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华裔科学家领头尝试用人造子宫孕育生命(图)


http://www.sina.com.cn 2005年10月25日 11:24 《科技新时代》杂志
科技时代_华裔科学家领头尝试用人造子宫孕育生命(图)
资料图片:人造子宫原理示意图,图片来自《环球时报》。
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  我们能在母体外孕育生命吗

  一些无所畏惧的科学家正在研究用一种全新的方式孕育生命—在人造子宫中。

  胎儿生长在一个充满了泡泡的世界里:一开始,它自己就是个泡泡—受精卵;然后,它开始飘浮在另一个泡泡里面—潮湿、柔软、封闭的羊膜囊;如果一切顺利的话,最终它
会开始释放出一个液体泡泡,然后就一个又一个接连不断地释放—细胞分裂,与此同时这个胎儿在子宫中蜷缩着,漂浮着,吞咽着。两年前,正是这些泡泡让刘鸿清第一次确信:孩子是能够在母体的子宫外生长的。

  旅美华裔学者刘鸿清是设在纽约曼哈顿的美国康奈尔大学生殖医学和不育症研究中心下属的生殖与内分泌实验室的负责人,几乎是在不经意间,她成了美国人造子宫研究的领头人。从2001年起,她的实验室开始以取自人体子宫内膜的细胞为基础培养单片人体组织。最初的细胞是由不育症患者捐赠的,而培养这种人工组织的目的是用来帮助进行临床试管授精的研究—子宫内膜细胞是培育胚胎的理想平台,使用它培养出来的组织与母体本身的几乎没什么区别。

  不过,最初在塑料培养皿中培养出的组织只是薄薄的一层细胞,差不多只有蜘蛛网那么薄。“我们原本希望胚胎能够在这种组织上着床,”刘鸿清说,“这样我们就能了解更多有关胚胎着床的机理。但是很遗憾,试验没能成功。”不断生长的胚胎会冲破人造组织,接触到下面的培养皿,然后就像树木的根被石头阻断了一样死去。

  因此刘鸿清试着将几层组织逐层叠加在一起,直到成为一个立体模型,也就是一个独立的、不依靠任何支撑的子宫。终于,胚胎能够附着在这种人造组织上了。胚胎穿透人造子宫的内膜,放射生长出血管;然后它们开始从中吸取养分,并且排出代谢废物;继而分裂、分化,茁壮成长。

  在这之后就出现了前面提到的泡泡。前年,在一个没有引起多少人注意的试验中—也许是因为刘鸿清担心试验结果可能招来政客、激进分子和焦急的不育夫妇的过分关注,而没有公开发表自己的研究成果—一个老鼠胚胎几乎在人造子宫中完成了整个发育过程:它会动,会呼吸,会放出泡泡。“而且不只有一个泡泡,”刘鸿清说,“我们看到了很多泡泡。”

  在那一刻,她可能也清楚地窥见了人类生殖的未来和即将发生的变化。得益于她和其他人的研究,人造老鼠子宫可能将在10年内成为现实—这将是通向真正的人造子宫的一块重要跳板;继而,这些“婴儿孵化器”可能将取代天然子宫,授精将成为一种临床操作,而分娩也不再有痛苦;怀孕将不再只是女人的专利,从精子和卵子融合的那一刻起,胎儿的生存就有了保障……

  但事情的发展并没有这么顺利,没有多久,刘鸿清的啮齿动物胎儿就死去了。它还没有成形,扭曲的身体看上去更像是个海马而不是老鼠,无疑是个畸形的产物。在她植入的第二个胚胎身上也发生了同样的悲剧,第三个也是一样。“创造一个新生命比我们想象的要复杂得多。”刘鸿清说,“而且我们知道,用这种方法还要难上加难。”

