不用精子和卵子,科学家成功做出小鼠胚胎,有脑细胞有心跳!

或许不少人还有印象,在科幻片《黑客帝国》描绘的世界里,

地球被机器人统治,人类不再自然繁衍,而是在工厂里被机器批量制造出来…

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这两天,《自然》杂志刊登的一篇论文,让这样的场景有了理论上的可能:

剑桥大学和加州理工的研究团队,用小鼠的干细胞合成了胚胎,

这个“合成胚胎”像自然胚胎一样发育,甚至长出了脑子和跳动的心脏。

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尽管这个胚胎只存在了八天半,却标志着一项惊人的突破:

不用精子和卵子,人类在实验室里就能合成造出一个哺乳动物胚胎,并可能发育成一个新的个体。

如果进一步联想,这项技术用在人类身上:

取一管血,在实验室里造出个一模一样的人来…?

对很多人来说,这样的画面难以想象。

其实,剑桥大学在这个领域的研究已经快十年了。

只不过他们最初的目的,是想解决人类怀孕过程出现的流产难题。

要解决这类问题,就要深入了解胚胎从诞生到发育的过程。

可是,这类过程都藏在孕妇的子宫内,无法实际观察到。

于是剑桥的研究人员冒出一个想法:

在没有精子和卵子的参与下,用干细胞人工“合成”胚胎,不就能在实验室的显微镜下详细研究这一过程了吗?

剑桥大学研究团队

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剑桥大学研究人员立刻着手研究用干细胞“合成”动物胚胎的可能。

干细胞(stem cell)是一种是原始且未特化的细胞,在一定条件下,它能发育成人体(动物)的各种器官和组织,因此,干细胞也被科学家形象地称为“人体的原材料”。

干细胞存在于人类(动物)身体的许多地方,胚胎,血液,骨髓,皮肤里。

理论上,“一定条件”下,这些干细胞都有发育成胚胎的可能,

而这个“一定条件”,便是科学技术需要突破的难点。

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其次,干细胞合成胚胎和克隆技术有所不同:

克隆是取出一个体细胞,放到一个没有受过精且去掉细胞核的卵子中,让这个体细胞取代卵子中的细胞核,这个特殊的卵细胞就会像普通受精卵一样,在子宫里生长、发育,成为胚胎。

也就是说,克隆依旧需要借助动物的卵子和子宫来实现,只是最终复制出了和细胞提供者一模一样的个体。

而合成胚胎,则完全是在实验室里,用干细胞创造出一个可能的生命雏形——胚胎,可以说,干细胞合成胚胎,才是真正开启的“上帝造人模式”。

2017年,剑桥大学研究团队经过多年积累,终于正式尝试用小鼠干细胞来合成“胚胎”。

当时,研究人员使用了两种干细胞和一个3D框架,制造了一个非常接近自然小鼠胚胎的结构。

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不过,这一次实验并不成功,胚胎发育没有达到预期的效果,研究人员认为这个胚胎不大可能发育成健康胎儿:

“要成长为健康胎儿,可能需要第三种干细胞的参与。”

之后,剑桥大学和加州理工的团队加强合作,寻求这方面的突破。

又是五年的潜心钻研,这周四,研究团队终于宣布,实验室里人工合成的小鼠胚胎取得成功。

剑桥教授Magdalena Zernicka-Goetz透露,他们终于找到了第三种干细胞,在实验室里模仿出了自然环境,让三种老鼠的干细胞互动起来,最终,这些干细胞真的生长出了与胚胎相近的组织。

Zernicka-Goetz教授

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从对比图片来看,合成胚胎和相同阶段的自然胚胎已经非常相似了,尤其大脑和心脏部分。

自然胚胎

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合成胚胎

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不过,这个合成的胚胎仍然有明显的缺陷,它在实验室里只存活了八天半,成功发育出了大脑部分,甚至还有跳动的心脏。

从某种意义上说,Zernicka-Goetz教授和她的团队创造了第一只“人造小鼠”。

这项成果被写成了论文,发表在了《自然》杂志上。

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在接受采访时,Zernicka-Goetz坦言这项研究是“梦想成真”,有助于人们进一步了解器官的形成,解决流产问题的根源。

她说:“人类生命的这一阶段充满了谜团,能在培养皿上看到这是怎样发生的。”

“深入研究某些干细胞,就能了解为何那么多妊娠失败了,也能知晓我们或许能避免流产发生了,这都是非常特别的经历。”

当然,长远来看,要合成更健康、更适用深入研究的胚胎,还有更多问题要克服。

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与此同时,一些同行也不看好这项研究,比如西班牙巴塞罗那庞培法布拉大学的Alfonso Martinez Arias教授就评价到:

“这的确是个进步,但只在非常初级的开发阶段。表面上看很像一个胚胎,但毕竟是一件有缺陷的东西,这一点无法忽视。”

除此之外,“合成胚胎”还面临法律和伦理方面的考验:

目前英国法律允许最多14天大的人类胚胎在实验室里接受实验,大于这个时间,将视为违法,而“合成胚胎”则没有任何规定。

如果某一天,这项实验真的用于人类,一个用人体干细胞合成的胚胎,有大脑有心跳,在实验室里接受各种测试,却不违法?

恐怕很多人无法想象这样的画面,更不要说这项技术万一被滥用,出现《黑客帝国》里工厂批量合成制造人类的场景…

不过,短期来看,如果这项技术运用得当,依然是利大于弊的:

比如前文提到的了解胚胎发育缺陷,解决流产的问题。

再比如,如果能有效控制合成胚胎的发育,就有可能创造条件,让干细胞合成相应的人体器官。

对于大量需要器官移植的病人来说,这无疑是个巨大的福音。

一项技术的出现并没有好坏之分,关键取决于人类如何运用。