“無中生有”!科學(xué)家培育出“全人工合成”胚胎,能為我們帶來什么?

盡管塵世間生命為數(shù)眾多,以萬億計(jì)算,但具體到每一個(gè)生命,其降臨到世間是需要一些巧合的:精子與卵子宿命的邂逅,在加上適合受精卵孕育成形的子宮。
從古至今,對(duì)母親的贊譽(yù)從未止歇,就是因?yàn)樵趹烟ナ碌穆L(zhǎng)期間,母親必須面對(duì)孱弱的軀體與行動(dòng)不便的窘迫。

然而,以色列魏茨曼科學(xué)研究所JacobH. Hanna團(tuán)隊(duì)開展的一項(xiàng)突破性研究表明:沒有精子、卵子與子宮這三要素,也能夠創(chuàng)造生命。
以色列的科學(xué)家創(chuàng)造出世上首個(gè)人造胚胎,這一項(xiàng)研究成果已經(jīng)發(fā)表在世界權(quán)威學(xué)術(shù)雜志《Cell》(細(xì)胞)上,作為生命科學(xué)領(lǐng)域的最新研究發(fā)現(xiàn)而備受同行的矚目。

以色列的醫(yī)學(xué)研究者采用成年小鼠干細(xì)胞制造了一個(gè)合成“胚狀體”,它甚至存活了八天半之久。

自然情況下,發(fā)育8.5天的胚胎(上)和新研究培養(yǎng)8天的胚胎
(圖片來源:JACOBHANNNA LAB/WEIZMAN INSTITUTE)
這個(gè)團(tuán)隊(duì)研制出特殊的孵化器系統(tǒng),為胚胎的存活發(fā)育提供一切適宜條件,浸泡在營養(yǎng)液中緩慢生長(zhǎng)的胚胎猶如一個(gè)小巧而精致的機(jī)器,這個(gè)毫不起眼的胚胎也許是人類最接近“創(chuàng)世主”的一次嘗試。
在盛裝胚胎的容器中,科學(xué)家甚至觀察到一系列生理結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu),有腸道、大腦甚至跳動(dòng)的心臟[1]。

人工誘導(dǎo)產(chǎn)生“合成胚胎”,并在“人造子宮”中培養(yǎng)
更重要的是,通過分析合成胚胎在不同組織中的基因表達(dá)模式,研究人員發(fā)現(xiàn)它們與天然狀態(tài)下胚胎的相似度高達(dá)95%。

合成胚胎和天然胚胎的基因表達(dá)模式的相似度高達(dá)95%
這支科研團(tuán)隊(duì)的核心人物雅各布·漢納(JacobHanna)是魏茨曼分子遺傳學(xué)部門的高級(jí)科學(xué)家,他所創(chuàng)辦的RenewalBio公司主營干細(xì)胞技術(shù)的應(yīng)用,主要涉及不育問題和遺傳疾病的治療。
漢納教授認(rèn)為,干細(xì)胞應(yīng)用的一個(gè)方向是為人體移植培養(yǎng)組織——“如果一個(gè)人需要血細(xì)胞或卵細(xì)胞移植,你可以從他們身上提取皮膚細(xì)胞,用它們培養(yǎng)短期的模型合成胚胎,從中提取血細(xì)胞或非常早期的性腺細(xì)胞,最終使卵細(xì)胞發(fā)育?!?/p>

利用小鼠干細(xì)胞培育的胚胎似乎為再生醫(yī)療當(dāng)前籠罩的迷霧撬開了一絲光亮。
盡管在本次實(shí)驗(yàn)中制造的胚胎還具有缺陷,而且成活率極低——在10,000個(gè)初始細(xì)胞聚集體中,只有大約50個(gè)最終在8天后自組織成胚胎,但畢竟是人類向合成胚胎技術(shù)領(lǐng)域邁出的勇敢第一步。
從某種意義上說,干細(xì)胞的超強(qiáng)增殖與分化能力為人類追本溯源提供了強(qiáng)勁助力。
這項(xiàng)技術(shù)的突破對(duì)于醫(yī)療實(shí)踐意義重大。
長(zhǎng)期以來,亟待器官移植的病患苦于無處尋覓合法而價(jià)格易于接受的器官供體,此前深受重視的3D打印技術(shù)是合成制造人體器官的可行方案之一,但目前支架材料和種質(zhì)細(xì)胞兩項(xiàng)技術(shù)仍舊存在一定瓶頸未能突破。
對(duì)于某些具備骨骼的器官,其生長(zhǎng)速度和最終長(zhǎng)成的骨骼強(qiáng)度是否能達(dá)到臨床要求,也是再生醫(yī)學(xué)發(fā)展面臨的痛點(diǎn),至今尚未解決[2]。