  现年63岁的刘鸿清个子不高,身体显得很富态,光滑的皮肤上几乎看不见什么皱纹,当她在自己实验室的走廊中忙前跑后的时候,会让人很自然地联想到卡通片中茶壶的形象。无论从任何角度看,她都是一位慈祥的母亲,而且有两个已经成年的儿子。在21年前,当时还是助理教授的刘鸿清曾参与了培养美国第一个试管婴儿的工作。而现在,她和伙伴们已经取得了足以为之自豪的成功率—在过去的几年中,前来求助的不育夫妇有40%最终得以成功受孕;去年,这个中心的第1万个试管婴儿顺利降生。

  人造子宫是试管授精研究带来的一个副产品,研究它的目的同样是为了帮助那些不育夫妇。“我见到过那么多渴望拥有自己孩子的母亲,”她说,其中有的妇女就是因为胚胎无法在自己的子宫中着床和生长而无法生育,而她们都可能从刘鸿清正在进行的研究中受益。

  刘鸿清的人造子宫的结构简单得令人吃惊。在研究了合成人造皮肤的方法之后,她综合所有的技术创造出了人造子宫。她和同事们先筑造出一个支架—也就是用可以生物分解的胶原质和软骨素制成的子宫形状的培养床,然后在上面“播种”子宫内膜细胞。过了一段时间之后,用作支架的物质分解掉,就剩下了覆盖在上面的子宫内膜组织。人造子宫的形状就像是它所模仿的哺乳动物子宫的一部分—人造人类子宫是碗形的,而人造老鼠子宫则仿照老鼠的管状子宫做成了面包圈的形状。

  一开始,刘鸿清使用一些来就诊的女性病人捐赠的子宫内膜细胞来培养人造子宫组织。之后,她又在上面放上了另一些病人捐赠的、试管授精剩下的人类胚胎。这些受精卵成功着床并开始生长,但在它们生长10天之后,刘鸿清在它们还不具备成活力的时候就中止了试验,因为根据目前美国法律的相关规定,在实验室中培育人类胚胎的时限是两个星期。“因此我们不得不转向了动物试验。”刘鸿清有些无奈地说道。2002年,她和同事们开始制造老鼠子宫并在里面培育老鼠的胚胎。

  大体上看,妊娠怀孕的过程其实非常简单。精子与卵子会合,然后胚胎着床。在胚胎与子宫之间,形成胎盘和羊膜囊,生长的胚胎被包围在液体之中。激素、养分、血液和氧穿过胎盘在母子之间传递,胚胎的代谢废物也通过这种途径排出去。在子宫里能感受到母体的心跳、消化等运动,子宫就像是一个设施完备的高级水族箱。

  当然,这并不是水族箱,实际情况其实是极其复杂的。只要遗漏掉即使是极其微小的一个环节,影响了一个基因的表达,或者多一点、少一点激素,最终都会导致胎儿的死亡、畸形,或者更糟—两者同时发生。

  人造子宫是几代人的梦想。在男女平等的呼声中、在关于堕胎的争论中和渴望怀孕的高龄妇女的期待中都能看到类似的设想。赫胥黎在1932年出版的小说《美丽新世界》中,就曾经描述过婴儿在试管中生长的情景。1970年,女权主义者舒拉米斯·费尔斯通在其著作《性别辩证法》(The Dialectic of Sex: The Case for Feminist Revolution)中说,应该通过研制人造子宫将妇女从“在性和生育活动中备受专制的角色”中解放出来。而最近的一部小说《我不知道她怎么做到的》(I Don’t Know How She Does It)中的女主人公、一位不堪重负的上班妈妈也认为:不靠女人生孩子的技术至少能将她从怀孕带来的单调乏味的生活和对工作的不利影响中解脱出来。而科学的发展也一直在追逐着这样的幻想—1963年,研究人员将流产的胎儿放进氧气舱中,并在里面加入了水一样的液体,但这项研究并未获得成功。

  最接近成功的、能运转的机器子宫在5年前出现了。在日本顺天堂大学进行的实验中,一个丙烯酸盒子被加满了羊水一样的液体,然后研究人员通过剖腹产取出正常发育了4个月的山羊胚胎,并将其放到准备好的容器中,它的脐带也连接到一个人造胎盘上。但是试验中的大多数胚胎都死掉了,不过也有几个成功地存活了长达3个星期,完成了山羊的整个孕期。但是它们中普遍存在畸形或者是有肺部问题,没有一个是健康的。在这种情况下,试验没有再继续下去。

