人工合成胚胎已經降臨，是該銷毀還是任其發育？

千百年來，人類都和其他物種一樣，尋循著自然界原始的生殖繁育方式。但隨著類器官技術的發展，利用人體幹細胞甚至普通皮膚細胞就可以在體外培育出和真實器官幾近相同的類器官組織。現在，這一思路又被用在了人類胚胎上。這一技術一旦得以實現，那「人造胚胎」甚至「人造嬰兒」將不再是幻想。

本文轉載自「 DeepTech深科技」。

就在今年，英國劍橋的研究人員通過結合兩種類型的小鼠幹細胞，創造了一個被業內認可的 6 天大的老鼠胚胎「複製品」。現在，英國劍橋的這個小組正試圖對人類幹細胞做同樣的事情。紐約洛克菲勒大學的一個研究小組也有志於做這樣的研究。這些科學家們將這種新技術稱之為「合成胚胎學」（Sythetic Embryology）。

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圖丨顯微鏡下的幹細胞被培育成胚胎

然而，在這一前沿領域探索的也不乏中國人的身影，在密歇根大學傅建平教授和他的學生邵玥的共同努力之下，「合成胚胎學」已經取得了實質性的進展。

傅建平畢業於中國科學技術大學熱科學和能源工程系，後分別於2002年和2007年在加州大學洛杉磯分校（UCLA）和麻省理工學院取得碩士和博士學位。現在密歇根大學擔任機械工程終身副教授、生物工程名譽副教授以及細胞與發育生物學名譽副教授，同時也是密歇根危重病綜合研究中心副主任。

邵玥畢業於清華大學工程力學系，本科、碩士方向是固體力學，於2011年赴美國密歇根大學攻讀博士學位，2017年前往麻省理工學院擔任博士後。

The Virtual Human Embryo網站上提供的顯微照片

兩年前，邵玥開始研究胚胎幹細胞——這種細胞源於人類胚胎，具備分化成任意細胞的能力。當時，他嘗試在軟凝膠的支架上培育幹細胞以形成更有組織的三維結構，以尋找神經組織的早期形態。

其中有一個細節引起了他的注意：這些細胞似乎比預期變化得更快，它們甚至在幾天內迅速地排列成一個不對稱的圓狀結構。

這個「圓圈」是什麼呢?帶著這個疑問邵玥在谷歌上搜索了一下，看看是否能找到有關這個結構的信息。這時候，一個叫 The Virtual Human Embryo 的網站引起了他的注意。這個網站上有一些剛植入子宮不久的人類胚胎的顯微照片，而且照片中的胚胎已經和子宮壁融合在一起了，這表明羊膜囊開始形成，在羊膜囊裡面就是胚盤了，即未來的嬰兒。

看了這些照片後，邵玥猜測，他先前看到的幹細胞形成的那個圓狀結構很有可能就是胚胎。

圖丨密歇根大學研究團隊用於將胚胎細胞培育成類器官的微流體裝置

邵玥把這件事告訴了他的同事們——一個在密歇根大學由生物學家和工程師組成的研究團隊。「當我把這些照片給同事們看時，每個人都說要繼續探究下去。」邵玥說道。他們覺得可以通過幹細胞製造出真正的人類胚胎。「從那時候開始，我們更仔細地研究這件事了。」

這個研究團隊很快發現，那個類似胚胎的結構其實並不完整，因而也無法發育形成一個個體。另外，研究團隊也缺乏製造胎盤、心臟或大腦所需的細胞類型。但即便如此，他們用幹細胞培育的合成胚胎還是和真正的胚胎十分類似，因為它發育得非常迅速，並且越來越像真正的人類胚胎！

為了安全起見，他們還嘗試用洗滌劑或甲醛液來試圖銷毀這些胚狀體，以確保它們不會再進一步發育，但是這些行為似乎並未奏效。

圖丨從幹細胞產生的「胚胎」與真正的人類胚胎有共同的特徵，如羊膜囊

在此之前，人為體外培育胚胎是十分困難的，因為正常的胚胎在實驗室里不會活過一周。而且，要想獲得人類胚胎也十分麻煩，因為在大多數女性知道自己懷孕之前，胚胎就已經在子宮裡形成了，因此很難確定胚胎出現的時間。

另外，對人類胚胎的研究還會受到墮胎政策的困擾，受法律的限制。目前的胚胎研究僅限於試管受精機構。現在，通過這種新方法人工培育胚胎，科學家們發現可以繞過以上所有限制了。而且，我們能在這種方法中看到一整套現代實驗室技術——科學家們使用基因編輯、光遺傳學、高速顯微鏡等來研究人類胚胎。

「幹細胞的這種能力非常令人驚訝。」傅建平說。在這個實驗過程中，一些帶有胚胎形狀的東西以及胚胎的特徵的出現，是完全出乎人意料的，他仍然難以置信。而在這個實驗過程中，這些幹細胞好像記得住它們應該做什麼。

