没有子宫的胚胎

像“试管”或“设计师”这样的词让人想起科幻小说中的反乌托邦。但现实是什么?
2021年9月3日

EMBRYO-CARTOON

人体胚胎图

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当我们听到“试管”或“设计”婴儿这两个词时,我们可能很快就会联想到科幻小说中的反乌托邦,比如《千attaca》和《美丽新世界》,这些看起来荒谬或远离现实。我们没有预料到迅速的技术进步会把这些虚构的作品带到现代生活的最前沿……

1978年,第一个体外受精婴儿路易丝·布朗的成功诞生,引发了人们对这项新技术潜力的担忧。作为回应,由著名哲学家玛丽·沃诺克领导的人类胚胎和受精管理局(HFEA)成立了。自成立以来,HFEA一直在规范实验室中人类胚胎的使用,规定人类胚胎在受精后只能保存14天。然而,2021年,一项改变游戏规则的研究发表了。具有完整器官的小鼠胚胎完全在实验室的玻璃瓶中培养,远远超出了历史上可能的生长阶段。这些胚胎完全在没有子宫的情况下生长,这就引出了一个问题,这能在人类身上实现吗?从道德上讲,如果胚胎不是来自人类,我们如何决定什么构成了人类胚胎?我们的道德底线在哪里?

在正常情况下,一个发育中的哺乳动物胚胎,无论是人类、老鼠、兔子还是猴子,在受精后的几天内,就会开始为未来的用途指定细胞。你可以把它想象成一个五彩纸屑气球:构成胚胎外部的细胞——气球本身——被称为滋养外胚层。它们将形成胎盘和围绕胎儿发育的膜,它们对胚胎植入子宫内膜并开始生长至关重要。与此同时,生长中的胚胎中心的细胞,即“五彩纸屑”,将成为胎儿的雏形。

到目前为止,由于没有子宫环境,在实验室培养皿中培养的小鼠胚胎无法在受精后第三或第四天继续发育,即五彩纸屑气球阶段。但魏茨曼科学研究所的雅各布·汉纳(Jacob Hanna)团队已经找到了绕过这一障碍的方法1。他们把胚胎放在旋转的玻璃瓶里,在营养混合物中培养,并配有专门的氧气和大气压监测器。除了器官发育,胚胎还显示出四肢发育和心脏跳动的迹象。这些胚胎的发育远远超过正常小鼠妊娠期的一半,为以前未探索的胚胎学实验问题开辟了道路,特别是当与基因组编辑方法相结合时。

三年前,曾任南方科技大学研究员的贺建奎公开宣布,他创造了世界上第一个基因组编辑的人类婴儿。利用一种叫做CRISPR-Cas9的基因编辑工具,建奎声称已经改变了人类胚胎中一种叫做CCR5的基因在体外受精。众所周知,改变CCR5基因可以增强对艾滋病毒感染的抵抗力,但建奎在没有艾滋病毒感染风险证据的情况下对人类胚胎的研究激起了公众和科学界的愤怒。

汉纳和同事的实验没有用人类胚胎进行。然而,这项研究,在建奎的工作仍然令人震惊的科学骚动中,已经重新回到公众话语中,胚胎研究在生物医学实验室中的作用。目前的技术限制阻碍了人类胚胎在非子宫条件下的生长。一个明显的障碍是与小鼠相比,人类婴儿的妊娠期明显更长。然而,考虑到现代CRISPR-Cas9基因组编辑相对容易及其在人类胚胎中的功能,相信有一天可以完全在体外生长选择和编辑的胚胎并不是没有理由的。

包括人类在内的基因组编辑以两种方式之一发生。第一个结果是“体细胞”,这些是构成你身体绝大部分的正常细胞,包括你的器官、软组织和骨骼。第二种是“生殖系”。生殖系是指生殖所需的特定细胞群。对女性来说,这些是卵子,对男性来说,是精子。这两种独特的细胞类型具有产生下一代的独特能力。改变这些细胞中的基因意味着这些变化会从父母传递给他们的后代。