  这也为刘鸿清留下了一个空白的领域,她和两个男同事正在一步一步地完善他们的人造子宫。他们正在研究一种更加接近正常哺乳动物子宫中液体的人造羊水配方,但是要开发出血液、激素和蛋白质的完美混合物,并在怀孕期间对其进行精确的控制,在目前看来还是不可能的。在其他实验室的试验中人们发现,羊水中极其微小的差别也会给由此诞生的后代造成巨大的影响。

  在刘鸿清最近进行的试验中,她通过手术将人造鼠子宫植入到了一只成年老鼠体内,里面的胚胎存活了大约19天(在较早的试验中,胚胎在体外子宫中最多存活17天,这大约相当于人类胚胎存活了37周,但是胚胎在人造子宫中的发育看上去要比在真正的子宫中缓慢)。但一个共同的结果是所有的老鼠胚胎,目前为止有150多个,无一例外都死掉了。刘鸿清认为其中的一个原因是用于连接胚胎和子宫壁的弯曲蔓延的血管在完成整个孕期之前就坏死了—没有了血液供应,胚胎自然无法生存。

  为了解决这个问题,刘鸿清的同事王卫东对一个被称为鼠科AGPAT的基因表达进行了研究。据研究,这个基因能刺激子宫内血管的形成,如果破坏了这个基因,胚胎就不能完全着床和生长,这就解释了为什么这个基因缺失或者存在问题的妇女会流产。另一方面,增强这个基因的表达,就能让血管很好地生长,形成更密集的血管网。这项研究对于治疗癌症同样有用:使这个基因缺失,就能使肿瘤失去为自己创建新血管的能力,从而令其缓慢地自我毁灭。“这是出现在不育研究和癌症研究之间的一个交集,”王卫东说,“一个在生命的开始,一个在生命的结束。我们在同一间实验室里同时处理着这两个极端的问题。”

  对创造人造子宫投入最多的可能并不是这些科学家,而是自称“雷尔教派(Raelian)”的组织—该组织曾宣布已经成功克隆出了人类。前年,他们宣布已经研制出了一个叫做Babytron的装置,能够由受精卵孕育出人类胚胎。不过到目前为止,还没有任何证据能够印证该组织所说的一切是否属实。

  更现实的情况是,一些固执的反堕胎主义者为了支持自己的斗争,开始支持有可能成为现实的体外孕育技术。他们认为承认堕胎合法化的“罗诉韦德案”造成了大量流产胎儿的死亡。美国的40个州和首都华盛顿哥伦比亚特区都禁止在怀孕24周之后实行流产,人们目前取得的共识是:这是胚胎变成“人”的一个分界,而人造子宫能够大大延长胎儿的存活时间。理论上,一个胚胎在经过授精之后,就能够离开母体在人造子宫中独立存活。一些反堕胎激进分子由此认为,这样就可以要求堕胎妇女利用人造子宫继续孕育她们流产的胎儿了。

  生物伦理学家担心,这可能会让一些妇女因为想要避免生产带来的妊娠纹、体重增加,或者仅仅是为了在自己的职业生涯中走得更远些,而选择使用人造子宫。而一些激进的女权主义者不仅将人造子宫看作是将妇女从怀孕中解放出来的途径,还相信它能够彻底颠覆两性间的差异—只要储存有足够多的卵子,他们认为,男人也能通过手术植入人造子宫,并独立地怀孕生孩子。

  很明显,人造子宫最合乎逻辑和有价值的应用还是帮助那些不能生育、却迫切希望能有自己孩子的夫妇。但即使是对于这种情况,也有人对人造子宫不以为然。“我们有一种非常安全和有效的替代方案,”位于纽约的生物伦理学智囊团Hastings中心的主管托马斯·默里说,“我们能找到愿意代人受孕的代理妈妈。”不育妇女也许很难接受让别人植入自己的组织,并与自己的孩子进行血液和感情的交流。“但是,” 默里说,“如果有人宁愿选择人造子宫,如果他们如此迫切地想要得到一个生物学上有亲缘关系的孩子,甚至不惜冒着孩子可能严重畸形的风险,我看不出这在伦理道德上就有什么好的地方。”

