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人造子宫初现曙光

作者:张田勘

2017-09-06 11:28:07 来源:科学

躺在暖箱中的早产儿。世界卫生组织统计,全球的早产儿平均占所有新生儿的1/10,在早产儿中,每年又有约110万新生儿们由于发育不充分而无法存活下去。(东方IC/图)

(本文首发于2017年5月4日《南方周末》)

美国费城儿童医院的一个研究团队打造的“人造子宫”首次通过动物试验,让早产的小羊撑过危险期顺利存活,生理机能也和一般小羊相差无几。这项技术如果能够应用于人类,将会提高早产儿的生存机会。有人甚至预测,未来将会有一半以上的婴儿由人造子宫孕育出来。

2017年4月25日,美国费城儿童医院的阿南·弗雷克(Alan Flake)研究团队表示,他们打造的“人造子宫”首次通过动物试验。研究团队在《自然通讯》杂志上发表了这一研究结果。

弗雷克等人研发的人造子宫确切地说是一种生物袋(biobag),看起来像一个大塑胶袋,是用特殊材质制成。研发这种人造子宫的目的是为了挽救早产儿的生命,但是先在动物——早产羊羔身上进行试验。

这个生物袋模拟的是孕育小羊的母羊子宫,其中充满了羊水,后者是含有盐和其他电解质的温水,另外在生物袋外部配置了一个机器胎盘,后者的血管与早产小羊的脐带连通。人造子宫接有专门管道,每天注入定量羊水,以确保生活在其中的早产羊羔如同悬浮在母体的子宫环境内。

早产羊羔并非通过脐带从母亲获得食物(养分),而是靠人造子宫外的配件——机器胎盘来获得养料。一方面,含有养料和氧气的新鲜血液源源不断输送到羊羔体内,羊羔的心脏也将含有二氧化碳和其他代谢物质的陈旧血液挤压到机器胎盘中,后者将血液更新之后再回输到羊羔体内。

研究人员对8头早产羊羔进行试验,其中5头相当于23周人类早产儿(人类的早产儿是指在母亲子宫内孕育20周但未满37周的胎儿),另外3头孕期略长一些。当它们在母羊的子宫中长到105-120天的时候,被从母体剖腹取出,立即放进人造子宫中,在人造子宫中养育4周左右。

在人造子宫孕育期间,这些早产羊羔全部正常发育,血压和其他健康指标稳定,没有其他并发症。而且,在这4个星期内,可以直观地看到,小羊羔逐渐从红通通的模样长成白色的毛茸茸状小羊。4周后,这些小羊出生,除了一些小羊出现轻微的肺部炎症外,其他小羊非常健康。在安乐死解剖小羊的脑和肺部情况时发现,它们与足月出生的小羊没什么不同。另一部分生下的小羊生长超过一年,经过各项指标检测,结果也与正常生殖的小羊没有什么差异,是健康可爱的正常小羊。

这项试验的结果令人鼓舞,研究团队表示,已经与美国食品和药物管理局(FDA)商谈,希望能在3至5年内展开人体试验。

不过,即便这项技术可以应于人类,也只是用于挽救早产儿。世界卫生组织统计,全球的早产儿平均占所有新生儿的1/10,在早产儿中,每年又有约110万新生儿们由于发育不充分而无法存活下去。研究表明,不到23周的早产儿生存的可能性几乎为零,虽然24周的存活率为55%,但是对于23周的宝宝们来说,存活率只有23%。

因此,这种人造子宫也只能挽救那些23周前出生的早产儿,让他们顺利度过发育不成熟的艰难时光,即便不能保证百分之百地让早产儿活下来,也可能提高早产儿的存活率。

成熟的人造子宫

用人造子宫来代替人类生育(体外生育)最早是由在英国出生的印度裔进化生物学家、遗传学家哈登(J.B.S. Haldane)在1924年提出的。有人预测,如果这一想法能实现,到2050年后,将会有一半以上的婴儿由人造子宫孕育出来。

让人们看到人造子宫最大希望的是康奈尔大学的华裔教授刘鸿清,后者于2001年培育出了子宫内膜组织,并创建了一个人造子宫。2003年,刘鸿清等人用老鼠进行体外孕育试验,把老鼠胚胎放入人造子宫孕育,可惜老鼠没足月就因为畸形而中断试验。后来,由于法律不允许人造子宫用于人体试验,该项试验不得不中止。

