合成胚胎,有其大用?

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手持裝有實驗小鼠合成胚胎樽瓶的 Hanna。 圖片來源:GHARABLI/AFP

我們初中已懂得,生命來自胚胎發育,胚胎則來自精卵結合。不過本月初以色列科學家發表研究,僅使用幹細胞和特殊培養器皿,創造了不由卵子、精子結合而成的小鼠「合成胚胎」(synthetic embryo)並成功存活 8 天半。雖然無法真正育成生命,但以色列魏茨曼科學研究學院(Weizmann Institute of Science)這項研究,對研究懷孕最初階段、治療不孕問題,或有重要價值

是次研究由分子遺傳學系教授 Jacob Hanna 領導。Hanna 去年的研究已證實,小鼠受精卵產生的天然胚胎,能在其實驗室開發的人造子宮中生長。關於今次研究,Hanna 向以色列「國土報」(Haaretz)表示,在培養器皿部分「先要培養自然胚胎的生長條件,處於原腸胚形成(Gastrulation,胚胎分化開始時)階段,然後檢查置於培養器皿中生長的胚胎幹細胞會否發育成胚胎。答案是肯定的」。目前,科學家們認為製造合成胚胎必須分別發展三種幹細胞。這次實驗用的幹細胞,部分幹細胞就預先經化學物質處理,使其基因程序能發育成胎盤以及卵黃囊;另一些細胞,則在不受干預下發育成器官及其他組織。

培養實驗小鼠合成胚胎的滾輪培養器。 圖片來源:AHMAD GHARABLI/AFP

儘管絕大多數幹細胞未能形成類似胚胎的結構,但約 0.5% 的幹細胞還是結成了小球,長出不同的組織和器官。合成胚胎內部結構及基因圖譜(genetic profile)與天然小鼠胚胎有 95% 相同,其器官亦可以運作。然而 Hanna 指出,合成胚胎移植到雌性小鼠的子宮時,沒有發育成活體動物的潛力,不是「真正意義上的胚胎」,而且小鼠的完整妊娠期為 20 天,合成胚胎只存活了 8 天半。

不能長成活體的胚胎,對於研究工作卻非常有價值。魏茨曼科學研究學院方面指,將合成胚胎應用於研究及生物技術,可以繞過很多技術及倫理問題。即使研究只取用小鼠胚胎,但目前技術而言,難以進行需要數千個胚胎的實驗;換成實驗室培養器,就能得到大量小鼠胚胎細胞模型。

合成胚胎的潛在貢獻,也可能與懷孕有關。墨爾本大學新興技術(幹細胞)教授 Megan Munsie 在學術網站 The Conversation ,這項研究的合成胚胎所處階段,正是一般胚胎早期發育時,植入子宮內膜的著床(Implantation)階段。不少人會在懷孕過程關鍵的著床階段失敗,但科學家對失敗的原因仍然沒有頭緒。合成胚胎擁有複雜的結構,模仿了心臟、血液、大腦等器官的前體(precursor)細胞規劃佈局、胎盤與其他維持妊娠組織的細胞,能向專家提供模型,瞭解問題所在。她補充,大多數動物的懷孕最初階段胚胎極為微觀,難以在子宮定位觀察研究,但不少問題如環境因素可以干擾胚胎發育,例如令細胞無法接收正確的信號以完全形成脊髓,導致脊柱裂等問題。利用實驗室的合成胚胎模型,專家就可以著手找出問題。

研究另一個可能的應用範疇,則是生長出用於人體移植的組織。目前,科學家難以將幹細胞分化發展成特定移植類型所需的成熟細胞,Hanna 稱:「胚胎發展時間上有很多特定階段,我們無法在其中重建不同分化。」他寄望合成胚胎可以解決難題:「如果一個人需要移植血細胞或卵細胞,只要從他們身上取出皮膚細胞,用來培育一個壽命短暫的合成胚胎模型,再從中提取血細胞,或非常早期的性腺細胞(gonad cell),卵子最終也能發育出來。」