沒有精子、卵子、子宮，卻可以培育胚胎？！

頂級學(xué)術(shù)期刊《細胞》近日刊登的一篇論文，讓很多人直呼傻眼。

按照常識，一個胚胎的誕生、發(fā)育，精子、卵子、子宮環(huán)境，缺一不可。

但以色列維茨曼科學(xué)研究所的Jacob Hanna教授團隊，卻成功利用干細胞和“人造子宮”讓實驗小鼠胚胎正常發(fā)育——它不但發(fā)育出了一顆可以跳動的心臟，甚至還發(fā)育出了神經(jīng)褶（Neural Folds）、前腸管（Foregut Tube）和血島（Blood Islands）等脊椎動物發(fā)育初期的重要組成結(jié)構(gòu)。

此次實驗培育出的小鼠胚胎

這究竟是個什么實驗？

想弄清楚這一切是怎么發(fā)生的，首先，要明確一個前提：干細胞有分化細胞發(fā)育成完整個體的潛能。這也是為什么，近幾年有關(guān)干細胞的研究，一直是學(xué)界熱門方向之一。

根據(jù)發(fā)育潛能不同，干細胞可以分為全能干細胞、多能干細胞和單能干細胞三大類。

全能干細胞是三者中能力最強的——它有潛力發(fā)育成具有各種組織器官的完整個體。受精卵就是其中之一。而與之相對的，是單能干細胞。它只能向單一方向進行分化，產(chǎn)生一種或幾種類型相關(guān)的細胞。比如，造血干細胞、神經(jīng)干細胞、心臟干細胞等。

至于多能干細胞，則是這次實驗中，Jacob Hanna教授團隊選擇的研究對象——他們選擇了其中較有代表性的胚胎干細胞進行實驗。

學(xué)界一直認為，這類干細胞雖然不能發(fā)育成完整的個體，卻能分化出多種細胞組織，很有研究價值。

此次實驗示意圖

了解完這項實驗的大前提，我們來看看Jacob Hanna是怎么操作的。

這項實驗要想成功，關(guān)鍵要解決好兩個問題：一是，胚胎干細胞的分化發(fā)育功能不如受精卵更“全能”，想讓它發(fā)育成胚胎模型，需要進一步激發(fā)它的分化能力；二是，研究員必須在體外模擬出適合細胞生長的環(huán)境。

為了解決第一個問題，Jacob Hanna使用了一種特殊技術(shù)，對胚胎干細胞進行了編程，使其成為一種“原始態(tài)（Naive）干細胞”。原始態(tài)（Naive）干細胞的分化能力更強，更有可能發(fā)育成一個完整的胚胎。

至于第二個問題，Jacob Hanna則使用了幾年前團隊自研的“人造子宮”，通過模擬子宮環(huán)境，為胚胎提供合適的生長環(huán)境。

而事實證明，他們做到了——雖然和胚胎自然發(fā)育的狀態(tài)不完全一樣，但通過這種形式培育的“合成胚胎”，該有的都有了！

不同環(huán)境培育出的胚胎對比圖

成功&爭議

“合成胚胎”成功后，爭議也隨之而來——

以后人類會像機器人一樣被生產(chǎn)出來嗎？

以后“人倫”這個詞是不是就沒用了？

太瘋狂了！有沒有人管一管？

…………

但在倫理問題之外，Jacob Hanna和很多研究人員看到的，是日趨嚴重的器官移植缺口問題。

2010-2017年中國公民逝世后器官捐獻數(shù)量（單位：例）

僅以我國為例——據(jù)智研咨詢測算，我國每年因終末期器官衰竭而等待進行器官移植手術(shù)的患者，約有30人。雖然從2010年起，我國公民逝世后器官捐獻意愿、數(shù)量逐年上漲，但國內(nèi)每年能順利匹配并完成的器官移植手術(shù)數(shù)量，僅有1～2萬例。更多的終末期器官衰竭患者，只能在無盡的等待中走向生命的終點。

為解決器官移植缺口大的“救命題”，科學(xué)家們做了很多嘗試。移植異體器官，就是其中之一。

1月7日，馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)中心進行了“世界首例豬心臟移植手術(shù)”。因為等不到合適的供體，研究員們?yōu)樽栽高M行實驗手術(shù)的患者——大衛(wèi)·貝內(nèi)特移植了一顆經(jīng)過基因編輯的豬心臟。但這顆心臟只在大衛(wèi)的體內(nèi)跳動了兩個多月。3月8日，大衛(wèi)·貝內(nèi)特去世。

執(zhí)行手術(shù)的格里菲斯醫(yī)生和患者大衛(wèi)·貝內(nèi)特

而在移植異體器官之外，科學(xué)家們還嘗試通過3D打印技術(shù)來制作人體器官。

2019年，頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》就刊登了美國科學(xué)家的一項研究成果。

他們利用食用染料打印出了一個與人體肺部相似的組織，并用水凝膠打印出模仿人體肺部功能的氣囊。這個“假肺”，不但能正常搏動，還能模擬將氧氣輸送到附近血管細胞的過程。

這項實驗成功證明，只要材料和技術(shù)到位，3D打印技術(shù)可以直接打印出人體結(jié)構(gòu)復(fù)雜的血管網(wǎng)絡(luò)組織，并正常運轉(zhuǎn)。

3D打印的“假肺”

而利用胚胎干細胞培養(yǎng)胚胎的意義也在于此。

Jacob Hanna說，他們做這項研究的根本目的，就是希望通過實驗進一步理解器官發(fā)育的方式，而非“生孩子”。

Jacob Hanna

任何技術(shù)的進步，的確往往會超前于所謂的監(jiān)管、倫理規(guī)范和民眾認識。

但正如凱斯西儲大學(xué)醫(yī)學(xué)院的發(fā)育生物學(xué)家Paul Tesar所說：“隨著我們不斷革新干細胞來源的胚胎的生物技術(shù)，合成胚胎和自然胚胎的界線也來越模糊，灰色地帶總是存在的，但作為科學(xué)家和整個社會，我們需要團結(jié)起來，決定界限在哪里，并定義什么是道德上可以接受的。”

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