从人造子宫的试验进程可以看到,人造子宫有两大难题,一是技术,二是伦理。首先从技术来看,人造子宫尚不成熟。弗雷克等人研发的人造子宫只是一个孵化器,是在孕育的最后阶段扮演一下子宫的功能,以救活早产儿。但是,成熟的人造子宫必须相同或类似于生物的自然子宫以及孕育胎儿的所有条件。

除了需要羊水外,人造子宫还必须至少符合自然子宫的两个条件,一是具有子宫内膜,二是在受精卵着床于子宫内膜后,能形成胎盘,以满足母胎之间的营养和氧气供给和交换。而且,即便是人造子宫的羊水,也必须与自然子宫的羊水有完全相同要素,如羊水包含多种可以促进胎儿生长的营养物质和生长因子,除了水和电解质外,还包括蛋白质、碳水化合物、脂肪、抗生素以及尿素。此外,人造羊水也应当为胎儿提供保护和减震作用。

阿南·弗雷克(Alan Flake)的研究团队。(资料图/图)

子宫内膜和胎盘

子宫内膜就是滋养人类种子的丰富土壤,有了它,受精卵才能在其中发育成熟和分娩。子宫内膜其实就是哺乳动物子宫内壁的一层组织,分为致密层、海绵层和基底层。子宫内膜表面2/3为致密层和海绵层,统称功能层。

子宫内膜覆盖着黏膜,由黏膜上皮细胞组成。黏膜上皮由柱状上皮、立方上皮或复层柱状上皮细胞组成,它们受雌激素影响,雌激素在生殖周期分泌时,子宫内膜各上皮细胞会长大、分裂,数目大量增加,等待受精卵的植入和着床。如果没有受精卵植入,则发生蜕化而脱落,成为月经。子宫内膜的基底层为靠近子宫肌层的1/3内膜,不受卵巢性激素影响,不发生周期性的变化。

所以,人造子宫需要拥有或模拟子宫内膜的生物学性质,至少要具有黏膜上皮细胞,并且受性激素和孕激素的影响而有周期性变化。现在的研究也发现,子宫、卵巢、输卵管以及睾丸和前列腺等器官都有程序化细胞死亡(PCD,又称凋亡)。显微光镜和电镜的观察发现,人的子宫内膜也有凋亡小体存在。

并且,琼脂糖凝胶电泳和DNA染色体技术检测发现,人的子宫内膜在增生早期(6-10天)、分泌期(25-28天,是子宫内膜在孕激素作用下开始发生分泌变化,以有利于孕卵的着床)和月经期(1-5天)都可看到具有程序化细胞死亡特征的DNA断裂现象;而在增生晚期(11-14天)、分泌早期(15-20天)和分泌中期(21-24天)则看不到断裂DNA发生。这表明,程序化细胞死亡的周期性发生在女性的子宫孕育胎儿中有重要调节作用。人造子宫如果要担负起孕育胎儿的重任,也需要有这样的生物特性。

子宫能成为胎儿的沃土还需要很多子宫内膜细胞因子,如表皮生长因子及其受体、血小板生长因子、胰岛素样生长因子和血管活性物质和血管生成因子等。表皮生长因子(EGF)主要分布于子宫腔上皮和腺上皮以及间质细胞中,呈周期性变化。EGF既能刺激子宫内膜腺上皮和间质的增生,并在孕激素的协同作用下使间质发生分化,又作用于细胞表面受体,迅速刺激络氨酸磷酸化,促进子宫内膜前列腺素E2(PGE2)的释放,后者是一种重要的细胞生长和调节因子。

血小板生长因子主要来源于子宫内膜间质细胞。它可刺激间质细胞本身或其临近上皮细胞的增生,具有自分泌和旁分泌的作用,也是子宫孕育胎儿不可或缺的细胞因子。因此,人造子宫必须具有这些协助子宫产生孕育功能的多种细胞因子。

用人造子宫代替人类的自然生育还有一个动态的程序需要模拟,即受精卵植入(着床)于子宫内膜后形成胎盘,后者是供养胎儿的桥梁。哺乳动物早期胚胎的胚泡壁单层细胞所形成的薄膜称为滋养层,胚胎植入子宫内膜时滋养层局部增生肥厚(极端滋养层),侵袭并附着于子宫壁的组织内,并将一部分子宫壁溶解吸收。

