家都是被禁止的。

作者介紹

兩位共同一作，均來(lái)自位于以色列的魏茨曼科學(xué)研究所。

論文一作Alejandro Aguilera Castrejon，生命科學(xué)博士在讀，主要研究方向是表觀遺傳重編程和多能干細(xì)胞。

共同一作Bernardo Oldak，博士，與Alejandro Aguilera Castrejon同屬于Jacob Hanna的分子遺傳學(xué)小組。

通訊作者Jacob H. Hanna，魏茨曼科學(xué)研究所的分子遺傳學(xué)教授。

Jacob Hanna的主要研究方向，是胚胎干細(xì)胞生物學(xué)、早期胚胎發(fā)育和人類(lèi)疾病模型。

論文地址：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03416-3

參考鏈接：
[1]https://www.nytimes.com/2021/03/17/health/mice-artificial-uterus.html
[2]https://www.technologyreview.com/2021/03/17/1020969/mouse-embryo-grown-in-a-jar-humans-next/