因此,在体细胞组织中进行的基因组编辑只会留在那个人身上。在一些特定的医学例子中,这是可以做到的,而且已经做到了。相反,重要的是,在生殖细胞中发生的基因组变化可以传递给下一代,因此是可遗传的。从本质上讲,这造成了一个道德困境。与编辑成年体细胞不同,在细胞形成器官之前的早期胚胎中进行基因组编辑,几乎毫无疑问会导致生殖系编辑。因此,在知道这永远不会遗传下去的情况下,对体细胞进行基因组编辑可以吗?在知道这可能会在不知不觉和未经同意的情况下传给下一代的情况下,编辑生殖细胞是可以的吗?

生殖生物学中另一个快速发展的发展是完全在体外产生这些生殖细胞,卵子和精子的潜力。有了这项技术,从理论上讲,整个生殖过程可以在人体外完成。身体的其他体细胞每个基因都有两个副本,被称为“二倍体”,而精子和卵子每条染色体只有一个副本,被称为“单倍体”。DNA含量的这些差异导致了在实验室中制造生殖细胞的技术复杂性。但是,如果科学家们能够研究出如何在培养皿中可靠地繁殖生殖细胞,通过说服体细胞失去每条染色体的一个副本,并在卵巢或睾丸外的环境中愉快地发育,那么他们将很好地克服这些问题。

2011年,京都大学(Kyoto University)的齐藤光纪(Mitinori saiitou)领导的一个小组制定了首个体外制造生殖细胞前体的方案2。利用营养物质、性激素和蛋白质的复杂混合物进行生长,他们能够迫使小鼠干细胞将其身份转化为生殖细胞样细胞。当这些类似生殖细胞的细胞被移植到老鼠的睾丸或卵巢中时,它们会发育成精子和卵子。此后,研究小组扩大了培养条件,以延长精子在培养皿中生长的距离。这些类似精子的细胞可以人工注射到卵子中,并转移到老鼠的子宫中,健康的幼崽就诞生了。在诱导类似生殖细胞的状态之前,也用人类皮肤进行了强迫皮肤细胞恢复为干细胞的实验3.。这些人类生殖细胞样细胞从未被移植回人体。

2017年,由詹姆斯·特纳(James Turner)领导的弗朗西斯·克里克研究所(Francis Crick Institute)的一个团队从老鼠身上提取了皮肤细胞,这些细胞的DNA基因组的某些部分有不同寻常的三份拷贝。这是一种叫做三体的状态4。三体会导致唐氏综合症等疾病,或者克氏综合症导致不孕。三体皮肤细胞在充满液体的培养皿中培养,然后加入不同营养成分的混合物,迫使细胞改变其身份,成为干细胞。令人惊讶的是,在这个过程中,细胞失去了额外的DNA。这向研究人员揭示了一种可能的方法,利用斋藤及其同事开发的技术,将二倍体细胞诱导成单倍体精子样细胞。精子样细胞成功地使卵子受精,并产生了健康的小鼠幼崽。这些研究为利用重新编程的皮肤细胞来帮助不孕症患者生育孩子铺平了道路。

考虑到实验室培养的精子和卵子的发展,在关于生殖科学正确与否的争论中,不考虑自我认同是我的欠缺。如果一个人完全在培养皿中生长,由实验室培养的卵子和精子创造,从胚胎发育到准备“出生”,他们会不会觉得失去了身份?家族联系和文化标识?如果这些父母是被科学地重新编程为新身份的皮肤细胞,他们会相信谁是他们真正的“亲生父母”?将这些知识与胚胎基因组编辑的潜力结合起来,我们必须找到一种方法来平衡这些科学进步与对自我意识的需求。

生殖科学的这些技术应用具有巨大的潜力和力量。我们如何决定什么是道德上的正确或错误,最终取决于公众、科学家和监管当局的决定。我们离《千钧一》和《美丽新世界》的虚拟世界到底有多近?我们如何决定什么使我们成为真正的人?

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