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悉尼

当实验室里的人类胚胎长出心脏,是进步还是灾难?

2021-09-05 来源: cnBeta 原文链接 评论0条

这些胚胎很快就会触碰“14天规则”,这是一个国际共识,即人类胚胎应该在实验室中培养和成长到受精后14天,第14天大约是原始条纹出现的时间,出现原始条纹标志着胚胎开始分化成各种各样组织。

“这是我一生中不得不做出的最艰难的决定之一,但现在是停止这项实验的时候了。”在第13天,研究小组将胚胎从培养皿底部剥离并冷冻起来,来遏制下一步发育。“我们不知道在那之后会发生什么。”

《自然》最新发布的文章记录着他寻找答案的经过。

14天,生命的分界

今年5月,国际干细胞研究协会(ISSCR)发布了新的指导方针,放宽了14天的规定,消除了硬性障碍。虽然世界上只有少数实验室完善了培养人类胚胎至14天所需的技术,但科学正在迅速发展。放宽后,合法国家的实验室向监管机构申请许可,继续进行超过14天的研究。

这种研究可以揭示在人类发育过程中,在胚胎通常植入子宫后(受精后一周左右)会发生什么。此时胚胎开始经历 “胚胎发育 ”的阶段(大约在第14天至22天之间),身体的主要结构逐渐产生,也给器官生成奠定了基础。

基于此,科学家可以更好地理解流产和许多先天性出生缺陷产生的原因,其中还藏着细胞如何分化为组织和器官的线索,这可能会促进再生医学的发展。昆明科技大学的胚胎学家李天庆说,“中国的部分研究人员也正在讨论是否要改变国家政策,目前也规定14天的截止日期。”

反对的声音同样存在,发育生物学家纳奥米·莫里斯(Naomi Moris)说:“我对将人类胚胎作为一个研究系统持谨慎态度。”

作为规避边界的一种方式,研究人员在过去五年中开发了一系列的人类胚胎模型,其中大多数是由干细胞的混合物形成的。这些模型模拟了早期发育的多个阶段,可以不使用接受体外受精(IVF)的人类胚胎。到目前为止,14天规则并不适用于这些胚胎模型。但是,随着它们变得更加复杂,有可能形成可识别的结构,甚至是器官,它们也进入了伦理灰色地带。

受精十天后实验室培养的人类胚胎,显示将成为胎儿的细胞呈紫色。图片来源:剑桥大学

14天规则最早于1979年提出,当时试管婴儿技术出现,人类胚胎首次在体外存在,到2006年,14天规则已在研究界牢固确立。

该准则已被世界各地的研究人员接受,在一些国家,例如德国和奥地利,对人类胚胎进行任何研究都是非法的。还有许多国家通过法律规定了14天的限制,如英国、中国、日本、澳大利亚和加拿大。在少数地方,包括美国和以色列,有指导方针,但没有法律禁止或限制人类胚胎研究,但研究不能得到联邦政府的资助。

ISSCR指南的上一次更新是在2016年,两个研究小组发表突破性成果之前。

英国剑桥大学在2013年开始了对人类胚胎超过7天的培养的探索。该小组想了解在囊胚或“细胞球 ”阶段之后会发生什么,他们掌握了正确的激素和生长因子配方,在2016年将人类胚胎培养到第12-13天。

科学家想要回答一个问题,基因如何在胚胎的细胞中表达?在迄今为止最大的人类胚胎研究之一中,科学家分析了16个在实验室中发育的胚胎的4820个单细胞,单细胞RNA测序显示,当胚胎细胞从全能性(仍可成为体内任何细胞)过渡到多能性(一种更加分化的状态)时,哪些基因会关闭,哪些基因会开启?这项研究首次揭示了支撑人类发育的部分机制。

处理动物胚胎的研究人员已经将它们培养到了相当于14天的发育期,这可能为人类胚胎培养的类似进展铺平道路。3月,相关人员将小鼠胚胎在实验室中的培养时间延长了一倍,从第5.5天到第11天(大致相当于人类的第13到30天)。

如今,小鼠胚胎的境遇将被平移到人类身上,布里凡想解开将干细胞变成第一个脑细胞的遗传程序,还想揭示四腔心脏跳动的分子指令。这两个事件都发生在第14天之后,解开它们的秘密或许可以理解神经发育障碍和常见先天性心脏缺陷的关键。

他的小组正在向他大学的监管委员会申请,将他们对人类胚胎的研究延长到第21天。在这额外的一周里,整个身体分化持续进行,脊髓、大脑、骨骼、心脏、血液、肌肉和面部的结构将分化出现。

妊娠过程中流产的、发育约两个月的人类胚胎。图片来源:中国生物技术信息网

生命“模型”

目前已经有一些方法来观察哺乳动物的胚胎发育过程,不是通过使用真实的胚胎,而是通过用干细胞的三维混合物构建模型。

在过去的五年里,研究人员在实验室里精心制作了各种胚胎模型,可以用来窥视第14天以后的阶段。在大多数情况下,这些胚胎模型不受14天规则或任何特别审查的约束,2017年,密歇根大学的团队通过培养3D胚胎干细胞就做出了第一个人类胚胎模型。

随着真实胚胎和模型胚胎工作的推进,科学家们热衷于了解两者的真正相似性,找出模型在其分子细节方面的差异,以及其细胞的行为方式,一旦研究成熟,研究人员可以减少使用人类胚胎的数量,只在有充分理由的情况下才会使用它们。

但批评者说,国际社会科学研究中心放宽了14天的规定,却没有给研究人员一个新的停止点,这是不负责任的做法。

至于哪些实验和模型应该被赋予与14天后胚胎研究相同的地位,如今也已变得越来越模糊了。一些研究人员对取消14天的界限持保守态度。生物伦理学家约瑟芬·约翰斯顿的反对则更加激进,“我认为放弃14天的规则而不提出另一个规则是一个错误,有可能真正动摇公众的信任”。需要更好地解释研究超过14天的胚胎如何“真正帮助人类”。

回到国内,中国科技部和原卫生部已于2004年联合颁布《人胚胎干细胞研究伦理指导原则》,原则中对人类胚胎体外研究做了14天的时间限制,并将该原则写入伦理指南。

随着这方面的研究结果不断涌现,技术进步让科学家既欣喜又不安。科学家认为两种情绪都值得重视。“惊奇和敬畏让我们无时不谨记这是人类最初的样子,让我们无刻不警醒这不仅仅是普通细胞。”

我是本文作者苏北佛楼蜜,人类最后的严肃都该留给生物技术。珍惜所有与你沟通的机会,微信:Pinkfloyddddd,欢迎您来。

出品丨虎嗅医疗组

题图丨电影《2001太空漫游》

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