生物科學前沿系列四：人工胚胎的研究進展

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什麼是胚胎？胚胎的定義是受精卵在子宮發育前8周為胚胎。當然還有更為具體一點的胚胎定義，受精後第3~8周的為胚胎。正常的胚胎都是通過精卵結合，形成受精卵，然後進一步的發育。卵細胞受精以後即開始分裂、發育，形成為胚胎。先形成的胚胎為桑椹胚，然後形成囊胚，並且植入在子宮內膜中，吸取母體的營養，繼續發育。囊胚壁為滋養層，囊中有內細胞群。胚胎繼續發育，內細胞群的一部分發育成外胚層、內胚層和中胚層這三個胚層，再由這三個胚層分化發育成人體的所有組織和器官。

那麼胚胎是否可以不通過受精作用，通過人為的方式產生人工胚胎呢?目前的答案是肯定的，現在並不能產生具有完全功能的人工胚胎，但是隨著技術的進步以及研究的發現，人工胚胎的研究具有很大的前景。

《科學》雜誌在線報道稱，劍橋大學的科學家們通過使用兩種幹細胞以及一個三維支架，成功地創造出了一個能夠自行組裝的結構，其發育和構造非常接近自然的小鼠胚胎。科學家的研究目的並非製造怪胎，而是為了探究人類的早期發育、妊娠失敗和遺傳缺陷。那麼他們是怎麼做的呢？

我們都知道哺乳動物的胚胎髮育需要胚胎和胚胎外組織之間複雜的相互作用來安排和協調在發育潛能中的形態學的改變。目前劍橋大學的實驗室將小鼠胚胎幹細胞（embryonic stem cells ，ESCs）和胚胎外滋養層幹細胞（trophoblast stem cells ，TSCs）固定在3D列印的支架上，來產生形態發生和天然胚胎非常類似的結構。該研究證明了不同幹細胞類型能在體外自組裝以產生胚胎，並證明了相應的形態發生，結構和組成細胞類型類似於天然胚胎的胚胎的能力。

這一突破被稱為生物工程中的「傑作」，科學家們最終將可以在不需要精子或卵子的前提下，在實驗室里培育出人工胚胎。培育人工胚胎將有助於研究人員研究人類活動最早的階段，去探索很多人懷孕失敗的原因，目前科學家能使用試管受精中的剩餘胚胎繼續實驗，但供不應求，並在14天後就必須被摧毀。但此舉有可能引發爭議，並提出什麼構成了人類生命的倫理問題，在實驗室中創造無限數量的人工胚胎可加快研究，但與此同時可能跨越了一些倫理界限。

那麼我們可以回顧一下人工胚胎的其他的發展歷程，來進一步了解人工胚胎的發展以及未來的可能性。

二倍性是哺乳動物的一個基本遺傳特性，單倍體細胞往往只出現在生殖細胞中。2016年3月16日，發表在《自然》雜誌上的一項研究中，科學家們成功生成了一種只攜帶單拷貝人類基因組的新型胚胎幹細胞。研究人員分析了一批來自單倍體卵母細胞的人類孤雌生殖胚胎幹細胞系，成功分離和培養了攜帶正常單倍體染色體組型的人類胚胎幹細胞系。單倍體人類胚胎幹細胞表現出典型的多能幹細胞特徵，如自我更新能力以及多能特異性分子信號。此外，研究人員還證明了這類新型幹細胞可作為功能缺失基因篩選平台使用。此外，由於該研究描述的幹細胞與卵細胞捐贈者基因匹配，它們有望用於開發治療失明、糖尿病等疾病的細胞療法。另一方面，由於它的基因組成與生殖細胞相當，也可能會用於生殖領域。

很多國家和科學團體禁止對14天以上的人類胚胎進行研究，但是在之前最長的培養時間也只是到達了9天的記錄。進一步延長細胞培養的時長，對於研究胚胎髮育具有非常重要的作用。在2016年，劍橋大學研究者發表在Nature Cell Biology發表了文章，他們在實驗室成功培養了自受精後13天的人類胚胎，打破了以前9天的記錄。更新更好的培養技術是科學家廣泛關注的問題。此類工作能夠幫助試圖培養幹細胞為胚胎樣結構的研究人員來判斷工作的準確性。一旦達到這個水平，科學家就可以利用這些結構來進行更大、更複雜的實驗，探索出生缺陷如何產生和有毒化合物的影響。

2017年1月26日，發表在Cell雜誌上題為「Interspecies Chimerism with Mammalian Pluripotent Stem Cells」的研究中，來自Salk研究所的科學家小組藉助CRISPR技術首次成功培育出了人-豬嵌合體胚胎。這個研究結果具有非常重要的作用，這是幹細胞研究領域的一個里程碑。該研究的最終目標是在動物體內培育出可供移植的人類細胞、組織和器官。研究人員將人類誘導多能幹細胞與豬的胚胎相結合，然後將這些嵌合體胚胎植入代孕母豬體內後，讓這些胚胎髮育僅3周或4周，以檢查是否人類細胞發揮了作用。研究小組將超過2000個人豬嵌合體胚胎植入到41隻代孕母豬體內，一個月後，有186個胚胎存活。

種種研究結果都使我想到在將來的某一天會不會出現，人再也不需要靠受精作用產生新的受精卵，進一步發育形成胚胎以及個體。

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