圖丨密歇根大學傅建平教授

同時，傅建平還提到，他的實驗室能夠提出培育胚胎的方法是純屬巧合，只是在研究機械信號（如在柔軟或粘稠的凝膠中培育細胞）是否可以增強其形成某些組織的能力時發現的。

先行實驗促使內臟細胞形成內腔或中空囊腫。作為對照實驗，他們也以相同的方式培養胚胎幹細胞。「那純屬巧合」，傅建平說，卻將細胞分化成了與原始羊膜腔相似的球體。

進一步的測試表明胚狀體僅代表胚胎的一部分。生物學家 Deborah Gumicio 說，他們在羊膜囊腫的開始形成時缺乏一種構成胚盤的關鍵部分——滋養層細胞。而在構成胚胎的細胞團中，研究人員也僅檢測出身體所需的三種關鍵類型中的一種，尚有其餘的兩種還未被發現。

不過這並不影響實驗的推進，密歇根大學的科學家們現在已經計劃用這種方法製造成千上萬的胚胎。這些合成胚胎可以用來篩選藥物，以查出哪些藥物會導致出生缺陷，哪些會增加懷孕的幾率，或者用這些合成胚胎為實驗室生成的器官提供一種最初的寄生環境。

圖丨顯微鏡下的胚胎體

一直以來，人類胚胎幹細胞的分離和體外培養都被認為具有極其重要的研究和臨床應用價值，其可用於體外研究人類胚胎髮生髮育的過程，有助於理解分化發育的機制、認識生命和疾病的現象。

1998 年，美國發育生物學家 James Thomson 的研究團隊首次利用來自臨床捐獻的體外受精—胚胎移植 ( in-vitro fertilization and embryo transfer, IVF-ET) 胚胎培育出了 5 個人類胚胎幹細胞，一時間引起了巨大反響，Thomson教授本人也因此成為幹細胞研究領域的先驅人物。

圖丨美國生物學家 James Thomson 因在幹細胞研究領域的傑出貢獻而登上了2001年8月的《時代周刊》封面

而由於胚胎幹細胞處於一種未分化狀態，其就像一張「白紙」一樣可以被培育成人體內任何一種類型的細胞。而隨著醫療技術的深入，有很多公司已經可以利用胚胎幹細胞來產生神經元和對胰島素有反應效果的β細胞，甚至胚胎幹細胞還可以被培育成心肌細胞移植進人體。

2014 年，科學家們已經掌握了足夠的證據，證明幹細胞是可以直接用來再現胚胎早期的一些特徵的。Brivanlou 的實驗室就提出一個想法，即在微圖形的表面將幹細胞聚集成一點。而聚集之後的胚狀體產生了令人意想不到的效果，形成了兩周大的人類胚胎才具有條紋特徵。

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圖丨幹細胞顯現條紋特徵的過程

當然，這些胚狀體不是天然的。它們體積細薄、隨著生長而愈發扁平，呈現的條紋是圓形的，並沒有像真正的胚胎所擁有的線條。萊斯大學教授 Aryeh Warmflash 說：「但是它比我們想像的更好，我們越來越意識到，那些細胞被編程成胚胎是一種天然的屬性。如果細胞處於正確的形狀、密度，並獲得正確的信號，那麼它們就會開始相互溝通，並逐漸成長為胚胎。」

洛克菲勒大學的胚胎學家 Ali Brivanlou 的想法甚至更為「激進」，他試圖從幹細胞中培育出首個完整的人類胚胎。他說，「我的目標就是在人體外儘可能完善地建立起一個人類生長模型，而且要做到極盡的準確完整。」

圖丨洛克菲勒大學的胚胎學家 Ali Brivanlou

但是，「合成胚胎學」所面臨的道德和法律上的爭論也開始顯現。「這是科學和生物倫理學領域的一個熱門新領域。在未來的幾年裡，它似乎還會繼續存在爭議。」Jonathan Kimmelman 說道。他是加拿大麥吉爾大學生物倫理部門的一名成員，也是幹細胞科學家國際組織的一位領導人。

今年 3 月，哈佛大學的一組研究人員在一篇論文中提出了一種叫做 SHEEFS 的全方位類胚胎合成人類實體，並在論文中警告說，許多新物種即將出現，包括真正的迷你大腦。

圖丨SHEEFS 胚狀體

目前，英美科學家在進行人類胚胎細胞相關研究時都嚴格遵守著「14 天規則」（The 14-Day Rule），這是因為學界普遍認為人類胚胎在 14 天內不會發育出神經結構，因此也就不具備感知能力，也不會感受到痛苦，所以並不會涉及倫理問題。「14 天規則」最早於 1984 年在英國的《沃諾克報告》（Warnock Report）中提出，並成為人類胚胎相關研究的國際準則。

數十年來，「14 天規則」為胚胎相關研究划下了嚴格清晰的「紅線」，同樣的限制也適用於胚狀體的研究。根據國際幹細胞研究協會去年最新出台的研究指導標準，傅建平的研究團隊在研究進行了 5 天后就銷毀了全部胚胎細胞，從而避免了這些胚胎細胞發育出生物倫理學上所謂「關鍵特徵」的初級神經系統。