侵袭功能和内分泌功能是滋养层细胞的两大主要功能,在这两大功能的协同下形成胎盘,从而为胚胎发育、妊娠顺利完成提供保障。在子宫中孕育的胎儿通过胎盘、脐带与母体进行物质交换,获得营养物质和氧气。胎盘靠近胎儿的一面附有脐带,脐带与胎儿相连,胎盘靠近母体的一面与母体的子宫内膜相连,胎盘内有许多绒毛,绒毛内有毛细血管,这些毛细血管与脐带内的血管相通,胎儿自己制造血液,血液通过脐带中的血管流到胎盘。绒毛与绒毛之间则充满了母体的血液,胎儿和母体通过胎盘上的绒毛进行物质交换,胎儿的废物则通过滋养层进入母亲的血液,最后被排出母体。

人造子宫无论是通过模拟的体外胎盘还是体内胎盘,都必须产生和运行与自然产生的人体胎盘相似的功能,如胎盘负责调控传递到胎儿体内的营养物质,包括氨基酸、脂肪酸和葡萄糖等,还负责将胎儿发育过程中母体的免疫球蛋白G抗体输送到胎儿体内,以保护免疫系统尚未发育完备的新生命。此外,胎盘还能分泌激素,以控制胎儿生长。胎盘也为胎儿提供促进大脑发育的血清素等。

三种伦理争论

现在看来,人造子宫在技术上尚不能达到自然子宫的要求,但是,在将来肯定会有突破并达到与自然子宫相似的条件。那些为生育和哺乳付出太多艰辛和痛苦的女性,以及被“一孕傻三年”吓怕了准妈妈们,完全有希望由人造子宫来代替人类生育,因此,技术的突破也是早晚的事,因此,这是一个具有特别广泛需求的市场。

即便如此,完全用人造子宫孕育后代在伦理上也会产生极大争议,而且有三个层次或三种角度的伦理争议。

第一个伦理争议最为传统,如同1978年7月25日世界上第一个试管婴儿布朗·路易丝降临人世一样,尤以宗教界持激烈反对,最大的理由是,布朗的诞生没有经过人的自然生殖过程,是反自然的,因此是不合伦理的。而且,不合伦理还表现在导致和催生了买卖生殖细胞精子、卵子和胚胎,造成了对穷人的剥削和掠夺。

显然,有违人类的自然生殖过程是一种传统的伦理界线,但是,今天大量试管婴儿的出生和罗伯特·爱德华兹因创造世界上第一个试管婴儿而获得2010年诺贝尔生理学或医学奖后,这种所谓的传统伦理障碍已经不存在了。但是,这种传统的伦理基础是建立在治疗疾病的底线上。由此也产生了第二种伦理争论。

当人工生殖技术的争论到达白热化时,科学哲学给出的解读是,人工生殖技术不是对自然生殖的革命,而是治愈疾病的手段。这种解释毫无疑问是符合现实的。因为,现在所有依靠人工生殖技术,无论是第一代还是第五代人工生殖技术,都是因为一些人有生育疾病而不能自然生育,才接受治疗,因此人工生育是治疗疾病的手段。

但是,人造子宫要突破的是治愈疾病的手段的底线,成为对人类自然生殖的革命。没有生育疾病并且完全可以自然生育的人可以因种种原因寻求人造子宫生育,其中最大的原因是不愿因生育而吃苦受痛,这就形成了第二种伦理障碍:能够正常生育的人是否可以逃避生育的责任而让人造子宫代替生育?

人造子宫的第三个伦理争论是,这是否会造成女性权利的进一步弱化,从而让女性更容易受到歧视。在是否让人造子宫生育孩子上,现在男性并不特别反对,而是女权主义者持激烈反对态度。美国激进的女权主义者安德里亚·丽塔·德沃金(Andrea Rita Dworkin)曾提出,如果人造子宫完善了,还要女人干什么?它带来的底线是,男人可以不用女人就有自己的孩子,但是女人却还需要男人的帮助才能生育。

不过,这话有点绝对,即便有完善的人造子宫,在生育问题上,也还是女人离不开男人,男人离不开女人,除非人类演化到单性生育。不过,有了人造子宫,女性的作用当然会大大减弱,这是女性和全社会不得不要思考的问题。

所以,人造子宫是否能代替人类生育,并非是一个时间和技术问题,而需要更为完善的法律和伦理规则来支撑。

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网络编辑: zero 责任编辑: 朱力远

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