导语：当精子遇到卵子——这是一个生命开始必不可少的第一步，也是胚胎发育中常见的第一步。但是你见过不需要精卵结合，也不需要子宫，就可以形成的胚胎吗？
一个微小细胞球如何形成哺乳动物胚胎？首先细胞需要附着在子宫壁上，然后发育成神经系统、心脏、胃和四肢。近日，魏茨曼科学研究所的研究人员在不使用精子、卵子或子宫的情况下，从小鼠细胞中培育出世界首例“合成胚胎”。8月1日，该研究成果以题为“Post-Gastrulation Synthetic Embryos Generated Ex Utero from Mouse Naïve ESCs”发表于Cell，描述了这一堪称奇迹的研究过程（图1） 。
图1 研究成果（图源：[1]）
该实验在子宫外培育出小鼠的合成胚胎模型，方法是通过从培养皿中培养的干细胞生成，而且不使用受精卵。该方法为研究干细胞如何在发育中的胚胎中形成其他器官开辟了新的思路，用来理解基因中编码的发育程序，并且为使用合成胚胎模型生长用于移植的组织和器官在有朝一日成为可能。研究负责人魏茨曼分子遗传学系的雅各布·汉纳 (Jacob Hanna) 表示这项技术可能是从零开始培育器官的起点。
研究发现：
■ 科学家们能够在不需要精子、卵子或子宫的情况下培育出“合成胚胎”；
■ 在小鼠身上得到的研究结果可以使人类开始培养器官、进行移植；
■ 以此方式制造人类婴儿仍然是一个遥远的前景，且存在伦理法律问题。
无需精卵结合，子宫外培育“人造胚胎”
Hanna的团队两项实验基础之上开展的本次实验。实验其一是将干细胞重新编程回幼稚状态的有效方法；实验其二是该团队经过七年反复试验开发的电子控制设备，用于在子宫外培育天然小鼠胚胎。该装置将胚胎保持在不断移动的烧杯内的营养液中，模拟物质血液向胎盘供应营养的方式，并密切控制氧气交换和大气压力。为了检查他们在这两次实验中观察到的发育过程是否正常，研究小组对相关时间段内从怀孕小鼠身上取出的胚胎进行了仔细比较，结果表明，在胚胎中分层和器官形成几乎相同。
随后的实验中，研究人员将基因插入胚胎中，用荧光颜色标记正在生长的器官。该团队已成功使用该设备从培育出天然小鼠胚胎（图2）。实验展示的成果提供了与小鼠子宫内发育一致的结果。
图2 合成小鼠胚胎从第 5 天（左上）到第 8 天（右下）生长时的样子（图源：[1]）
以上这些合成胚胎不是通过受精形成而是由干细胞制成的，所以其更容易扩大规模并一次性生产较多胚胎。这个发现对科学来说是无价的，因为“人造胚胎”可以在不依赖实验室动物的情况下制造大量合成胚胎，用于实验研究。
Hanna表示，如果这些细胞可以被诱导形成器官雏形，此研究可以从零开始制造器官并且将它们移植到人类身上，进而构建器官模块，可能未来不再需要器官捐赠者。
胚胎是最好的3D生物打印机
“胚胎是最好的器官制造机器和最好的3D生物打印机”，Hanna表示。Hanna和他的团队此前曾设法在子宫外的玻璃容器中培育出小鼠胚胎。但这些胚胎仍然是直接取自真正的小鼠——通过受精而形成。在Cell这篇最新的研究中，胚胎是从干细胞中培养出来的。
细胞通过读取身体发送给它们的化学信号来“学习”它们应该做什么。 研究人员可以模仿这些信号，将干细胞变成用于研究的假器官，例如用于测试药物的微型大脑。
大部分合成胚胎在这个过程的早期就凋亡了。但有一些成功地生长了8.5天，大约是小鼠妊娠时间的一半。根据这项研究，那时它们与正常小鼠胚胎有 95% 相似，并且已经长出了胎盘、脊柱和大脑、消化道和跳动的心脏（图3、图4）。然而，合成胚胎不是“真正的”胚胎，没有发育成活体动物的潜力，当它们被放入小鼠子宫时无法生长到足月。
图3 合成胚胎从第 1 天到第 8 天生长。科学家可以在第 8 天看到合成胚胎中开始跳动的心脏、血液循环、大脑、神经管和肠道。（图源：[1]）
图4 合成模型（顶部）和天然胚胎（底部）在第8天显示。（图源：[1]）
距离合成人类胚胎还有多远？
伦敦弗朗西斯·克里克研究所的小组负责人詹姆斯·布里斯科（James Briscoe）没有参与这项研究，但他对这项研究提出了伦理问题。在人类合成胚胎被开发之前讨论如何严谨地规范这项工作非常重要。
“合成人类胚胎并没有拥有一个光明的前景。我们对人类胚胎的了解远远少于对小鼠胚胎的了解，而小鼠合成胚胎的低效率表明，将这些发现转化为人类胚胎还需要很长一段时间，”Briscoe说。
凯斯西储大学遗传学家Paul Tesar教授在接受StatNews采访时表示，科学家们越多地将干细胞衍生胚胎沿着发育路径推得越远，合成胚胎和天然胚胎就越开始走向融合。“总会有一个灰色地带存在，但作为科学家和社会，我们需要一起来决定界限在哪里，并确定什么是道德上可以接受的。”Paul Tesar教授说道。
干细胞“合成”人类胚胎的已经超出了英国《人类受精和胚胎学法案》的法律框架，使用“合成”人类胚胎来使女性怀孕是非法的，因为它们不属于“被允许存在的胚胎”范畴。
撰文|乔维钧
排版|文竞择
参考资料：
[1]Tarazi S. Aguilera-Castrejon, A. Joubran. et al. ¬Post-Gastrulation Synthetic Embryos Generated Ex Utero from Mouse Naïve ESCs, Cell (2022), doi: https://doi.org/10.1016/ j.cell.2022.07.028.
[2]https://www.theguardian.com/science/2022/aug/03/scientists-create-worlds-first-synthetic-embryos