但也有很多科學家準備挑戰這一貫徹了幾十年的準則，他們認為這些細胞並不是真正意義上的胚胎。甚至有更激進的學者認為「14 天規則」早已「跟不上時代」，理應被廢止。

圖丨胚胎細胞的發育過程

哈佛大學醫學院的 John Aach 博士認為，類胚胎或類器官相關研究是時候引入全新的倫理準則了。比如，如果我們在實驗室培育出一個迷你大腦，那它是否會感覺到痛苦？常規意義上對於胚胎的定義是否意味著實驗室里培育出的胚胎完全是另一種東西？

「所有偉大的科學進步，無一例外都是挑戰人們現有的錯誤認知，並迫使人們重新思考。」Aach 博士表示。

其實在論文發表前，邵玥也徵詢過生物倫理專家們的意見，其中的一位就是凱斯西儲大學的玄仁洙（Insoo Hyun）教授。玄仁洙教授認為，邵玥的實驗是在安全的前提下進行的，因為實驗中使用的細胞並未發育出任何胚胎細胞的特徵。

「我認為他們應該根據某些具體問題來設計實驗。我的建議是，不要嘗試製造完整的胚胎細胞。」玄仁洙教授說到，「就像造汽車一樣，有的團隊負責造發動機，有的團隊負責造輪子。從倫理上來說，如果你只是進行胚胎細胞某一部分的實驗，受到的質疑和阻力可能會小很多。」

圖丨凱斯西儲大學的玄仁洙教授

最終，邵玥針對道德倫理問題的質疑給出了自己的答案。「在我們的研究早期，我們開始注意為什麼我們這樣做？真的有必要嗎？經過深思熟慮之後，我們認為還是很有必要的。雖然培育出類似人類早期胚胎的部分結構已經十分困難，但經過長期研究之後，這一目標還是有望達成的。不過，考慮到個人和社會情感，我們不會真的培育出一個完整的人類胚胎。」邵玥說。

同時，當團隊 8 月初公布研究結果時，為了避免與胚胎作比較，科學家們特意甄選了他們的用詞。邵玥甚至採用「不對稱囊腫」這個術語來描述那些讓團隊感到驚訝的實驗體。傅建平說：「我們必須小心使用合成人胚胎術語，因為有些人對此非常敏感。」

當然，除了倫理方面的問題，研究者們還面臨著政策法規的約束。基於《迪基-威克修正案》（Dickey-Wicker Amendment），美國政府目前禁止任何形式對胚胎研究的聯邦資助，不管這些細胞是如何製造出來的。

雖然目前看來，胚狀體相關研究可能不在法規覆蓋範圍內，可一旦科學家們製造出足夠接近人類胚胎的細胞結構，會面臨什麼樣的監管就不得而知了。

美國國立衛生研究院（NIH）科學政策辦公室曾以書面形式說明，該機構有自己的一套內部流程，用來審核「申請的研究項目所培育出的有機體是否符合人類胚胎的法定定義。」

圖丨美國國立衛生研究院（NIH）

來自密歇根大學的研究團隊正式接受了來自 NIH 的資助而展開研究，他們表示，目前為止還未有來自該機構的官員對研究提出任何反對意見。研究中所使用的胚狀體在透明合成樹脂和金屬製造的培養皿中生長並死亡。

「由於實驗中採用了大量的工程方法，所以你有可能說服 NIH 實驗產物並非有機體，」玄仁洙教授解釋道。「邵玥的研究團隊也正是強調了這一點。在他今年所做的研究成果展示中，特意在 PPT 中加了一頁，以著重說明這些胚狀體完全不具備發育成人類生物結構的任何可能性。」

但上述解釋其實也面臨著很大的挑戰，因為畢竟這些細胞結構具有生物學上自我發育的特點。很多專家也表示，邵玥所展示的胚狀體中的一些細胞結構還不完整，如果實驗可以繼續推進，不排除發育出「類胚胎細胞」的可能性。

傅建平說，下一步他的實驗室將會完善具有特定性狀的胚胎體的批量產生過程。最初，科學家每培育 100 個「囊腫」，只會有五個獲得成功。但是現在的成功率已經明顯得到了提升。傅建平預測，胚胎的生產將變得「可編程以及批量化」。

而基於胚胎樣品，類似標記有毒性作用、可能引起出生缺陷的藥物也可以被更方便地檢測。傅建平希望合成胚胎學最終可以幫助工程師培養出完整的人體器官。「我說的是那種真正的腸胃或肝臟。因為胚胎髮育也是如此，如果你有原始器官，它們是可以成長為一個功能完全的器官的。」

目前，他的實驗室已開始在信用卡大小的基片上進行相關的胚胎培育。總共有六個微通道，每個微通道容納 10 個實體，其懸浮在水凝膠中並且以微型桶中的營養物質為生，研究團隊稱其為「高效培育」。 而傅建平教授也表示：「一切都在掌控之中。」

校審：郝錒鈾

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