  对于胚胎,珍妮特·迪派特是世界上最有发言权的专家之一。作为约翰霍普金斯大学的发展心理学家,她是极少数将子宫当作一个生态系统进行深入研究的科学家。在最近的试验中,珍妮特和她的同事们在怀孕妇女的皮肤和腹部安装了监视器,希望能借此发现母体中的孩子对妈妈的情绪变化做出的反应。较早的研究已经证明,胎儿几乎能够立刻对母亲的姿势或者感情的变化做出反应—保持静止不动。珍妮特推测这正是胎儿在学着理解母亲和她的身体,以及她对噪音和其他刺激所做出的反应。

  但在珍妮特去年发表的一项研究成果中,她表示这种交流似乎并不是单方面的—胎儿同时也在教导母亲。“我们发现胎儿会在母亲没有注意到它们的时候有所运动,给母亲的情绪带来一些波动。从效果上来看,这是在让母亲注意自己。”这种运动大多出现在晚上,似乎是为了暗示准妈妈要预备好牺牲自己的睡眠—也许胎儿体内的DNA早就已经知道母亲必须开始学会习惯这种在孩子出生以后不得不面对的情况了。

  “胎儿生存的环境不仅仅是调节一下激素这么简单,” 珍妮特说,“你不能指望简单地滴上几滴这样那样的激素或者蛋白质就复制出一个子宫。”在母体外生长的胚胎“将会因为它与正常胚胎的自然生长过程不同而走向失败。”

  曾经生过孩子的妇女也许会更加本能地理解这种说法。任何一个曾经在黑暗中看着一个小脚丫似的凸起在自己的肚子上移动的女人都知道,一种相互联系的独特的感觉正在自己的体内成长,尽管胎儿这时还只是妈妈身体中的一部分,但它正在慢慢长大成“人”。虽然领养儿童的一些成功案例也可以证明,这种相互交流的情感并不一定是由血缘关系决定的,但这种与生俱来的联系会不会对孩子的大脑和身体造成某种潜移默化的影响,并最终影响到孩子日后的接触、融合和爱的能力呢?

  在刘鸿清继续探寻激素水平和基因表达的同时,她自己也产生了难以言表的忧虑。2001年,在她有关人类受精卵的早期试验的结果公布后不久,她就接到了许多不育母亲申请成为试验对象的电话。人们强烈的反应和一个自己从未曾想到的现实深深地困扰着刘鸿清—就像她自己说的,“这项工作将带来巨大的社会影响”。在这种情况下,她中止了人造子宫的试验长达一年之久,直到她自己最终打定主意才重新启动。

  “我研究人造子宫不是为了方便那些不想怀孕的妇女,”她说,同时她也拒绝讨论反堕胎组织为其研究成果所设计的应用前景。“我只是想造出一个子宫,用它作为可替换的器官,”她说,然后将它还给那些捐献了子宫内膜组织的不育妇女,为她们重新赋予一个健康、完整的女性生殖系统。

  不过我们也都很清楚,一旦创新的研究成果被公之于众,原本的动机就显得就无足轻重了。刘鸿清认为她和她的小组将在5~10年内培育出活的老鼠子宫,而人体子宫还要等上更长的时间—“10年,也许还要更久,”她说,假如有关人类胚胎研究的限制能够取消或者放松一些的话。“甚至也许还需要50年,但我非常有信心取得成功。”她淡淡地说道,“它将用来帮助一个生命、一个孩子,帮助那些父母。这都是些好事,也是我现在所能想到的全部。”

  本文作者Gretchen Reynolds住在美国新

墨西哥州的圣菲市,是一个孩子的母亲,这是她第一次为本刊撰写文章。

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