干細(xì)胞的魅力正在于它不僅能修補(bǔ)受損組織,而且還能從無到有地產(chǎn)生各種人體身上的“零件”。
在本世紀(jì)初“人類基因組計(jì)劃”完成,生命科學(xué)進(jìn)入到新的發(fā)展階段,海量的生命過程和疾病機(jī)制得到闡明,而基因編輯、合成生物學(xué)、腦科學(xué)、干細(xì)胞醫(yī)療應(yīng)用走上高光舞臺(tái)。
在2020年,日本大阪大學(xué)就已經(jīng)完成全球首例誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞培養(yǎng)角膜的移植手術(shù);奧地利科學(xué)院分子生物技術(shù)研究所等機(jī)構(gòu)利用人體多功能干細(xì)胞培育出“高仿真”人體血管類器官;
今年,在上海張江細(xì)胞產(chǎn)業(yè)園也有利用干細(xì)胞基因技術(shù)制造人工器官的項(xiàng)目正在籌劃落地,針對(duì)肺和腎進(jìn)行再生修復(fù)已進(jìn)行了60多例臨床試驗(yàn)[3]。

為了確保干細(xì)胞再生技術(shù)的研制可控可靠,世界各國對(duì)干細(xì)胞相關(guān)研究項(xiàng)目都進(jìn)行了法律法規(guī)層面的約束,并給出適當(dāng)政策扶持。
美國國立衛(wèi)生研究院(NIH)在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域投入重金,從2014-2017年連續(xù)投入約35億美元;
歐盟方面則從2016年起通過“地平線2020”計(jì)劃為包括再生醫(yī)學(xué)在內(nèi)的生物醫(yī)學(xué)技術(shù)及產(chǎn)品設(shè)立專項(xiàng)資金予以支持;
英國是首個(gè)允許人體胚胎研究的歐洲國家,通過英國研究與創(chuàng)新署(UKRI)和生物技術(shù)與生物學(xué)研究理事會(huì)(BBSRC)為科研院校提供每年3億英鎊的經(jīng)費(fèi),支持干細(xì)胞相關(guān)技術(shù)的前沿探索;
日本自2009年4月起簡(jiǎn)化胚胎干細(xì)胞的研究審批制度,在2012年年底開始對(duì)再生醫(yī)學(xué)大量投資約1100億日元[4]。
干細(xì)胞深孚眾望,干細(xì)胞研究碩果累累。干細(xì)胞研究猶如交通樞紐,溝通交流可從再生醫(yī)學(xué)、器官移植、罕見病研究、干細(xì)胞研究、藥物開發(fā)等諸多領(lǐng)域。
為此,中國國家科技部發(fā)布了“十四五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“干細(xì)胞研究與器官修復(fù)”重點(diǎn)專項(xiàng)2021年度項(xiàng)目申報(bào)指南,其中的核心正是干細(xì)胞發(fā)育與器官再生這樣的關(guān)鍵問題。
人造子宮,無性繁殖,這些概念似乎只存在于科幻作品中,但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,這些科幻概念正在一步步寫入現(xiàn)實(shí)。
假以時(shí)日,干細(xì)胞技術(shù)無疑能為重要組織器官修復(fù)與替代及重大疾病診療提供創(chuàng)新理論和技術(shù)[5]。
[1]http://news.sohu.com/a/579401203_121119252
[2]http://www.kepu.gov.cn/www/article/dtxw/56c5acb3c7f342c195f124f249060fc3
[3]https://sghexport.shobserver.com/html/baijiahao/2021/06/04/451922.html
[4]鄭穎,鄧詩碧,陳方.干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)研究[J].中國生物工程雜志,2022,42(04):111-119.DOI:10.13523/j.cb.2110017.
[5]左鶴,劉哲,梅倩茹,楊振華,屈靜.干細(xì)胞及類器官在特發(fā)性肺纖維化修復(fù)和再生中的應(yīng)用[J].藥學(xué)學(xué)報(bào),2021,56(11):2900-2907+3204.DOI:10.16438/j.0513-4870.2021-0828.
圖片來源于網(wǎng)絡(luò),侵刪